薄差儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)在海拉爾油田的應(yīng)用

王賢君，肖丹鳳，尚立濤

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163453)

薄差儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)在海拉爾油田的應(yīng)用

王賢君，肖丹鳳，尚立濤

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163453)

海拉爾油田貝中、烏東區(qū)塊南屯組儲(chǔ)層主要以0.5～2.0 m的薄差層為主，采用大段合層壓裂導(dǎo)致部分層段壓不開(kāi)、壓裂效果差。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析不同巖性巖石力學(xué)參數(shù)特征，應(yīng)用復(fù)雜巖性儲(chǔ)層地應(yīng)力解釋系統(tǒng)，提高不同層段不同巖性地應(yīng)力解釋精度，確定了薄差儲(chǔ)層改造合理的細(xì)分層標(biāo)準(zhǔn)；采用不動(dòng)管柱多層細(xì)分壓裂技術(shù)，提高了薄差儲(chǔ)層的有效改造程度，增油增注效果明顯。

海拉爾油田；薄差層；解釋精度；細(xì)分多層壓裂

海拉爾油田貝中、烏東區(qū)塊南屯組油層厚度薄，主要是0.5～2.0 m的薄差層，占總層數(shù)的90.9%，占總厚度的73.4%。該區(qū)塊地層巖性復(fù)雜、砂體零散、薄差儲(chǔ)層縱向無(wú)應(yīng)力遮擋[1]，常規(guī)地應(yīng)力模型縱向地應(yīng)力剖面解釋精度低[2-9]。為進(jìn)一步提高海拉爾油田薄差層壓裂效果，開(kāi)展了薄差儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)研究。

1 不同巖性巖石力學(xué)參數(shù)解釋校正方法

海拉爾油田發(fā)育多套沉積巖，常規(guī)解釋方法忽略了不同儲(chǔ)層及同一儲(chǔ)層內(nèi)巖性變化對(duì)模型精度的影響；采用的測(cè)井動(dòng)態(tài)參數(shù)，不能反映地層真實(shí)情況，導(dǎo)致復(fù)雜巖性儲(chǔ)層巖石力學(xué)解釋存在局限性，需要?jiǎng)屿o態(tài)模量轉(zhuǎn)化[7-8]。因此，對(duì)不同區(qū)塊不同巖性的巖心，開(kāi)展了巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲得了靜態(tài)參數(shù)(表1)。

根據(jù)不同巖性的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將測(cè)井動(dòng)態(tài)參數(shù)與巖石力學(xué)靜態(tài)參數(shù)相結(jié)合，在統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，分巖性對(duì)動(dòng)-靜態(tài)彈性模量進(jìn)行相關(guān)性分析，彈性模量動(dòng)靜態(tài)相關(guān)性較好；回歸形成了動(dòng)-靜態(tài)彈性模量關(guān)系式(表2)，使計(jì)算的靜態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)更接近實(shí)測(cè)巖石力學(xué)參數(shù)，滿足了更精確解釋地應(yīng)力的需求。

表1 烏134-85井三軸實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

表2 不同區(qū)塊、不同巖性動(dòng)靜態(tài)彈性模量關(guān)系

2 復(fù)雜巖性地應(yīng)力解釋

以往常規(guī)巖石力學(xué)參數(shù)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果誤差較大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)校正功能?；诖罅繋r石力學(xué)參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具備了分區(qū)塊、分層位、分巖性建立新型地應(yīng)力及巖石力學(xué)參數(shù)解釋模型的條件，因此，在大量前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，建立了復(fù)雜巖性儲(chǔ)層地應(yīng)力模型系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠精確解釋復(fù)雜巖性儲(chǔ)層的巖石力學(xué)參數(shù)，并能通過(guò)實(shí)測(cè)值校正得到近似真實(shí)的巖石力學(xué)參數(shù)。為了驗(yàn)證該模型系統(tǒng)的可靠性，選取W11井115.4 m井段的數(shù)據(jù)，對(duì)常規(guī)測(cè)井計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)與系統(tǒng)模型計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比(表3)，其巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算誤差僅為6.8%；地應(yīng)力解釋誤差8.8%。解釋精度進(jìn)一步提高，能夠?yàn)閮?yōu)化分層改造提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表3 W11井模型計(jì)算與實(shí)測(cè)巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力數(shù)值對(duì)比結(jié)果

3 薄差層壓裂及隔層選層標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)提高不同層段不同巖性地應(yīng)力解釋精度，確定薄差層壓裂及隔層選層標(biāo)準(zhǔn)，首先選擇大于2 m的隔層，但如果隔層具有滲透性，壓裂液進(jìn)入隔層，隔層對(duì)人工裂縫不具有隔擋作用，人工裂縫高度擴(kuò)展較大，通過(guò)結(jié)合深淺側(cè)向和深淺(中)感應(yīng)測(cè)井曲線，來(lái)判斷地層的可滲透性。如圖1，83和84號(hào)層之間的隔層深感應(yīng)和中感應(yīng)曲線之間不存在差值，表明該隔層不具有滲透性，能夠隔擋人工裂縫；而84和85號(hào)層之間的隔層深感應(yīng)和中感應(yīng)曲線之間存在差值，表明該隔層具有滲透性，不能隔擋人工裂縫。隔層和儲(chǔ)層巖性差別越大，即力學(xué)性質(zhì)差別越大，綜合地應(yīng)力剖面中彈性模量(楊氏模量)參數(shù)，用彈性模量差表示力學(xué)性質(zhì)差。利用公式(1)回歸彈性模量差和應(yīng)力差關(guān)系，得到不穿層工況的彈性模量差和應(yīng)力差關(guān)系圖版(圖2)。

ΔE=-2Δσ+12

(1)

式中：ΔE——彈性模量差，GPa；Δσ——層間應(yīng)力差，MPa。

圖1 XI井隔層可滲透性判斷依據(jù)

圖2 隔層應(yīng)力差和模量差聯(lián)合分隔圖版

針對(duì)海拉爾盆地大段油層組內(nèi)發(fā)育多薄層的地層特點(diǎn)，通過(guò)精細(xì)的巖性識(shí)別、準(zhǔn)確的巖石力學(xué)參數(shù)及地應(yīng)力計(jì)算，形成了應(yīng)力分層剖面優(yōu)化技術(shù)，提高了儲(chǔ)層縱向上有效改造程度；應(yīng)用精細(xì)的巖性識(shí)別，把地質(zhì)分層與應(yīng)力分層有機(jī)結(jié)合，形成裂縫剖面優(yōu)化技術(shù)。利用所建立的復(fù)雜巖性模型輸出連續(xù)剖面的解釋結(jié)果，再結(jié)合公式(1)，建立分層曲線。

根據(jù)分層曲線實(shí)現(xiàn)有效分層，由隔層厚度、有無(wú)滲透性，再確定應(yīng)力差和彈性模量差組合，并確定分層壓裂隔層厚度和射孔跨距，薄差層垂向多段壓裂分層參數(shù)(表4)，形成了高效多層壓裂技術(shù)。

表4 薄差層垂向多段壓裂分層參數(shù)

4 薄差儲(chǔ)層高效壓裂技術(shù)

4.1 不動(dòng)管柱逐級(jí)投球打滑套壓裂工藝

海拉爾油田烏東及貝中區(qū)塊縱向上小層多、且主力與非主力油層交互存在，需要細(xì)分壓裂以提高產(chǎn)能。因此，研究應(yīng)用了不動(dòng)管柱逐級(jí)投球打滑套壓裂工藝。該工藝單趟管柱可壓裂10個(gè)層段，最高耐溫120 ℃，承壓60 MPa；工藝管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)通徑大，穩(wěn)定性強(qiáng)；封隔器膠筒短、易于解封，不沉砂， 工藝管柱設(shè)計(jì)有反循環(huán)通道，具有沖砂解堵功能。該項(xiàng)技術(shù)解決了大段射孔部分層段壓不開(kāi)或多段壓裂竄槽丟層的問(wèn)題，大大提高了儲(chǔ)層動(dòng)用程度。

4.2 可降解纖維壓裂液技術(shù)

針對(duì)薄差儲(chǔ)層縱向無(wú)應(yīng)力遮擋，導(dǎo)致有效支撐剖面較差、壓裂效果不理想的問(wèn)題，研究應(yīng)用了可降解纖維壓裂液技術(shù)?？山到饫w維壓裂液技術(shù)的主要特點(diǎn)是纖維既可以提高壓裂液的懸砂性能，保持較理想的鋪砂剖面，又可以完全溶解而不影響裂縫的導(dǎo)流能力。

纖維壓裂液具有較好的懸砂性能，在加入纖維的溶液和備用溶液中以0.38 g /mL的支撐劑(粒徑大小40～20目)，靜置12 h后，0.1 %纖維基液中的陶粒沉降3 cm，0.3 %纖維基液中的陶粒沉降1 cm，纖維懸砂性能好。纖維的高攜砂和固砂能力可將支撐劑帶到更深的壓裂裂縫中，能有效改善鋪砂剖面。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

利用不動(dòng)管柱一次坐壓多層技術(shù)和有效改善薄差層裂縫支撐剖面，薄差儲(chǔ)層通過(guò)提高儲(chǔ)層分層效率和有效支撐，改造效果明顯提高?，F(xiàn)場(chǎng)壓裂應(yīng)用36口井，油井壓裂15口51層；水井壓裂21口69層。油井壓后初期平均單井增油3.1 t/d，累積增油1.48×104t；水井改造后平均單井注水由3.8 m3/d提高到到23.9 m3/d, 累積增注14.71×104t。

現(xiàn)場(chǎng)7口井產(chǎn)液、吸水剖面測(cè)試結(jié)果表明，56層中的53層有明顯的產(chǎn)液、吸水顯示，計(jì)算薄差儲(chǔ)層壓裂縱向上壓裂儲(chǔ)層總改造層數(shù)有效率達(dá)到94.6%，解決了直井大段壓裂部分儲(chǔ)層無(wú)法有效改造的難題。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)通過(guò)巖心巖石力學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，分析了不同巖性巖石力學(xué)參數(shù)差異，通過(guò)對(duì)不同巖性巖石力學(xué)參數(shù)解釋校正，建立了按巖性分類(lèi)基礎(chǔ)上的復(fù)雜應(yīng)力分層優(yōu)化地質(zhì)模型，進(jìn)一步提高了復(fù)雜巖性精確地應(yīng)力解釋精度，為壓裂細(xì)分層提供可靠依據(jù)。

(2)建立了海拉爾油田薄差多層壓裂分層地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)應(yīng)力分層技術(shù)，利用不動(dòng)管柱一次坐壓多層技術(shù)實(shí)施精細(xì)分層壓裂，提高了儲(chǔ)層分層改造程度。

(3)對(duì)于縱向無(wú)應(yīng)力遮擋的儲(chǔ)層，應(yīng)用可降解纖維加砂技術(shù)，有效改善了薄差層裂縫支撐剖面，提高了儲(chǔ)層改造程度，同時(shí)也進(jìn)一步提高了壓裂效果。

[1] 尚立濤，肖丹鳳，趙亮．海塔盆地儲(chǔ)層異常難壓原因與對(duì)策[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2013，32(2)：142-143.

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編輯：劉洪樹(shù)

1673-8217(2015)05-0107-03

2015-05-06

王賢君，高級(jí)工程師，1968年生， 1989年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)從事采油工程技術(shù)研究工作。

TE357.1

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