超低滲儲層混合水體積壓裂重復(fù)改造技術(shù)研究與現(xiàn)場試驗(yàn)

李建山陸紅軍杜現(xiàn)飛齊 銀顧燕凌史成恩令永剛

(1.中國石油長慶油田公司超低滲透油藏研究中心)

(2.中國石油長慶油田公司超低滲透油藏第二項(xiàng)目部)

超低滲儲層混合水體積壓裂重復(fù)改造技術(shù)研究與現(xiàn)場試驗(yàn)

李建山1陸紅軍1杜現(xiàn)飛1齊 銀1顧燕凌1史成恩2令永剛2

(1.中國石油長慶油田公司超低滲透油藏研究中心)

(2.中國石油長慶油田公司超低滲透油藏第二項(xiàng)目部)

以華慶油田為代表的超低滲透油藏定向井單井產(chǎn)量低,日產(chǎn)量小于1.0 t的低產(chǎn)低效井占56.2%。常規(guī)重復(fù)壓裂壓裂后的油井增產(chǎn)效果不理想,具體表現(xiàn)在壓裂后增產(chǎn)幅度小、產(chǎn)量遞減速度快、有效期短。針對長慶油田華慶區(qū)塊超低滲透儲層油井的重復(fù)改造,將混合水體積壓裂技術(shù)應(yīng)用于老井重復(fù)壓裂中,形成了老井混合水體積壓裂配套工藝技術(shù),并在考慮井網(wǎng)和注水條件下,進(jìn)行體積壓裂理論與多級暫堵多縫壓裂理論的結(jié)合研究。室內(nèi)工藝優(yōu)化結(jié)果和9口井的現(xiàn)場試驗(yàn)表明,措施后油井的平均單井日增油量2.81 t。截至目前,平均單井有效生產(chǎn)天數(shù)達(dá)252天,增產(chǎn)效果顯著。該技術(shù)的成功實(shí)施運(yùn)用,為超低滲透油藏重復(fù)壓裂效果的提高提供了有力的依據(jù)。

重復(fù)壓裂 體積壓裂 混合水壓裂 增產(chǎn)機(jī)理 多級暫堵

國內(nèi)外采用的重復(fù)壓裂改造技術(shù)主要包括常規(guī)壓裂技術(shù)和暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)[1]。老井重復(fù)壓裂在已有人工裂縫的影響下,僅靠加砂壓裂,裂縫大都會沿老裂縫延伸,不易形成新裂縫,導(dǎo)致重復(fù)壓裂增油幅度小,有效期短。對于超低滲透儲層,暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)從機(jī)理上可以產(chǎn)生出新的支裂縫或溝通更多微裂縫,擴(kuò)大油井泄油面積。然而,該技術(shù)由于施工排量小,轉(zhuǎn)向半徑有限,其壓裂后增產(chǎn)幅度小,有效期短。與此同時,近些年發(fā)展起來的體積壓裂技術(shù)[2-4],依靠壓裂形成的多條長裂縫或縫網(wǎng)系統(tǒng),形成立體裂縫網(wǎng)絡(luò),增加泄流體積,其壓裂后產(chǎn)量有了大幅度的提高。因此,將體積壓裂技術(shù)引入到老井重復(fù)壓裂改造中,可大幅度提高老井的單井產(chǎn)量。

1 混合水體積壓裂重復(fù)改造思路

在超低滲透儲層中,重復(fù)壓裂的關(guān)鍵是要在原來老裂縫的基礎(chǔ)上,形成多個新裂縫,并與天然裂縫形成更大體積的立體網(wǎng)狀裂縫,進(jìn)一步增大改造體積,才有利于在油氣層中打開新的油氣流通道,更大范圍地溝通老裂縫未動用的油氣層,大幅度增加油氣產(chǎn)量,進(jìn)一步提高油氣藏的開發(fā)效果。因此,重復(fù)壓裂改造所形成新裂縫的延伸范圍和裂縫的縫網(wǎng)大小是提高油井產(chǎn)能的核心問題,也是制約重復(fù)壓裂效果的關(guān)鍵。

以華慶油田為代表,物性和巖石力學(xué)參數(shù)見表1。其儲層物性差,油層厚度較大,常規(guī)壓裂縫高只有20～30 m,縱向上動用不充分。巖石力學(xué)參數(shù)表明,儲層有一定的脆性,具備體積壓裂的條件。

表1 儲層物性參數(shù)Table 1 Physical parameters of reservoir

在對長慶油田前期多年的重復(fù)壓裂改造技術(shù)探索研究與實(shí)踐的基礎(chǔ)上,遵循體積壓裂的理念,確定了技術(shù)思路:一是前置液和低砂比階段分別采用低黏度的滑溜水壓裂液比較容易進(jìn)入天然裂縫的特性,同時通過大排量使天然裂縫開啟,形成復(fù)雜縫;二是低砂比階段采用線性膠壓裂液同時對張開的天然裂縫進(jìn)行有效支撐;三是加砂后期采用凍膠壓裂液造主縫和保持主裂縫的高導(dǎo)流能力;四是在大排量混合水體積壓裂的同時結(jié)合多次縫內(nèi)暫堵強(qiáng)行憋開新縫。混合水的含義就是這種不同階段采用不同的壓裂液,整個壓裂過程將混合水體積壓裂技術(shù)與多級暫堵技術(shù)相結(jié)合,最終形成菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)、注水開發(fā)條件下的老井混合水體積壓裂關(guān)鍵技術(shù),依靠體積壓裂擴(kuò)大儲層的改造體積,大幅度地提高單井產(chǎn)量。

2 重復(fù)改造工藝參數(shù)優(yōu)化

華慶油田超低滲透區(qū)塊注水開發(fā)井網(wǎng),主要采用的是菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)。在該井網(wǎng)條件下,受地層天然微裂縫發(fā)育方向的影響,邊井水驅(qū)受效程度較低,角井位于水驅(qū)前緣的有利方向易水淹。因此,按照混合水體積壓裂工藝要求,在設(shè)計(jì)壓裂施工參數(shù)時必須進(jìn)行綜合的參數(shù)優(yōu)化分析與設(shè)計(jì),使得壓裂后形成的網(wǎng)狀裂縫與井網(wǎng)相匹配,見圖1。

2.1 射孔優(yōu)化

為了提高儲層縱向動用程度,形成立體的體積壓裂縫網(wǎng)系統(tǒng),利用全三維壓裂設(shè)計(jì)與分析軟件E-StimPlan,通過模擬不同射孔孔眼數(shù)、孔眼直徑、射孔程度等條件下人工裂縫的縱向擴(kuò)展和裂縫形態(tài),優(yōu)化得出混合水體積壓裂重復(fù)改造的射孔段數(shù)為3～4段,射孔段長度為4～6 m,射孔段間距為2～3 m,射孔程度70%～80%。

2.2 排量優(yōu)化

混合水體積壓裂中,為了實(shí)現(xiàn)天然裂縫儲層縫網(wǎng)的形成,根據(jù)Warpinski和Teufel提出的破裂準(zhǔn)則,并結(jié)合該超低滲透區(qū)塊儲層巖石力學(xué)與地應(yīng)力剖面研究結(jié)果得出:該區(qū)水平兩向應(yīng)力差為3～6.5 MPa。根據(jù)室內(nèi)計(jì)算排量與凈壓力之間的關(guān)系形成圖版[4](見圖2)得出,對于J55鋼級的4?2″套管完井的油井,排量大于5 m3/min才能滿足混合水體積壓裂施工要求。同時,結(jié)合該超低滲區(qū)塊的某口試驗(yàn)井(XX11-52井)擬合出5.5 m3/min排量下的孔眼與彎曲摩阻5.2 MPa,按照儲層裂縫延伸壓力與井口壓力之間的關(guān)系,預(yù)測得出在排量為10 m3/min時,井口施工壓力為26～27 MPa,滿足套管鋼級抗壓強(qiáng)度的要求?；旌纤w積壓裂的優(yōu)化排量為6～10 m3/min。

2.3 壓裂液類型及其用液量

為了實(shí)現(xiàn)重復(fù)改造后復(fù)雜的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu),混合水體積壓裂施工采用多段塞注入方式[5]。根據(jù)段塞的不同,采用不同液體類型:一是前置液和低砂比階段分別采用低黏度的滑溜水壓裂液比較容易進(jìn)入天然裂縫的特性,同時通過大排量使天然裂縫開啟,形成復(fù)雜縫;二是低砂比階段采用線性膠壓裂液進(jìn)一步擴(kuò)大天然裂縫的開啟程度。同時,對張開的天然裂縫進(jìn)行支撐;三是加砂后期采用凍膠壓裂液造主裂縫和保持主裂縫近井地帶的高導(dǎo)流能力。其不同階段液體的主要作用見圖3。

為了分析得出壓裂用液量大小對儲層改造的影響,采用ECLIPSE數(shù)值模擬軟件計(jì)算不同入地液量與儲層受效體積的關(guān)系,得出了入地液量與儲層改造體積之間的關(guān)系,如圖4和圖5所示。根據(jù)結(jié)果得出,混合水壓裂受地層物性條件限制,受效體積增加幅度在入地液量為800～1 000 m3時變緩。因此,在采用混合水體積壓裂時優(yōu)選的入地液量體積為800～1 000 m3。

2.4 砂量優(yōu)化

與常規(guī)水力壓裂相比,混合水體積壓裂由于采用的是大液量、低砂比、低黏度壓裂液,為降低壓裂液對儲層的傷害,所需的低黏壓裂液量大幅增加。因此,綜合施工工藝得出,在入地液量為800～1 000 m3時,優(yōu)化砂量值在80～100 m3之間(平均砂比為10%)。

2.5 邊角井設(shè)計(jì)

針對最小主應(yīng)力方向上天然微裂縫不發(fā)育、側(cè)向剩余油富集的特點(diǎn),按照“大砂量、大液量、大排量、低砂比壓裂”技術(shù)思路進(jìn)行了施工設(shè)計(jì),從而提高裂縫的復(fù)雜程度。

邊井施工參數(shù)——砂量:80～100 m3;液量: 800～1 000 m3;排量:8～10 m3/min;砂比:10%～15%。

針對最大主應(yīng)力方向上天然微裂縫發(fā)育,水驅(qū)前緣易突進(jìn)的主向井,按照“控制砂量、液量、實(shí)施大排量、低砂比壓裂”技術(shù)思路,提高裂縫復(fù)雜程度的同時,控制縫長,延長見水周期。

角井施工參數(shù)——砂量:50～60 m3;液量:500～600 m3;排量:8～10 m3/min;砂比:10%～15%。

2.6 暫堵技術(shù)

借助層內(nèi)轉(zhuǎn)向技術(shù)+混合水壓裂,強(qiáng)制裂縫轉(zhuǎn)向,溝通更多的天然裂縫,實(shí)現(xiàn)改造體積的增加,層內(nèi)轉(zhuǎn)向技術(shù)采用化學(xué)顆粒暫堵劑進(jìn)行轉(zhuǎn)向。通過層內(nèi)多級暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)+混合水壓裂,強(qiáng)制裂縫轉(zhuǎn)向,溝通更多的天然裂縫,實(shí)現(xiàn)改造體積的增加,如圖6和圖7所示。

圖7所示XX97-61井施工過程中加入第一級暫堵劑后,在液體類型相同情況下,施工壓力上升1.5 MPa;加入第二級暫堵劑后,在液體類型相同情況下,施工壓力上升2.0 MPa;加入第三級暫堵劑后,壓裂設(shè)備短期故障,導(dǎo)致排量突降,正常后壓力上升1.0 MPa,壓力增大不明顯,判斷短期停泵后部分堵劑沉至井底,導(dǎo)致封堵效果較差;加砂后期加入第四級暫堵劑后,在液體類型相同情況下,施工壓力上升1.0 MPa。

2012年,長慶油田超低滲區(qū)塊華慶油田共實(shí)施9口混合水體積壓裂重復(fù)改造試驗(yàn),截至2012年年底,措施有效率達(dá)100%,平均有效生產(chǎn)天數(shù)達(dá)252天,且從生產(chǎn)趨勢來看,措施持續(xù)有效,平均日增油量2.81 t(該區(qū)常規(guī)重復(fù)壓裂平均日增油量1.43 t),平均單井累計(jì)增油和歷年措施效果相比,增產(chǎn)效果明顯提高(見表2)。

3 增產(chǎn)機(jī)理分析

混合水體積壓裂由于其特殊的增產(chǎn)理論,有效地提高了重復(fù)壓裂效果。從其測試分析結(jié)果也可以看出,通過混合水體積壓裂后的油井,其改造體積比常規(guī)工藝改造體積有了明顯的提高。同時,通過體積壓裂后大量壓裂液滯留于地層,相當(dāng)于短期內(nèi)對儲層進(jìn)行了高壓強(qiáng)化注水,壓縮了孔隙中的流體(油和水),使地層能量得到了提升。當(dāng)封堵的壓裂液逐漸返排后,油水逐漸置換,油的滲流通道就得以暢通。滯留于地層的壓裂液的多少反映流體被高壓壓縮的程度。增產(chǎn)機(jī)理詳細(xì)分析如下。

表2 混合水體積壓裂增油統(tǒng)計(jì)表Table 2 Increased oil statistics after mixing water volume fracturing

3.1 改造體積增加

以該區(qū)XX97-61井為例,該井于2009年10月投產(chǎn),2012年10月采用混合水體積壓裂技術(shù)進(jìn)行重復(fù)改造并進(jìn)行井下微地震監(jiān)測。從該井的井下微地震監(jiān)測結(jié)果(圖8)可以看出,混合水體積壓裂儲層改造體積與常規(guī)的排量、入地液量井相比大幅度增加,增加了約1.2倍,結(jié)果見表3。

3.2 地層能量的提升

實(shí)施的9口混合水體積壓裂試驗(yàn)井,平均單井入地總液量787 m3,返排后最大單井滯留量802 m3,平均單井滯留入井液532 m3。經(jīng)混合水體積壓裂后,大量的滯留液量有效地提高了地層能量,油藏模擬結(jié)果顯示滯留量導(dǎo)致地層壓力提高約0.5 MPa (見表4)。

表3 混合水體積壓裂與常規(guī)壓裂施工參數(shù)及井下微地震監(jiān)測結(jié)果對比Table 3 Comparison between parameters of mixing water volume fracturing and conventional fracturing

同時,為了進(jìn)一步對比混合水壓裂形成的人工裂縫系統(tǒng)和常規(guī)壓裂的不同,對兩口混合水體積壓裂試驗(yàn)井進(jìn)行了壓后試井分析。從測壓解釋結(jié)果可以看出,相對于鄰井,其裂縫滲透率更高,探測半徑更遠(yuǎn),說明實(shí)施混合水重復(fù)壓裂后裂縫系統(tǒng)完善程度更好,降低了近井地帶的滲流阻力,如表5所示。

表4 長慶油田XX超低滲區(qū)塊2012年混合水壓裂井排液統(tǒng)計(jì)表Table 4 Liquid discharge statistics of XX block with ultra-low permeability of Changqing Oilfield in 2012

表5 超低滲區(qū)塊華慶油田2012年混合水壓裂井壓后不穩(wěn)定試井測試成果對比Table 5 Unstable well test results of Huaqing Oilfield after mixing water volume fracturing in 2012

4 結(jié)論

(1)本試驗(yàn)形成了“滑溜水開啟天然裂縫,低砂比線性膠進(jìn)一步支撐天然裂縫,凍膠壓裂液保持主裂縫高導(dǎo)流”的混合壓裂液技術(shù)。同時,采用“大排量、大液量、低砂比”的體積壓裂工藝,輔以暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)強(qiáng)制裂縫轉(zhuǎn)向造新縫,通過將混合水體積壓裂技術(shù)與多級暫堵壓裂技術(shù)相結(jié)合,形成立體裂縫網(wǎng)絡(luò),增加改造體積,從而提高油井的重復(fù)改造效果。

(2)長慶油田超低滲區(qū)9口井混合水體積壓裂措施有效率達(dá)100%,有效期達(dá)252天,且持續(xù)有效,平均日增油2.81 t,與同區(qū)相當(dāng)油層的井相比,是常規(guī)重復(fù)壓裂產(chǎn)量的2.5～4.0倍,增產(chǎn)效果明顯。實(shí)現(xiàn)了在菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)、注水井長期注水、儲層油水關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜條件下的造體積大幅度增加,取得了良好的重復(fù)改造效果,避免了油井的裂縫性水淹。

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Re-fracturing technology research and field application of mixing water volume fracturing in ultra-low permeability reservoir

Li Jianshan1,Lu Hongjun1,Du Xianfei1,Qi Yin1,Gu Yanling1,Shi Cheng’en2,Ling Yonggang2
(1.Research Center for Ultra-low Permeability Reservoirs of PetroChina Changqing Oilfield Company,Xi’an 710021,Shaanxi,China;2.No.2 Project Department for Ultra-low Permeability Reservoirs of PetroChina Changqing Oilfield Company,Xi’an 745100,Shaanxi,China)

Single well has low yield in Huaqing low permeability oilfield.The wells with daily output less than 1 tons account for a larger proportion of total wells,reaching 56.2%in Huaqing Oilfield.Re-fracturing is an important measure to improve the production of fractured wells in Changqing ultra-low permeability reservoirs.Currently,the re-fracturing well stimulation is not ideal by using the conventional technologies.The performances such as small yield increase,water cut rising,production decline suddenly,short increasing period are appeared after re-fracturing.In this paper,the hybrid slick water SRV and multi-stage temporary blocking fracturing are combined to work for old production wells in ultra-low permeability reservoirs.Considering the well pattern and injection well conditions,the theories of volumetric fracturing and multi-stage temporary blocking are combined.After the parameters optimization in the laboratory and appli-cation of nine wells in the field,the average single well daily output increased 2.81 t,the effective production period for average single well is up to 252 days,and the effect of increasing yield is significant.The successful application of this technique also provides a strong basis for the refracturing in ultra-low permeability reservoir.

re-fracturing,volume fracturing,mixing water fracturing,increase production mechanism

TE348

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2014.05.011

2014-01-10;編輯:馮學(xué)軍

國家科技重大專項(xiàng)“超低滲透油藏有效開采技術(shù)”(2011ZX05013-004)。

李建山(1975-),男,河北唐縣人,高級工程師。2002年畢業(yè)于西安石油學(xué)院(現(xiàn)西安石油大學(xué))化工系應(yīng)用化學(xué)專業(yè),研究生學(xué)歷(工學(xué)碩士)。現(xiàn)任職于中國石油長慶油田公司超低滲透油藏研究中心,從事低滲透油藏壓裂酸化增產(chǎn)技術(shù)研究工作,發(fā)表論文10篇,多次獲省部級和局級科技獎勵。地址:(710018)陜西省西安市未央?yún)^(qū)鳳城四路長慶科技大廈410室。電話:029-86978129。E-mail:lijians_cq@petrochina.com.cn