東辛油田鹽227塊致密砂礫巖油藏井工廠開發(fā)技術(shù)

趙明宸，徐賦海，姜亦棟，覃忠校，高師華，王瑞軍，李友倍

（中國石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東東營257094）

東辛油田鹽227塊致密砂礫巖油藏井工廠開發(fā)技術(shù)

趙明宸，徐賦海，姜亦棟，覃忠校，高師華，王瑞軍，李友倍

（中國石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東東營257094）

東辛油田鹽227塊致密砂礫巖油藏前期采用常規(guī)方式開采，實(shí)施直斜井壓裂投產(chǎn)，油井產(chǎn)能和區(qū)塊采油速度均較低，經(jīng)濟(jì)效益差。研究區(qū)采用集中鉆井、集中壓裂、集中投產(chǎn)的集約化建設(shè)型井工廠非常規(guī)開發(fā)模式，強(qiáng)化技術(shù)研究及集成應(yīng)用，針對油藏地質(zhì)特征及儲層性質(zhì)，開展了井網(wǎng)優(yōu)化、鉆井工程、多級分段壓裂以及井筒舉升工藝等井工廠開發(fā)配套技術(shù)研究。在東辛油田鹽227塊的應(yīng)用效果較好，平均單井鉆井周期僅為87.6 d，壓裂施工速度平均為3.5段/d，儲量動用率為96.7%，平均單井產(chǎn)液量為26.3 m3/d，產(chǎn)油量為13.7 t/d，含水率為47.8%，明顯改善了鹽227塊致密砂礫巖油藏的開發(fā)效果。

井工廠開發(fā)技術(shù)致密砂礫巖油藏鉆井技術(shù)壓裂技術(shù)舉升工藝鹽227塊

隨著勘探程度日益提高，致密砂礫巖油藏已成為勝利油區(qū)增儲上產(chǎn)的接替陣地。該類油藏具有沉積類型、巖性構(gòu)成和井間連通復(fù)雜等特點(diǎn)［1］，其開發(fā)配套技術(shù)一直都是研究的難點(diǎn)，也是油田低滲透油藏綜合利用示范基地的主要攻關(guān)內(nèi)容。東辛油田鹽227塊致密砂礫巖油藏自2009年投入開發(fā)，采用直斜井壓裂投產(chǎn)，試采3口井，平均單井產(chǎn)液量為3 m3/d，產(chǎn)油量為1.2 t/d，油井產(chǎn)能低，儲量動用率低，常規(guī)開發(fā)技術(shù)效益差。通過引進(jìn)井工廠開發(fā)模式［2-3］，即在一個平臺上流水線式集中進(jìn)行鉆井、完井、壓裂等作業(yè)，以密集的井位形成一個開發(fā)工廠，不僅作業(yè)施工時效高，而且便于集中管理，以實(shí)現(xiàn)儲量控制的最大化和開發(fā)效益的最優(yōu)化。但目前可以借鑒的井工廠開發(fā)技術(shù)理論及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)甚少，筆者在深化油藏地質(zhì)特征及儲層性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，開展了井網(wǎng)優(yōu)化、鉆井工程、多級分段壓裂以及井筒舉升工藝等非常規(guī)開發(fā)工藝技術(shù)的研究及集成應(yīng)用，建成了勝利油區(qū)第1個標(biāo)準(zhǔn)化井工廠，以期為改善致密砂礫巖油藏開發(fā)效果提供參考和借鑒。

1 油藏概況

東辛油田鹽227塊致密砂礫巖油藏位于東營凹陷北部陡坡帶東段，含油層段為沙四段的4和5砂組，油層埋深為3 170～3 950 m，溫度最高達(dá)155℃，含油面積為1.5 km2，石油地質(zhì)儲量為302×104t。構(gòu)造呈北東—南西向展布的單斜形態(tài)，地層西南低、東北高，傾角為20°，最大主應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向。沉積類型為扇三角洲沉積，底部以礫巖為主，向上巖性變細(xì)，上部為灰色泥質(zhì)砂巖和深灰色泥巖；平面上垂直物源方向巖性變化快，北部靠近物源方向粒度粗，遠(yuǎn)離物源粒度細(xì)；地層北薄南厚，厚度變化大，為110～380 m。巖性分選差，磨圓度為次棱角狀，石英、長石和泥質(zhì)的含量分別為38.7%，46.1%和2.5%；孔隙式膠結(jié)，以點(diǎn)接觸居多，線接觸次之。以微孔為主，平均孔喉半徑為0.23 μm，存在弱速敏、弱水敏和弱堿敏；儲層孔隙度為6.1%，滲透率為1.6×10-3μm2，地層原油粘度為1.46 mPa·s，壓力系數(shù)為1.01，氣油比為67.4 m3/t。儲層物性控制含油性特征明顯，非油即干，無游離水，屬低孔、特低滲透砂礫巖油藏。

2 井工廠開發(fā)技術(shù)

2.1 井網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)

由研究區(qū)鹽227和鹽227-1井正交多極子陣列聲波測井結(jié)果可知，地層主應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向。采用長井段水平井開發(fā)［4-6］，水平井軌跡垂直于最大主應(yīng)力方向，即南北向，水平井分3層立體部署，每層厚度為80～90 m，其中第1層與第3層平面水平井軌跡投影在同一位置，第2層與第1層水平井軌跡投影在不同位置（圖1）。錯開部署的目的是最大限度地發(fā)揮壓裂工藝，實(shí)現(xiàn)縫網(wǎng)對油藏的均衡控制和儲量的最大動用；與縱向疊置部署模式對比，石油地質(zhì)儲量動用率提高約25%。

圖1 鹽227塊井工廠放射形布井方位

根據(jù)井工廠集約化建設(shè)開發(fā)模式，為達(dá)到以最少井?dāng)?shù)實(shí)現(xiàn)儲量動用最大化效果，結(jié)合區(qū)塊油藏地質(zhì)特征及砂體空間北窄南寬、北薄南厚的展布特點(diǎn)，優(yōu)化采用以井口位置為圓心的放射形水平井立體井網(wǎng)，A靶點(diǎn)井距適當(dāng)減小，B靶點(diǎn)井距適當(dāng)放大，靠近B靶點(diǎn)處適當(dāng)加大壓裂規(guī)模，彌補(bǔ)井距擴(kuò)大造成的儲量損失，整體部署10口長井段水平井。其中，第1層4口，第2層3口，第3層3口（圖1），水平段長度為900～1 000 m，井深為4 500～5 000 m，單井控制石油地質(zhì)儲量為29.2×104t。

平面井距優(yōu)化 為保證儲量能得到有效動用，生產(chǎn)壓差取值為10 MPa，依據(jù)參考文獻(xiàn)［7］中的經(jīng)驗(yàn)公式計算得到研究區(qū)極限泄油半徑為34 m。根據(jù)對3層開發(fā)深度井的壓裂優(yōu)化模擬，在加砂量為20～60 m3的情況下，平均支撐半縫長為80～180 m，區(qū)塊采用放射形立體井網(wǎng)（圖1），同一層A靶點(diǎn)間井距相對較小，B靶點(diǎn)間井距相對較大，根據(jù)極限滲流半徑和支撐半縫長結(jié)果，同一層井A靶點(diǎn)井距為220～260 m，B靶點(diǎn)井距為370～430 m。

縱向井距優(yōu)化 在壓裂規(guī)模為20～60 m3的情況下，單縫縫高為40～80 m，平均為64 m；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式［7］，生產(chǎn)壓差取值為10 MPa，計算極限泄油半徑為34 m，縱向上自然泄油厚度為68 m。綜合立體井網(wǎng)部署，縱向上第1層井與第3層井的井距為160 m，第1層井與第2層井的井距為80 m（圖2）。

圖2 鹽227塊水平井及壓裂裂縫設(shè)計

2.2 鉆井工程技術(shù)

結(jié)合地面具體條件，在確保鉆井、壓裂井工廠流水線式作業(yè)備有足夠空間的前提下，井臺優(yōu)選以最大限度減少占地資源為原則［8］，井網(wǎng)部署采用“品”字形井臺（圖3）。由3個平臺組成，將不同層的水平井布置在同一平臺上，井位“一”字形排列，地面井距為10 m，每個平臺部署1臺D70型鉆機(jī)及1個泥漿池，3臺鉆機(jī)同時打井，泥漿循環(huán)利用，并架設(shè)1條35 kV高壓線，實(shí)施網(wǎng)電施工，低碳排放。

圖3 鹽227塊井臺地面布局

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計 致密砂礫巖儲層孔隙度和滲透率低，油井自然產(chǎn)能低，須經(jīng)過水力壓裂改造才能提高單井產(chǎn)量，根據(jù)區(qū)塊井網(wǎng)井距條件及鉆井油藏地質(zhì)特征，結(jié)合長井段水平井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀以及多級分段壓裂工藝適應(yīng)性［9-10］，為確保鉆井、壓裂施工安全，確定采用3次開鉆套管完井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計（表1）。第1次開鉆鉆開表層套管，要求封固第四系平原組易垮塌層，建立井口，滿足第2次開鉆井眼要求；第2次開鉆鉆進(jìn)直井段，下技術(shù)套管固井，封固古近系沙三段中高產(chǎn)水層、不穩(wěn)定泥巖地層，保證剩余直井段及水平段順利鉆進(jìn)，為水平段鉆井施工提供良好井眼條件，降低斜井段摩阻扭矩，有利于完井管柱的順利下入；第3次開鉆鉆進(jìn)造斜段、穩(wěn)斜段至井底：采用Φ215.9 mm鉆頭鉆至井底，下入Φ 139.7 mmTP110鋼級油層套管（表1），滿足后期套管分段壓裂技術(shù)要求。

表1 鹽227塊鹽227-9HF井井身結(jié)構(gòu)

軌道優(yōu)化設(shè)計 為滿足區(qū)塊長井段水平井開發(fā)要求，在充分考慮鉆井施工安全、降低后期壓裂采油作業(yè)及生產(chǎn)風(fēng)險的基礎(chǔ)上，通過摩阻、扭矩模擬計算分析，采用技術(shù)成熟、工具配套、操作簡單的直井段—增斜段—穩(wěn)斜段—增斜段—水平段5段制軌道類型，同時對造斜點(diǎn)、造斜率等軌道參數(shù)進(jìn)行整體優(yōu)化，確定造斜點(diǎn)選在巖性比較穩(wěn)定的地層，其深度滿足后期采油泵掛在直井段的要求，造斜段造斜率控制在20°/100 m以內(nèi)。

鉆具組合設(shè)計 為提高井眼質(zhì)量，加快鉆井速度，針對砂礫巖油藏儲層厚度大、可鉆性差的特點(diǎn)，采用組合鉆具，實(shí)施復(fù)合鉆進(jìn)、少滑動多轉(zhuǎn)動鉆井施工工藝。在水平段應(yīng)用Φ215.9 mmHJT537GHL鉆頭—Φ171.5 mm 1°單彎動力鉆具—欠尺寸扶正器（Φ210～Φ212 mm）—Φ127 mm無磁承壓鉆桿—MWD—Φ127 mm無磁承壓鉆桿—Φ127 mm斜坡鉆桿—Φ127 mm加重鉆桿—Φ127 mm斜坡鉆桿的組合鉆具，同時配套應(yīng)用強(qiáng)抑制封堵性聚合物潤滑防塌鉆井液，在線實(shí)時優(yōu)化體系流變參數(shù)，保證井壁穩(wěn)定、有效攜巖和潤滑防卡效果。

2.3 多級分段壓裂技術(shù)

基于區(qū)塊長井段水平井井網(wǎng)、井距條件，針對水平段B靶點(diǎn)間距大、A靶點(diǎn)間距小等空間展布特點(diǎn)，結(jié)合油藏極限滲流特征，通過Gohfer全三維壓裂設(shè)計優(yōu)化技術(shù)模擬分析，確定單井壓裂規(guī)模及級數(shù)：B靶點(diǎn)和A靶點(diǎn)附近半縫長分別為180和75 m，水平段軸向壓裂裂縫間距為油藏滲流半徑的2倍，單井壓裂段數(shù)為9～11級。

泵送橋塞分段壓裂工藝 泵送橋塞分段壓裂工藝具有橋塞封隔與射孔聯(lián)作、座封可靠、不受壓裂規(guī)模和施工參數(shù)限制、裂縫布放位置可控、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是套管固井完井水平井分段壓裂改造的主導(dǎo)工藝［11］。其原理是用連續(xù)油管拖動射孔槍，進(jìn)行第1段射孔，起出射孔槍后實(shí)施第1段壓裂施工，隨后采用電纜下入橋塞和射孔槍至水平段，地面泵車以400 L/m的排量將橋塞泵送到預(yù)定位置并點(diǎn)火座封橋塞，上提射孔槍至射孔設(shè)計位置射孔，再提出射孔槍及橋塞下入工具至井口上密封段，實(shí)施壓裂作業(yè)。以此類推，根據(jù)壓裂段數(shù)要求，依次進(jìn)行下入橋塞、射孔、壓裂施工。后期采用連續(xù)油管拖動磨鞋進(jìn)行鉆塞投產(chǎn)，該工藝近年來已成為致密油氣藏水平井開發(fā)的支撐技術(shù)。

壓裂液優(yōu)選 高分子乳液締合壓裂液不僅滿足低孔、低滲透、高溫、水敏儲層壓裂技術(shù)要求，且其速溶性滿足現(xiàn)場即配即注、連續(xù)供給的井工廠流水線壓裂作業(yè)施工要求。該體系是采用反相乳液/微乳液聚合制備而成的一種高分子清潔壓裂液，壓裂施工時，無需添加交聯(lián)劑。室內(nèi)評價結(jié)果表明，該體系在溫度為175℃、剪切速率為172 s-1的條件下，剪切110 min，其粘度大于50 mPa·s，具有耐高溫剪切、攜砂性能強(qiáng)、摩阻低、殘渣含量低等特點(diǎn)，能滿足區(qū)塊水平井分段壓裂施工技術(shù)要求。

支撐劑優(yōu)選 在對該區(qū)塊閉合應(yīng)力進(jìn)行研究的前提條件下優(yōu)選支撐劑類型，確保獲得較高的裂縫長效導(dǎo)流能力。裂縫的閉合應(yīng)力為

式中：pc為裂縫閉合應(yīng)力，MPa；σmin為水平最小主應(yīng)力，MPa；pwf為井底流壓，MPa。

水平最小主應(yīng)力可通過前期壓裂施工資料獲得，停泵壓力約等于水平最小主應(yīng)力，研究區(qū)的最小主應(yīng)力約為71 MPa；考慮采油生產(chǎn)后期油藏能量衰竭的影響，結(jié)合鄰近區(qū)塊油井生產(chǎn)實(shí)際，取井底流壓為12 MPa，由此可計算出裂縫閉合應(yīng)力約為59 MPa，故選擇30～50目在該壓力下破碎率低于5%的Carb-Prop陶粒作為支撐劑，人工裂縫長效導(dǎo)流能力滿足油井生產(chǎn)要求。

2.4 井筒舉升工藝

針對區(qū)塊氣油比高達(dá)67.4 m3/t，生產(chǎn)過程中氣體嚴(yán)重影響泵效的問題，井筒舉升工藝配套應(yīng)用液氣混抽泵［12-13］。工藝原理是利用空心氣包結(jié)構(gòu)（圖4），上沖程時儲存自由氣，增大泵的充滿程度，下沖程時自由氣釋放進(jìn)入油管，使排出閥能夠及時打開，實(shí)現(xiàn)液氣混抽，有效防止氣鎖，不僅提高了泵效，同時避免了套管氣外排造成的環(huán)境污染。

圖4 液氣混抽泵結(jié)構(gòu)示意

3 應(yīng)用效果

鹽227塊致密砂礫巖油藏采用集約化井工廠式開發(fā)模式，通過油藏井網(wǎng)設(shè)計、鉆井工程設(shè)計和多級分段壓裂設(shè)計三位一體優(yōu)化實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了泥漿循環(huán)利用、網(wǎng)電施工、優(yōu)快鉆井、流水線壓裂作業(yè)，大大提高了設(shè)備運(yùn)行時率，平均單井鉆井周期僅為87.6 d，壓裂施工速度平均為3.5段/d，極大地縮短了區(qū)塊建產(chǎn)周期，建設(shè)成本明顯降低；通過井網(wǎng)優(yōu)化、鉆井工程、泵送橋塞多級分段壓裂、液氣混抽井筒舉升工藝等技術(shù)的配套應(yīng)用，儲量動用率達(dá)96.7%，大幅提高了油井產(chǎn)能，平均單井產(chǎn)液量為26.3 m3/d，產(chǎn)油量為13.7 t/d，含水率為47.8%，明顯改善了油藏開發(fā)效果。

4 結(jié)束語

采用油藏井網(wǎng)設(shè)計、鉆井工程設(shè)計和多級分段壓裂設(shè)計三位一體優(yōu)化實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科、多專業(yè)技術(shù)的有機(jī)融合，是鹽227塊井工廠成功開發(fā)的前提和保證；高分子乳液締合新型清潔壓裂液體系速溶性好，無需添加交聯(lián)劑，不受礦化度影響、攜砂性能強(qiáng)，具有耐高溫抗剪切、低摩阻、低傷害、配制簡單等優(yōu)點(diǎn)，在低滲透油氣藏開發(fā)中具有良好的應(yīng)用前景；井網(wǎng)優(yōu)化、鉆井工程、泵送橋塞分段壓裂、液氣混抽泵舉升等開發(fā)工藝技術(shù)的配套和集成應(yīng)用，是鹽227塊致密砂礫巖油藏高效開發(fā)的技術(shù)關(guān)鍵。

鹽227塊井工廠開發(fā)實(shí)踐，對致密砂礫巖油藏非常規(guī)開發(fā)技術(shù)進(jìn)行了探索，取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可為中外同類油藏的高效開發(fā)提供參考和借鑒。

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編輯武云云

TE349

A

1009-9603（2014）01-0103-04

2013-12-10。

趙明宸，男，高級工程師，博士，從事油氣田開發(fā)技術(shù)研究與管理工作。聯(lián)系電話：13506368381，E-mail：zhaomingchen.slyt@sin?opec.com。