集約式體積改造工藝技術在Z區(qū)塊的應用

尹虎琛，趙 飛，彭國勛，李 祎，劉孟升

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司第二采油廠產(chǎn)建項目組，甘肅慶陽 745100；4.中國石油長慶油田分公司第十采油廠五蛟作業(yè)區(qū)，甘肅慶陽 745100；5.中國石油長慶油田分公司工程監(jiān)督處，陜西西安 710018）

集約式體積改造工藝技術在Z區(qū)塊的應用

尹虎琛1，2，趙 飛3，彭國勛3，李 祎4，劉孟升5

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司第二采油廠產(chǎn)建項目組，甘肅慶陽 745100；4.中國石油長慶油田分公司第十采油廠五蛟作業(yè)區(qū)，甘肅慶陽 745100；5.中國石油長慶油田分公司工程監(jiān)督處，陜西西安 710018）

長慶油田致密砂巖儲層體積壓裂技術由于受到施工場地、措施成本、返排液處理等方面因素的制約，存在施工組織困難、施工流程復雜、措施后高含水等技術特點和難點，一直以來未能在超低滲儲層進行大規(guī)模應用。為此，開展集約化體積改造技術試驗，通過對現(xiàn)有多裂縫壓裂成熟工藝進行革新，在實現(xiàn)體積壓裂工藝目的的同時，節(jié)約了作業(yè)成本，實現(xiàn)了開采效益最大化。Z區(qū)塊井組叢式井場較多，所在平臺面積小，施工條件受限，而集約式體積改造技術針對該區(qū)塊壓裂施工特點和難點，充分調(diào)動整合平臺現(xiàn)有設備、設施及空間資源，通過生產(chǎn)組織、設備配置、施工規(guī)模、施工程序以及平臺設施綜合利用等諸多環(huán)節(jié)的優(yōu)化，成功實現(xiàn)了在Z區(qū)塊進行工廠化水力壓裂的目的，投產(chǎn)35口井，初期平均單井日產(chǎn)液5.7 m3，日產(chǎn)油3.6 t，取得了較好的改造效果。實踐證明，平臺集約化壓裂技術對開發(fā)低滲透油田具有較好的適用性，并可以為今后陸上低滲透油氣田定向井開發(fā)提供借鑒。

低滲透油田；集約式改造；多縫壓裂

1 Z區(qū)塊的地質(zhì)特征

Z區(qū)塊屬于馬嶺油田，馬嶺油田延長組長8油層組是鄂爾多斯盆地老區(qū)未來油氣勘探和開發(fā)的重要補充層系之一，馬嶺地區(qū)長81油層段油藏平均埋深2400m，油層平均厚度6.2 m，砂巖孔隙度主要分布于0.21%～15.31%，平均值為9.4%；滲透率分布在4.482×10-3μm2～0.0014×10-3μm2，平均值為 0.254×10-3μm2。該區(qū)長813油層穩(wěn)定，物性較差，平面非均質(zhì)性強，主河道油層厚度在12 m～20 m，聲波時差在225 μs/m～230 μs/m，局部物性較差。該油層段砂巖儲層總體屬于特低孔-低滲儲層。

2 集約式體積改造的優(yōu)點

2.1 與常規(guī)體積壓裂相比，節(jié)約了作業(yè)成本，提升油藏開發(fā)價值

常規(guī)體積壓裂常借鑒于北美頁巖氣改造技術特點，采用“大排量、大液量、大砂量、低砂比”工藝模式，改造規(guī)模大，增加了油氣開采成本。集約式體積改造在控制成本的前提下，從微裂縫開啟機理、增加儲層泄油面積出發(fā)，通過在儲層地質(zhì)特征認識與壓裂工藝上的改進和創(chuàng)新，實現(xiàn)了儲層集約式改造的目的。

2.2 工藝實現(xiàn)程度、應用效果上能夠達到體積壓裂的效果

圖1 基于多裂縫壓裂工藝原理的三種工藝

儲層改造以造多縫為目的，通過斜井多段、定向射孔多縫、多級暫堵多縫壓裂3種工藝達到集約式體積改造的目的，增加儲層泄油面積，有效形成復雜縫網(wǎng)。

3 三種集約式體積改造工藝

三種工藝基于多裂縫壓裂工藝原理（見圖1），從儲層特征認識、射孔方位優(yōu)化、裂縫擴展與地應力關系等方面進行研究，在考慮完井條件、投資成本等因素后，用這三種工藝方式達到體積改造的目的。

3.1 斜井多段壓裂工藝

3.1.1 工藝原理 借鑒水平井分段壓裂改造工藝，充分利用定向井的井斜和方位，通過分段射孔、分段壓裂在平行于裂縫主應力方位上實現(xiàn)多條獨立的人工裂縫，增加井筒與油藏的接觸面積，提高單井產(chǎn)量。

3.1.2 斜井多段壓裂選井選層條件 受水平井多段壓裂啟發(fā)，可利用井眼軌跡條件在定向井中實現(xiàn)多段壓裂，擴大井筒與油層接觸面積，增大改造，提高單井產(chǎn)量。垂直于最大水平主應力的水平井形成的裂縫是橫切縫，利于多段改造。筆者通過對定向井層內(nèi)分層壓裂施工壓力分析及裂縫測試建立了斜井多段壓裂選井選層條件。

通過大量礦場數(shù)據(jù)統(tǒng)計，確定影響多縫形成的主要因素為井斜角（見圖2）以及井眼方位與最大主應力方位之間的方位夾角（見圖3）。即：（1）當井斜角≥15°（圖 2 區(qū)域 1），形成兩條獨立裂縫；（2）當 5°＜井斜角＜15°，方位夾角也對裂縫有顯著影響；方位夾角大于40°形成兩條獨立裂縫（圖2區(qū)域2）；方位夾角小于40°存在不確定性，可采用水力射孔射流等特殊工藝提高形成兩條獨立裂縫的幾率（圖2區(qū)域3）；（3）井斜角≤5°，不確定性增加，且縫間距小，增產(chǎn)潛力?。▓D2區(qū)域 4）。

圖2 井斜角與方位夾角交匯圖

圖3 定向井井身軌跡（左）及井斜角和平面投影方位夾角（右）示意圖

3.2 定向射孔多縫壓裂

室內(nèi)物模試驗研究射孔方位與地層破裂壓力之間的關系時發(fā)現(xiàn)，如果射孔方位與水平最大主應力方向之間存在夾角，壓裂裂縫首先沿著射孔方向延伸，之后轉(zhuǎn)向水平最大主應力方向[1]。在同一油層內(nèi)上下各射一排孔，兩排孔方位與最大主應力方向呈一定夾角，一排偏右，一排偏左。分別對兩排孔眼進行壓裂，這樣由于初始裂縫轉(zhuǎn)向?qū)е聝蓷l裂縫在井眼處虛擬相交，但在地層內(nèi)不會重合，形成近井類似于“X”形4條裂縫，遠井形成2條近于平行的裂縫。受此啟發(fā)，通過定向射孔誘導裂縫定向起裂，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，配合分段壓裂工藝，在層內(nèi)形成多裂縫[2，3]（見圖4）。

圖4 定向射孔多縫壓裂示意圖

3.3 爆燃+多級暫堵多縫壓裂

在儲層厚度大，物性好的儲層可以開展定向射孔多縫壓裂和斜井多段多縫壓裂，但在砂體邊部，薄差層這類儲層，受儲層厚度制約，以上兩種工藝有一定局限性。為此，建立多級暫堵多縫工藝思路，在主縫進行延伸的同時，提高縫內(nèi)凈壓力開啟更多微裂縫，有效增加儲層泄油面積，達到改造目的。

首先對原射孔段進行爆燃壓裂[4-8]，利用火藥燃燒時產(chǎn)生大量高溫、高壓氣體，作用在油層近井地帶，形成放射狀裂縫；然后實施暫堵壓裂，通過油溶性暫堵劑加入，在主裂縫內(nèi)形成橋堵，強制裂縫在端部向放射狀短裂縫方位延伸，溝通更多微裂縫，產(chǎn)生更多新裂縫與微裂縫形成的立體網(wǎng)狀裂縫，增加裂縫側向動用程度，提升油井單井產(chǎn)量（見圖5）。

圖5 爆燃+多級暫堵多縫壓裂示意圖

研究區(qū)長8儲層物性差，破裂壓力及施工壓力高，前期施工中加砂困難，容易砂堵，壓后產(chǎn)能低，生產(chǎn)效果較差。

分析認為，采用高能氣體壓裂在井筒周圍形成較多的微裂縫，可以降低施工的破裂壓力，同時井筒周圍微裂縫的產(chǎn)生，也使得水力壓裂施工中除了主裂縫延伸，微裂縫張開的可能性也增加了。因此通過采用多裂縫壓裂工藝，應可以產(chǎn)生支裂縫，增加較多的泄油面積，實現(xiàn)提高油井產(chǎn)能。

3.3.1 高能氣體壓裂原理 高能氣體壓裂利用火藥或火箭推進劑燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體處理油層以取得增產(chǎn)效果的方法就叫高能氣體壓裂。

理論計算和現(xiàn)場試驗都證明，采用高能氣體壓裂作業(yè)，隨著井筒內(nèi)升壓速率的增高，在井附近不僅在垂直最小地應力方向產(chǎn)生兩條縫，而是產(chǎn)生多條徑向縫，在離井筒較遠處，這些徑向縫仍按最大主應力方向延伸。裂縫條數(shù)主要取決于升壓速率。

火藥或推進劑燃燒產(chǎn)生的高壓氣體，在超過巖石的破裂壓力的條件下，在井附近產(chǎn)生多條徑向裂縫。由于裂縫不都是在垂直于地層的最小主應力方向，裂縫面上的切應力不為零，一旦裂開就會錯動，而不會閉合。其次壓力超過一定限度后，巖石會產(chǎn)生塑性變形，所以當壓力下降后仍有殘余裂縫。

因此采用高能氣體壓裂可以明顯降低儲層破裂壓力，可以部分降低壓裂時啟裂裂縫的高度延伸，降低裂縫溝通底水的幾率。

3.3.2 高能氣體＋多裂縫壓裂復合工藝增產(chǎn)可行性分析 根據(jù)高能氣體壓裂機理，由于火藥燃燒時間較快，壓力瞬間升高，使得井筒周圍形成了不同方向的微裂縫。

由于井筒周圍不同方向的微裂縫的形成，在水力壓裂過程中，通過多裂縫壓裂時，在轉(zhuǎn)向劑的作用下，井底壓力提高后，井筒周圍與主裂縫不同方向的微裂縫張開，形成支裂縫，就可以溝通儲層中更多的原始微裂縫，實現(xiàn)油井的增產(chǎn)。

分析認為，通過高能氣體＋多裂縫壓裂復合工藝可以實現(xiàn)高破裂壓力區(qū)塊特低滲儲層油井的生產(chǎn)效果。

現(xiàn)場試驗證明，多裂縫復合工藝現(xiàn)場完全可以實現(xiàn)，同時對于高破裂壓力的儲層明顯降低了水力壓裂的破裂壓力，對于有底水的儲層，通過高能氣體壓裂，通過降低水力壓裂的破裂壓力，控制了裂縫的啟裂高度，減小了裂縫與底水溝通的幾率。

4 現(xiàn)場應用效果

現(xiàn)場采用集約式改造工藝思路，共進行35口井試驗，施工井有效率97.5%，其中定向射孔多縫壓裂13口，改造效果最好，投產(chǎn)初期單井平均日產(chǎn)液6.8 m3，日產(chǎn)油4.2 t，含水28.5%，爆燃+多級暫堵多縫壓裂7口，平均日產(chǎn)液5.4 m3，日產(chǎn)油3.4 t，含水23.3%，斜井多段壓裂應用15口，平均單井日產(chǎn)液4.9 m3，日產(chǎn)油3.1 t，含水28.3%。從三種工藝效果對比發(fā)現(xiàn)（見表1），在Z區(qū)塊長8層超低滲儲層，定向射孔多縫壓裂效果最佳，在多縫壓裂的思路下，達到了體積改造的目的。

圖6 Z區(qū)塊集約式體積改造試驗井情況

表1 集約式體積改造工藝效果對比

從圖6可以看出，多縫壓裂改造工藝取得了顯著效果，其中斜井多段、定向射孔主要應用集中在砂體較厚，物性較好的油藏中部，而在物性較差、注水受效低的砂體邊部，實施多級暫堵多縫壓裂工藝，同樣達到了良好的增油效果。從實施井數(shù)看，2016年實施多縫壓裂改造共34口，占總井數(shù)的75.6%。

5 認識

（1）集約式體積改造在馬嶺長8油藏超低滲儲層可以實現(xiàn)體積壓裂的工藝目的，且集約式體積改造是應對目前低油價挑戰(zhàn)的一項有效措施，在有限的作業(yè)成本范圍內(nèi)，可以達到增油效益良好效果。

（2）將定向井井斜因素和地層厚度結合起來，開展多縫改造工藝研究，借鑒水平井分段改造思路，在儲層厚度大，井斜角與方位角匹配的基礎上，開展斜井多段壓裂工藝試驗，取得了良好的改造效果。

（3）集約式體積改造工藝配套技術是超低滲儲層改造的一項有效技術，該工藝核心是多裂縫改造思路，通過利用大斜度井厚油層、定向射孔轉(zhuǎn)變初始裂縫方位，縫內(nèi)壓力升高等方式，形成了徑向的縫網(wǎng)系統(tǒng)和天然微裂縫溝通，改進了油藏的滲流狀況和滲流條件。

（4）集約式體積改造技術工藝流程簡單方便，實施過程安全可靠，所需成本低廉，是低油價形勢下控制開采成本的有效途徑，應用前景廣泛。

［1]劉建中，劉繼民，劉志鵬，等．用微地震法監(jiān)測壓裂裂縫轉(zhuǎn)向過程［J］．石油勘探與開發(fā)，2005，32（2）：75-77．

［2]唐梅榮.定向射孔多縫壓裂工藝案例分析［J］.中國工程科學，2012，14（5）：105-112.

［3]Economides，M.J.，Nolte，K.G.著.張保平，等.譯.油藏增產(chǎn)措施（第三版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［4]李海濤，羅偉，姜雨省，等.復合射孔爆燃氣體壓裂裂縫起裂擴展研究［J］.爆炸與沖擊，2014，34（3）：307-314.

［5]王忍峰，付振銀，等.多裂縫壓裂工藝在超低滲儲層中的應用［J］.鉆采工藝，2010，33（增）：41-43.

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［8]米卡爾J?？酥Z米德斯．油藏增產(chǎn)措施（Ⅲ版）［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2002．

Application of intensive volume reconstruction technology in Z block

YIN Huchen1，2，ZHAO Fei3，PENG Guoxun3，LI Yi4，LIU Mengsheng5
（1.Drilling&Production Engineering Technology Research Institute，Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Xi'an Shanxi 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil&Gas Fields，Xi'an Shanxi 710018，China；3.Oil Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Qingyang Gansu 745100，China；4.Oil Production Plant 10 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Qingyang Gansu 745100，China；5.Engineering Supervision Office of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China）

The fracturing technology of the tight sandstone reservoir in Changqing oilfield is due to the technical characteristics and difficulties of the construction site,the cost of the measures,the disposal of the waste treatment and other aspects of the constraints,there aredifficulties in the construction organization,the construction process is complex,high water content and other measures failed to carry out large-scale development in ultra-low permeability reservoirs.To this end,to carry out intensive volume transformation technology test,through the existing multi-fracturing fracturing mature process innovation,in the realization of the purpose of volume fracturing process at the same time,saving operating costs,to maximize the efficiency ofmining.There are more cluster wells in the Z block wells,the platform area is small,the construction conditions are limited,and the intensive volume transformation technology is suitable for the fracturing construction characteristics and difficulties of the block,and fully mobilize the existing equipment,facilities and space resources.Through the production organization,equipment configuration,construction scale,construction procedures and comprehensive utilization of platform facilities and many other aspects of the optimization,the successful realization of the Z block for the purpose of industrial fracturing,put into operation 35 wells,the initial average single well Nissan liquid 5.7 m3,Nissan oil 3.6 t,and achieved a better transformation effect.It is proved that the platform intensive fracturing technology has good applicability to the development of low permeability oilfield and can be used as a reference for future development of directional wells in low permeability oil and gas fields.

low permeability oilfield；intensive reconstruction；multiple fractures fracturing

TE357.13

A

1673-5285（2017）09-0062-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.016

2017－08-03