致密油藏水平井分段壓裂集成開采實(shí)踐

朱 爭，孫兵華，尹 虎，宋珈萱.

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安 727500)

致密儲(chǔ)層物性差，孔喉細(xì)小，非均質(zhì)性嚴(yán)重，裂縫發(fā)育，流體在致密儲(chǔ)層條件下流動(dòng)存在較大的啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感[1-4]。目前在我國很多油田常常采用水平井技術(shù)開發(fā)致密油藏，壓裂人工造縫可連通天然裂縫，改善儲(chǔ)層流體的滲流條件[5-7]，但水平井壓裂過程中，壓裂液在壓差的作用下會(huì)向地層濾失，污染地層，而隨水平段長度的增加，壓裂周期的變長，壓裂液返排率降低，壓裂液在儲(chǔ)層中的長時(shí)間滯留給儲(chǔ)層帶來較大的傷害，影響儲(chǔ)層改造效果[8]。為解決壓裂液長期滯留對(duì)儲(chǔ)層傷害和產(chǎn)量遞減快的難題，李展縫等[9-15]對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)各類壓裂液長期滯留均會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成一定的傷害。同時(shí)仲如冰[16]提出了水平井3 段集成分段注水技術(shù)，可高效補(bǔ)給地層能量，提高水平井的開發(fā)效率。但很少有人研究致密油藏水平井開發(fā)隨水平段增長，壓裂液入地液量也隨之增加，壓裂液不能及時(shí)返排，會(huì)造成一定程度地層污染，影響水平井單井產(chǎn)量的問題。為此，本文提出了致密油藏水平井分段壓裂集成開采方法，將水平段分兩個(gè)生產(chǎn)階段開采，并用油藏?cái)?shù)值模擬方法進(jìn)行論證，解決礦場上水平井水平段長度越長，壓裂周期越長，壓裂液返排率越低，壓裂液對(duì)儲(chǔ)層傷害越大，產(chǎn)油量低的礦場難題。

1 致密油藏水平井礦場開采存在的問題

通過對(duì)延長油田兩個(gè)典型區(qū)塊致密油藏4口水平井開采效果(表1)和生產(chǎn)曲線圖(圖1)對(duì)比分析，表明A區(qū)塊的兩口鄰井P-8井與P-11井，開發(fā)層位相同，壓裂方式相同，累產(chǎn)時(shí)間相差不大，而P-11井水平段長度幾乎是P-8井的2倍，壓裂段數(shù)比P-8井多2段，但單井累產(chǎn)油量卻相差不大，僅33.65t； B區(qū)塊兩口鄰井H-1井與H-5井，開發(fā)層位相同，壓裂方式相同，累產(chǎn)時(shí)間僅差10天，而H-5井水平段長度幾乎是H-1井的1.5倍，壓裂段數(shù)比H-1井多3段，單井累產(chǎn)油量卻減少367.03t，日產(chǎn)油量低于H-1井。因此，通過礦場生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)水平井水平段越長，壓裂段數(shù)多，單井產(chǎn)油效果不一定越好。依據(jù)滲流理論推算，水平段越長，水平井產(chǎn)油效果越好，而以上生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，水平段長度越大，產(chǎn)油效果不一定越好，甚至出現(xiàn)產(chǎn)油效果差的問題[17-18]。出現(xiàn)理論研究與礦場實(shí)際偏差核心原因是現(xiàn)場壓裂施工過程中，水平井水平段長度越長，壓裂段數(shù)增多，壓裂周期越長(水平井分段壓裂施工周期最長可達(dá)30天左右)，壓裂液抽汲返排率越低，滯留在儲(chǔ)層中壓裂液越多，長期滯留的壓裂液會(huì)對(duì)儲(chǔ)層滲透率造成不同程度的傷害，影響儲(chǔ)層改造效果[9]。

表1 致密油藏水平井礦場開采效果對(duì)比Table 1 Comparison of effect of horizontal well exploitation in production field

注：4口水平井選取2個(gè)代表性區(qū)塊，P-8井與P-11井相距1.5公里， H-1井與H-5井同一鉆臺(tái)的井。

圖1 代表性區(qū)塊相鄰水平井日產(chǎn)油量對(duì)比Fig.1 Comparison of oil production rate of adjacent horizontal wells

2 水平井分段壓裂集成開采方法數(shù)值模擬研究

為了解決致密油藏施工現(xiàn)場水平井開發(fā)中存在的難題：隨水平段長度的增大，壓裂施工周期越長，壓裂液抽汲返排率越低，對(duì)儲(chǔ)層滲透性傷害越大，進(jìn)而開發(fā)效果變差，因此提出了水平井分段壓裂集成開采方法(圖2)。水平井分段壓裂集成開采是指1口水平井套管完井后，將水平段分兩個(gè)生產(chǎn)階段進(jìn)行分段壓裂，第一生產(chǎn)階段：先在水平段中部設(shè)置可鉆橋塞將水平段中部與趾部隔離，將水平井水平段跟部至中部進(jìn)行壓裂，抽汲返排，生產(chǎn)一段時(shí)間。第二生產(chǎn)階段：待水平井產(chǎn)油量大幅遞減后，將水平段中部至趾部進(jìn)行壓裂，抽汲返排，水平段集成開采。水平井分段壓裂集成開采方法原理：將過長的水平段分段壓裂集成開采，有效縮短壓裂施工周期，提高壓裂液抽汲返排率，最大限度降低壓裂液滯留對(duì)儲(chǔ)層的不可逆?zhèn)?，保證較好的壓裂效果，提高致密油藏最終采收率。

圖2 水平井分段壓裂集成開采方法示意圖Fig.2 Schematic diagram of horizontal well multistage fracturing integrated exploitation

為了驗(yàn)證水平井分段壓裂集成開采方法對(duì)水平井開發(fā)效果的影響，本文采用油藏?cái)?shù)值模擬軟件以延長油田某致密油藏為背景建立致密油藏流線模型，水平井部署模型中間，模擬生產(chǎn)時(shí)間為15年，模型其他參數(shù)見表2。

表2 油藏流線模型相關(guān)參數(shù)Table 2 The relative parameters of the reservoir simulation model

2.1 分段壓裂集成開采與常規(guī)開采(全井段壓裂)效果對(duì)比

小學(xué)教師在開展語文教學(xué)的過程中，要想將小組合作的效用展現(xiàn)出來，師生間的密切配合，往往是必不可少的。至此，在這其中，教師一定要充分地發(fā)揮出自身的效用，來輔助學(xué)生找尋角色定位，使學(xué)習(xí)目標(biāo)得到進(jìn)一步地明確，保障小組合作的順利開展，使每位學(xué)生都有所收獲，將該模式的效用展現(xiàn)出來。

圖3 水平井分段集成開采與常規(guī)開采(全井段壓裂)產(chǎn)油量對(duì)比Fig.3 Comparison of oil production by horizontal well multistage fracturing integrated exploitation and that of conventional(all well fracturing) exploitation

2.2 分段壓裂集成開采與常規(guī)開采流線分布對(duì)比

床體結(jié)構(gòu)是否有利于通風(fēng)復(fù)氧，特別是大氣向淺層和墊層部分?jǐn)U散和對(duì)流的效率如何，是好氧、兼氧微生物降解污染物，維持床層性能的關(guān)鍵；而滲瀝液中溶解氧（DO） 含量大于2 mg/L時(shí)，將會(huì)大大促進(jìn)好氧菌的生命活動(dòng)。

通過對(duì)比兩種開采方法下20年后剩余油飽和度和地層壓力分布發(fā)現(xiàn)，兩種方法水平井周圍含油飽和度均降低，沿壓裂裂縫方向降低幅度更大。分段壓裂集成開采的水平井壓力波及范圍比常規(guī)開采(全井段壓裂)大得多且近井地帶含油飽和度降低更大，提高采出程度，累計(jì)增油963 t，因此采用水平井分段壓裂集成開采方法進(jìn)行致密油藏開發(fā)比較合理。依據(jù)模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊仍有較多的剩余油分布，天然能量衰竭式開發(fā)后期可通過直井注水-水平井采油聯(lián)合開發(fā)，提高該區(qū)塊的可采儲(chǔ)量的動(dòng)用程度。

將水平井分段壓裂集成開采與水平井常規(guī)開采(全井段壓裂)產(chǎn)油量(圖3)進(jìn)行對(duì)比，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明：采用分段壓裂集成開采方法的開發(fā)效果明顯優(yōu)于常規(guī)開采方法。分段集成開采方法的日產(chǎn)油量明顯高于常規(guī)開采(全井段壓裂)，初期日產(chǎn)油量常規(guī)開采(全井段壓裂)比分段壓裂集成開采(第一生產(chǎn)階段)高5 t左右，但分段壓裂集成開采(第二生產(chǎn)階段)后日產(chǎn)油量高達(dá)24 t，是常規(guī)開采(全井段壓裂)日產(chǎn)油量的2.5倍，且有效延緩水平井產(chǎn)量遞減速度。預(yù)測生產(chǎn)時(shí)間為15年，分段壓裂集成開采方法的累產(chǎn)油量較常規(guī)開采增產(chǎn)效果顯著，共增油2 477 t。水平井分段壓裂集成開采效果較好的原因是礦場分段壓裂集成開采，水平段分段壓裂，壓裂施工周期短，分段抽汲，壓裂液抽汲返排率較高，壓裂液在儲(chǔ)層中滯留時(shí)間縮短一半，對(duì)儲(chǔ)層的傷害降到最低，壓裂改造效果好。

圖4 不同開采方法水平井開發(fā)流線分布圖(第15年)Fig.4 The streamline distribution of horizontal well with different exploitation method (The 15th year)

3 實(shí)際模型應(yīng)用效果

為了分析該方法在實(shí)際致密油藏水平井礦場的應(yīng)用效果，將該方法運(yùn)用到實(shí)際地質(zhì)模型中，采用數(shù)值模擬方法模擬20年，并與常規(guī)開采(全井段壓裂)生產(chǎn)20年的開發(fā)效果進(jìn)行對(duì)比研究，分析區(qū)塊地層含油飽和度(圖5)和地層壓力(圖6)的變化情況。

圖5 不同開采方法開發(fā)20年后含油飽和度分布Fig.5 Oil saturation distribution after 20 years in two different methods

圖6 不同開采方法開發(fā)20年后地層壓力分布Fig.6 Pressure distribution after 20 years in two different methods

由表8說明，土樣2土壤中添加2%活性炭(B)化學(xué)修復(fù)劑時(shí)土壤中的重金屬鋅、鉛、鉻、銅、砷、鎘含量均有所下降。其中在種有狼尾草的土壤區(qū)域主要污染物鋅含量下降幅度最大，下降值為132.6mg/L。在種有狼尾草的土壤區(qū)域主要污染物砷含量下降幅度最大，最大值為3.3mg/L。

對(duì)比兩種方法第15年流線分布圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)水平井流線分布特征相似之處在于：水平段兩側(cè)裂縫處流線分布較密集，裂縫間流線分布較稀疏，說明裂縫處為滲流主要通道；水平段兩側(cè)基質(zhì)流線分布最密集，水平井跟部和趾部周圍基質(zhì)流線分布較密集，基質(zhì)和裂縫存在明顯的流線過渡調(diào)整區(qū)。兩種開采方法流線分布特征不同之處在于：分段壓裂集成開采方法因?qū)毫岩簻魧?duì)儲(chǔ)層滲透性傷害降到最低，壓裂造縫效果最佳，裂縫的延伸范圍更大，裂縫流線分布范圍更大，裂縫處流線分布更密集，說明致密油藏中分段壓裂集成開采壓裂造縫效果好，在儲(chǔ)層中形成較好的滲流通道。

4 結(jié)論

(1)通過水平井開發(fā)理論與礦場生產(chǎn)的對(duì)比分析，出現(xiàn)“水平段越長，壓裂段數(shù)增多，產(chǎn)油效果不一定越好”問題的主要原因是隨水平段長度的增加，壓裂段數(shù)增多，壓裂施工周期變長，壓裂液抽汲返排率降低，壓裂液長期滯留對(duì)儲(chǔ)層造成了不可逆的傷害。

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2013進(jìn)行處理，計(jì)算出不同處理下的吸力值和實(shí)測體積含水率。將實(shí)測體積含水率與相應(yīng)的吸力值作為輸入值，用Origin擬合曲線，將擬合參數(shù)代入Van-Genuchten模型、Gardner模型得到與吸力值對(duì)應(yīng)的擬合土壤含水率，并與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較，直到滿足精度要求。

(2)本文提出了水平井分段壓裂集成開采方法，并運(yùn)用油藏?cái)?shù)值模擬方法進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：第一生產(chǎn)階段日產(chǎn)油量低于常規(guī)開采(全井段壓裂)的，但第二生產(chǎn)階段日產(chǎn)油量高達(dá)24 t，是常規(guī)開采(全井段壓裂)的2.5倍，增產(chǎn)效果顯著，預(yù)測生產(chǎn)15年，共增油2 477 t。該方法可更好解決水平段長度越長，壓裂液抽汲返排率低，產(chǎn)油量低的礦場開發(fā)難題。

(3)將水平井分段壓裂集成開采方法應(yīng)用到實(shí)際區(qū)塊地質(zhì)模型，預(yù)測生產(chǎn)20年，分析區(qū)塊剩余油飽和度和地層壓力分布特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法可較大幅度增大水平井在致密油藏開發(fā)中壓力波及范圍，降低近井地帶含油飽和度，提高采出程度，累計(jì)增油963 t。針對(duì)該區(qū)塊仍有較多的剩余油分布，天然能量衰竭式開發(fā)后期可通過直井注水-水平井采油聯(lián)合開發(fā)，提高可采儲(chǔ)量的動(dòng)用程度。