淺談致密油藏直井體積壓裂儲(chǔ)層改造體積的影響因素

唐譽(yù)文++曹陽

摘 要：致密油是一種自生自儲(chǔ)的非常規(guī)油氣資源。致密油儲(chǔ)層因?yàn)橹旅?、滲透率低，所以儲(chǔ)層基質(zhì)向裂縫的供油能力差，僅僅依靠單一的壓裂主裂縫方法很難達(dá)到增產(chǎn)的效果，體積改造要形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，才能在最短距離內(nèi)讓流體基質(zhì)到裂縫滲流，所以致密油儲(chǔ)層的改造要在三維的方向形成裂縫網(wǎng)絡(luò)才能全面改造，即體積壓裂。針對(duì)三疊系致密油儲(chǔ)層的特點(diǎn)建立縫網(wǎng)模型，然后對(duì)比體積壓裂與常規(guī)壓裂的效果，得出體積壓裂對(duì)儲(chǔ)層改造體積的影響。

關(guān)鍵詞：體積壓裂；壓裂技術(shù)；體積改造；縫網(wǎng)形態(tài)

中圖分類號(hào)：TE357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.081

超低滲透致密儲(chǔ)物層的孔隙非常復(fù)雜、喉道細(xì)小，常規(guī)的壓裂技術(shù)很難保證增產(chǎn)的效果。但是天然裂縫在儲(chǔ)層中的發(fā)育可以通過壓裂施工中優(yōu)化排量、降低液體黏度的技術(shù)，使主裂縫與次生裂縫和微裂縫連接形成全方位的裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高壓裂后的單井產(chǎn)能。本文通過研究致密儲(chǔ)層縫網(wǎng)形態(tài)的體積改造和參數(shù)，對(duì)比單井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。

1 地質(zhì)概況

某油田三疊系長8儲(chǔ)層類型單一，平均深埋在2.1 km左右，油層厚度平均為15.7 m，有效孔隙為10.52%，平均滲透率為1.4×10-3 μm2，油層原始的地層壓力為18.2 MPa，主要采用的是菱形返九點(diǎn)注水開發(fā)井網(wǎng)，最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力在區(qū)域水平內(nèi)的差值比較小，最大主應(yīng)力的方向是北偏東75°?，F(xiàn)場測試結(jié)果和巖心觀測的結(jié)果為本儲(chǔ)層有兩組天然裂縫發(fā)育，主要是北東向，其次為北西向。縫網(wǎng)間的裂縫間距和主次裂縫的導(dǎo)流能力各不相同，裂縫間距s指的是每兩條平衡次裂縫之間的距離。儲(chǔ)層改造體積為：

Vsr=abh. （1）

Vsr為儲(chǔ)層改造體積，m3；a為縫網(wǎng)長度，m；b為縫網(wǎng)寬度，m；h是縫網(wǎng)高度，m。

本案例中的直井常規(guī)壓裂的縫長與體積壓裂的主裂縫長度相等，次生裂縫網(wǎng)絡(luò)面積為2×104 m3，縫網(wǎng)的導(dǎo)流能力為0.7 μm2/cm。致密儲(chǔ)層的基質(zhì)滲透率非常低，常規(guī)壓裂單井產(chǎn)能為1 m3，單一裂縫的壓裂能力已經(jīng)不能滿足需求了，所以想要獲得更高的產(chǎn)能，必須進(jìn)行體積壓裂改造。

致密儲(chǔ)層的改造過程與頁巖儲(chǔ)層不同，因?yàn)閮?chǔ)層的滲透率低，所以地層中如果沒有有效的溝通天然縫網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量過低，所以縫網(wǎng)的體積直接決定了最終體積改造的開發(fā)效果。矩形縫網(wǎng)在長寬比不同的情況下，儲(chǔ)層改造體積會(huì)影響單井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。例如，長寬比為1∶1，長寬高是100 m×100 m×28 m，儲(chǔ)層改造體積就是28 112 m3；長寬高是300 m×300 m×28 m，儲(chǔ)層改造體積就是252 448 m3。而縫網(wǎng)長寬比為4︰1和1︰4，長寬高為400 m×100 m×28 m和100 m×400 m×28 m時(shí)，儲(chǔ)層改造體積均為112 m3；縫網(wǎng)長寬比為3︰1.3時(shí)，長寬高比為300 m×133 m×28 m，儲(chǔ)層改造體積為112 m3。

通過對(duì)前期資料的系統(tǒng)整理和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，歸納了相關(guān)目的層的基本數(shù)據(jù)。由于地質(zhì)條件存在差異，所以混合水壓裂的裂縫形態(tài)也會(huì)有很大的差異，在開展混合水壓裂時(shí)，多數(shù)的井會(huì)以主裂縫為主干道形成網(wǎng)絡(luò)裂縫系統(tǒng)?；诘刭|(zhì)特征建立最大主應(yīng)力方向的模型，采用等效加密法，模擬研究不同縫網(wǎng)形態(tài)和縫網(wǎng)參數(shù)的體積壓裂。

根據(jù)所在區(qū)域的地質(zhì)特征，使用產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)油井的壓裂情況和油藏參數(shù)進(jìn)行歷史擬合，擬合所得出的地層滲透率和支撐縫長的參數(shù)都對(duì)油田的開發(fā)具有參照意義。歷史擬合首先要估算縫長、裂縫導(dǎo)流能力和儲(chǔ)層的滲透率，這樣才能使模擬計(jì)算的結(jié)果更準(zhǔn)。

2 體積壓裂縫網(wǎng)形成的影響因素

體積壓裂能不能形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)取決于地質(zhì)和壓裂施工工藝兩個(gè)方面的因素。

2.1 地質(zhì)因素

2.1.1 儲(chǔ)集層巖石的礦物質(zhì)成分

儲(chǔ)集層的礦物質(zhì)成分會(huì)影響到巖石的力學(xué)性質(zhì)，影響到裂縫的延伸路徑和開裂方式。經(jīng)研究得出結(jié)論，硅含量較高，并且鈣質(zhì)填充天然的裂縫發(fā)育的頁巖最容易形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，增產(chǎn)效果也比較好。缺少硅質(zhì)和碳酸鹽夾層的頁巖由于黏土礦物含量高，所以這類儲(chǔ)集層實(shí)現(xiàn)體積壓裂的復(fù)雜裂縫網(wǎng)比較難?？p網(wǎng)形成的難易程度可以和巖石礦物成分形成脆性指數(shù)表，脆性指數(shù)融合了泊松系數(shù)和楊氏模量兩重含義，還可以用巖石中脆性礦物質(zhì)所占的比例來表示。巖石中脆性礦物質(zhì)所占的比例越高，巖石的脆性指數(shù)就越大，越容易產(chǎn)生裂縫，形成縫網(wǎng)。而且不同儲(chǔ)集層的礦物質(zhì)成分差異比較大，所以使用的液體體系和改造技術(shù)也各不相同。

2.1.2 儲(chǔ)集層的天然裂縫

體積裂縫網(wǎng)主要是由人工裂縫和天然裂縫溝通而形成，所以在儲(chǔ)集層中，天然裂縫的方位和發(fā)育程度都會(huì)影響到人工裂縫的延伸和縫網(wǎng)的形成。在人工裂縫和天然裂縫夾角小于30°的情況下，施加多大的水平應(yīng)力，天然裂縫都不會(huì)張開改變?cè)械牧芽p延伸路徑；在人工裂縫和天然裂縫夾角在30°～60°的情況下，天然裂縫只會(huì)在水平低應(yīng)力差的情況下張開，形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，水平高應(yīng)力差的情況下天然裂縫是不會(huì)張開的，主裂縫將直接穿過天然裂縫延伸，不具備形成縫網(wǎng)的條件；當(dāng)人工裂縫與天然裂縫的夾角大于60°時(shí)，無論水平應(yīng)力差有多大，天然裂縫都不會(huì)張開，主裂縫繼續(xù)穿過天然裂縫延伸。

影響體積壓裂縫網(wǎng)形成的因素還有地應(yīng)力的異性和沉積變相等，地應(yīng)力異性越強(qiáng)，就越容易形成窄縫網(wǎng)，不利于復(fù)雜縫網(wǎng)的形成；反之，則容易形成寬的縫網(wǎng)，使改造體積擴(kuò)大。

2.2 施工工藝因素

致密油藏并非所有的頁巖儲(chǔ)集層都是一樣的，不同的地質(zhì)條件，體積壓裂的施工條件就不同。對(duì)于不同的儲(chǔ)集層，開發(fā)縫網(wǎng)裂縫的復(fù)雜指數(shù)也不同。

在中等滲透率油藏中，要減小裂縫復(fù)雜指數(shù)。當(dāng)儲(chǔ)集層滲透率非常低時(shí)，提高裂縫復(fù)雜指數(shù)會(huì)使產(chǎn)能有所提高。研究發(fā)現(xiàn)，滲透率為0.01 mD量級(jí)時(shí)，縫網(wǎng)效果最好，為0.000 1 mD量級(jí)時(shí)，大縫網(wǎng)的效果最好。

大縫網(wǎng)高裂縫縫網(wǎng)形成的有利條件為：施工排量大于10 m3/min，單井用液量在2 271～5 678 m3之間，低砂液與平均砂液的比例在3%～5%，最高不超過10%.

盡管在體積壓裂施工中采用大排量與大液量，但是還是不能滿足此裂縫的導(dǎo)流能力。對(duì)此，可以在壓裂后期，通過泵入較大的粒徑和高強(qiáng)度支撐劑提高砂液濃度，提高主裂縫導(dǎo)流能力，降低對(duì)次裂縫的要求。

3 結(jié)束語

利用體積壓裂技術(shù)可以在地層中形成復(fù)雜的縫網(wǎng)，改善油藏滲透環(huán)境，提高儲(chǔ)層的動(dòng)用，增加致密儲(chǔ)存的產(chǎn)量。單井的儲(chǔ)層改造體積并不是越大越好，而是要在壓裂措施的承受范圍內(nèi)提高產(chǎn)量。儲(chǔ)層改造體積相等時(shí)，主裂縫的長度會(huì)影響單井開發(fā)效果。較大的儲(chǔ)層改造體積在裂縫間距小的時(shí)候能體現(xiàn)更好的效果。相同改造體積下，裂縫導(dǎo)流能力越大，產(chǎn)油量就越高。主裂縫長度和導(dǎo)流能力是定值的情況下，提高次裂縫的導(dǎo)流能力能提升產(chǎn)油量。

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〔編輯：王霞〕