低滲透油田水平井重復(fù)壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用

蘇良銀，龐 鵬，白曉虎，黃 婷，段鵬輝

（中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018）

近幾年來，水平井開發(fā)成為動(dòng)用低滲透油田地質(zhì)儲量和提高單井產(chǎn)量的主要方式，儲層改造技術(shù)也取得了顯著進(jìn)步[1-4]。以鄂爾多斯盆地為代表的（特）低滲透和致密儲層從20 世紀(jì)90 年代開始進(jìn)行水平井開發(fā)探索，通過不斷開展技術(shù)攻關(guān)和試驗(yàn)，尤其是近10 年來隨著儲層改造等技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，水平井開發(fā)日趨成熟。近5 年來，水平井?dāng)?shù)量急劇增加，總生產(chǎn)井?dāng)?shù)接近2 000 口，初期平均單井產(chǎn)能6 t/d～10 t/d，是直井產(chǎn)能的3～4 倍，效果顯著。但是，隨著生產(chǎn)時(shí)間延長，油井開發(fā)效果逐漸變差，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）低滲透、超低滲透和致密儲層不僅滲透性差，還同時(shí)伴隨儲層壓力低的特點(diǎn)（平均地層壓力系數(shù)0.7～0.8），需要補(bǔ)充能量開發(fā)。但是，超前注水后初期單井產(chǎn)能高，但遞減快，部分井投產(chǎn)1 年遞減達(dá)到30 %～40 %。

（2）低滲透儲層天然微裂縫較為發(fā)育，注入水易沿著天然微裂縫竄入人工裂縫造成油井過早見水，含水≥60 %的井占比近40 %，低產(chǎn)高含水井比例高，堵水治理難度大。

（3）受初期工藝技術(shù)不成熟使儲層改造不徹底和非均質(zhì)性強(qiáng)致油井不見效等因素影響，低產(chǎn)低含水井比例占比近1/3，油井產(chǎn)能未能得到有效釋放，急需進(jìn)行重復(fù)改造提高單井產(chǎn)能，進(jìn)一步提升開發(fā)效益。

1 重復(fù)壓裂選井原則

低滲透油田水平井通常需要通過水力壓裂來獲得工業(yè)油流，完井方式大多采用套管固井分段改造工藝。鑒于水平井大規(guī)模開發(fā)主要集中在近3～5 年，原有裂縫導(dǎo)流能力損失較小，但儲層分段改造工藝技術(shù)卻取得了重大進(jìn)步，尤其體現(xiàn)在近年來以混合水壓裂為代表的體積壓裂技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用[5-7]。為獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，確保措施后單井產(chǎn)能提高明顯，針對低產(chǎn)低含水水平井，重復(fù)壓裂選井需要遵循以下基本原則。

（1）選井前應(yīng)結(jié)合初期分段改造工藝，盡可能選擇受初期分段封隔工具較差或改造不徹底的井為潛力待選井。

（2）水平井水平段較長，完井時(shí)固井難度大，要求重復(fù)改造前進(jìn)行固井質(zhì)量檢測，確保套管未變形及固井質(zhì)量良好，防止重復(fù)改造時(shí)發(fā)生管外竄等意外風(fēng)險(xiǎn)。

（3）經(jīng)過長時(shí)間生產(chǎn)，水平井壓力保持水平較低，地層吐砂、井筒結(jié)垢結(jié)蠟等問題突出，甚至還殘留部分初期改造時(shí)遺留下的封隔器膠皮等雜物，因此為保證重復(fù)壓裂時(shí)不發(fā)生卡鉆等井下復(fù)雜狀況，要求重復(fù)改造前保持水平井井筒暢通。

（4）水平井重復(fù)壓裂選井應(yīng)盡可能選擇采出程度較低和壓力保持水平較高的井，確保一定可采儲量和能量保持水平。

（5）受初期射孔方式不同和儲層非均質(zhì)性等影響，水平井各段射孔有效性及產(chǎn)量貢獻(xiàn)率等在重復(fù)改造前應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步明確，比如采用分段測試工藝等手段，進(jìn)一步提高重復(fù)壓裂措施的針對性和有效性。

2 重復(fù)壓裂效果影響因素

重復(fù)壓裂效果的影響因素很多，針對水平井而言，需要結(jié)合油田的實(shí)際情況和儲層改造技術(shù)進(jìn)行具體確定?？紤]油田前期改造效果和改造手段，結(jié)合水平井自身特點(diǎn)和現(xiàn)場專家總結(jié)，將影響某油田水平井重復(fù)壓裂效果因素歸結(jié)為地層因素、工程因素、開發(fā)因素和巖石力學(xué)因素4 大類共28 個(gè)指標(biāo)。

地層因素：代表儲層物質(zhì)基礎(chǔ)，一定程度上反映了儲層向人工裂縫的供油能力。含6 個(gè)指標(biāo)，主要包括儲層厚度、儲層孔隙度、儲層滲透率、初始含油飽和度、流體黏度和電阻率。

工程因素：初次改造程度高低的直接表現(xiàn)，含9 個(gè)指標(biāo)，主要包括水平段長、改造段數(shù)、布縫密度，砂量、排量、砂比、入地液量、試油產(chǎn)油量和產(chǎn)液量。

開發(fā)因素：代表措施前采出程度和能量保持狀況，含7 個(gè)指標(biāo)，主要包括投產(chǎn)初期日產(chǎn)油及含水、措施前日產(chǎn)油及含水、地層壓力、累計(jì)產(chǎn)油和剩余可采儲量等。

巖石力學(xué)因素：是重復(fù)壓裂后復(fù)雜裂縫形成的重要指標(biāo)，是儲層能否徹底改造的核心因素。含6 個(gè)指標(biāo)，主要包括巖石脆性、兩向應(yīng)力差、天然裂縫密度、儲隔層應(yīng)力差、楊氏模量和泊松比，通常單井不容易獲得，可以以鄰井或區(qū)塊平均代替。

3 重復(fù)壓裂選井方法

選出最優(yōu)的候選潛力井是取得重復(fù)壓裂成功的關(guān)鍵?，F(xiàn)場通常采用經(jīng)驗(yàn)判斷來選井不科學(xué)，主觀性意識較多，措施有效率較低。應(yīng)用模糊綜合評判數(shù)學(xué)理論來選井是礦場普遍采用的一種方法[8，9]，其科學(xué)性和有效性較高，現(xiàn)場應(yīng)用也比較方便。對于注水開發(fā)的油藏來說，指標(biāo)與效果并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，而是一種非線性關(guān)系。例如，壓力保持水平，當(dāng)值較小時(shí)，重復(fù)壓裂后隨著該值的增加其增油量較好；但當(dāng)該值較大時(shí)，若值越大，見水風(fēng)險(xiǎn)也越大，因此存在一個(gè)最佳的值。結(jié)合現(xiàn)場效果統(tǒng)計(jì)和前人研究成果[10]，采用正態(tài)分布含數(shù)來作為非線性隸屬函數(shù)較為貼近實(shí)際情況。

每個(gè)評價(jià)指標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行梳理統(tǒng)計(jì)劃分為4 個(gè)等級區(qū)間：最優(yōu)選擇、次優(yōu)選擇、不宜選擇和不能選擇，當(dāng)xij=μij時(shí)，隸屬度為最大值1，因此μij為某等級的數(shù)學(xué)期望，為某評語等級區(qū)間的上下界的算術(shù)平均值。

同時(shí)，前一評語等級的下限又是后一評語等級的上限，因此取過度點(diǎn)隸屬度為0.5，則：

鑒于各影響因素之間關(guān)系比較復(fù)雜，其重要性無法進(jìn)行獨(dú)立評價(jià)量化，本文采用比較常用的層次分析法來進(jìn)行確定。先根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際由兩兩因素進(jìn)行對比得到判斷對比矩陣：A=［aij］n×n。為了使判斷矩陣具有一致性，建立等價(jià)矩陣=10tij，其中tij計(jì)算公式為：

最后根據(jù)該矩陣的特征值求取權(quán)重向量W=（w1，w2，……，wn），式中：

因此，按照比較因素間的相對程度，對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對比打分（1、3、5 分別表示一個(gè)因素與另一個(gè)因素相比屬同等重要、明顯重要、極端重要），第一級評判對比矩陣為：

根據(jù)第（4）式和第（6）式便可計(jì)算出一級權(quán)重為：0.281 8，0.281 8，0.248，0.188 4。同理，便可計(jì)算出模型28 個(gè) 指 標(biāo) 的 權(quán) 重 為W=［0.014，0.012，0.014，0.014，0.012，0.012，0.01，0.01，0.008，0.008，0.009，0.008，0.009，0.008，0.008，0.008，0.008，0.008，0.008，0.01，0.008，0.01，0.006，0.006，0.006，0.005，0.005，0.005］。

4 重復(fù)壓裂工藝技術(shù)

低滲透油田水平井投產(chǎn)初期通常進(jìn)行過分段改造，重復(fù)壓裂工藝應(yīng)以優(yōu)選雙封單卡工藝為主[10]，這樣既能保證有效的進(jìn)行段間封隔，也可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)重復(fù)壓裂。核心工具封隔器根據(jù)措施工藝進(jìn)行優(yōu)選，常規(guī)分段壓裂可選用K344 型擴(kuò)張式封隔器，壓裂后需要關(guān)井實(shí)現(xiàn)地層油水置換可選Y211 壓縮式封隔器。

重復(fù)改造技術(shù)可以采用常規(guī)壓裂，也可以應(yīng)用大排量混合壓裂，優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)注采井網(wǎng)和水線分布具體確定。主體遵循實(shí)現(xiàn)儲層改造體積最優(yōu)化和剩余油動(dòng)用最大化為原則，在初期改造段數(shù)少的地方，可以加密補(bǔ)孔布縫，最后進(jìn)行改造參數(shù)優(yōu)化。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

鄂爾多斯盆地某油田某層油藏屬于超低滲透油藏，該區(qū)塊油藏平均砂層厚度20.0 m，空氣滲透率＜0.5 mD，孔隙度11.7 %。儲層縱向上、平面上分布相對穩(wěn)定，層內(nèi)夾層較少。該區(qū)水平井100 余口，目前平均單井日產(chǎn)油3.4 t，綜合含水達(dá)到40 %，其中低產(chǎn)水平井（≤2 t/d）占總水平井?dāng)?shù)的近30 %。雖然采用注水補(bǔ)充能量進(jìn)行開發(fā)，但注水后水平井見效比例僅20 %，低產(chǎn)水平井中，低產(chǎn)低液井占比34 %。

2014 年針對該區(qū)因初期改造程度較低的3 口水平井，開展重復(fù)壓裂提高單井產(chǎn)量，其部分基本參數(shù)和各因素等級區(qū)間劃分（見表1 和表2）。根據(jù)（1）式便可計(jì)算出3 口井隸屬矩陣，結(jié)合權(quán)重向量進(jìn)行綜合評判，得出其評判結(jié)果（見表3）。從概率分布看，評判結(jié)果基本在最優(yōu)選擇和次優(yōu)選擇兩個(gè)區(qū)間，表明3 口井均可進(jìn)行重復(fù)壓裂。

表1 重復(fù)壓裂水平井基本參數(shù)表（部分）

表2 水平井重復(fù)壓裂影響因素等級劃分（部分）

表3 某區(qū)水平井選井評判結(jié)果在各區(qū)間的分布

該區(qū)3 口井于2014 年下半年實(shí)施水平井雙封單卡進(jìn)行重復(fù)改造，平均改造5 段，平均加砂201 m3，施工排量5.0 m3/min～6.0 m3/min，初期日增油3.6 t，目前日增油2.33 t，改造效果較好（見表4）。從措施有效期和單段日增油量上看，3 口井與綜合評判結(jié)果一致。

6 結(jié)論

（1）低產(chǎn)水平井較多，針對初期改造不徹底的低產(chǎn)井，重復(fù)壓裂可以有效提高單井產(chǎn)量，充分發(fā)揮油井潛力，對推廣水平井低產(chǎn)井治理具有重要意義。

（2）低滲透油藏非均質(zhì)性較強(qiáng)，水平井水平段較長，重復(fù)壓裂選井選段是關(guān)系措施效果好壞的關(guān)鍵，采用模糊綜合評判和層次分析理論可以提高措施潛力井優(yōu)選的科學(xué)性和有效性。

表4 某區(qū)水平井實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)表

（3）水平井開采后井筒狀況復(fù)雜，為提高雙封單卡壓裂鉆具的一次性成功率和施工效率，除要求保證較高的井筒質(zhì)量外，更需要配套性能較好的壓裂工具。

（4）針對低滲透油田而言，造成水平井低產(chǎn)的因素較多，但因滲透性差造成油井不見效和遞減快是主要原因，因此重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)時(shí)需著重考慮擴(kuò)大儲層改造體積和恢復(fù)地層能量，以便促進(jìn)油井受效，在提高單井產(chǎn)量的同時(shí)，延長有效期。

［1］ 唐梅榮，趙振峰，李憲文，等.多縫壓裂新技術(shù)研究與試驗(yàn)［J］.石油鉆采工藝，2010，32（2）：71-73.

［2］ 杜現(xiàn)飛，李建山，齊銀，等.致密厚油層斜井多段壓裂技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2012，34（4）：61-63.

［3］ 翁定為，雷群，胥云，等.縫網(wǎng)壓裂技術(shù)及其現(xiàn)場應(yīng)用［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32（2）：280-284.

［4］ 閆永萍，李新第，劉順，等.淺析水平井分段壓裂改造技術(shù)在長慶油田的應(yīng)用［J］.內(nèi)江科技，2012，（5）：106-127.

［5］ 王曉東，趙振峰，李向平，等.鄂爾多斯盆地致密油層混合水壓裂試驗(yàn)［J］.石油鉆采工藝，2012，34（5）：80-83.

［6］ 趙伯平，齊銀，陸紅軍，等.長慶油田超低滲透油藏體積壓裂技術(shù)研究與試驗(yàn)［J］.大觀周刊，2012，39（12）：164-165.

［7］ 任勇，馮長青，胡相君，等.長慶油田水平井體積壓裂工具發(fā)展淺析［J］.中國石油勘探，2015，20（2）：75-81.

［8］ 吳建發(fā)，郭建春，趙金洲.壓裂酸化選井模糊綜合評判方法［J］.石油鉆采工藝，2004，26（2）：54-57.

［9］ 陳銘，李紅燕，王鐵寧，等.模糊綜合評判中非線性隸屬函數(shù)的確定［J］.數(shù)學(xué)的時(shí)間與認(rèn)識，2006，36（9）：124-127.

［10］ 段曉軍，黨玲，袁理生，等.水平井選段重復(fù)壓裂工藝研究與應(yīng)用［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，32（2）：77.