杭錦旗區(qū)塊控水支撐劑優(yōu)選及應(yīng)用

蔣 艷 芳

中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院

0 引言

杭錦旗區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地北部，屬于低孔低滲透致密儲(chǔ)層，需經(jīng)壓裂改造才能獲得工業(yè)氣流。該區(qū)塊目前有三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量9 372.05 108m3，其中含水儲(chǔ)量5 580 108m3，占比接近60%，如何實(shí)現(xiàn)含水儲(chǔ)量的有效動(dòng)用是目前亟需攻克的難題。針對(duì)含水氣藏的壓裂，目前主要在壓裂材料方面開展工作，比如控水支撐劑的優(yōu)選評(píng)價(jià)[1-4]。

由于含水氣藏近裂縫地帶的含水飽和度隨生產(chǎn)變化大，現(xiàn)有控水支撐劑實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法多以靜態(tài)測(cè)試為主（如阻水高度測(cè)試、接觸角測(cè)試等），只考慮了其在單一含水飽和度下的透氣阻水性能，無法反映其在生產(chǎn)過程中的透氣阻水效果，同時(shí)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法未考慮地層因素及裂縫因素對(duì)控水支撐劑性能的影響，也未用到數(shù)值模擬研究進(jìn)行尺度放大預(yù)測(cè)壓后氣水產(chǎn)能。因此，筆者結(jié)合杭錦旗區(qū)塊含水氣藏氣水兩相滲流特征，通過開展支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)、氣水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，形成了一套室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)合數(shù)模的多手段控水支撐劑優(yōu)選評(píng)價(jià)方法，并對(duì)優(yōu)選的控水支撐劑進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明控水效果顯著。

1 支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)

支撐劑導(dǎo)流能力是壓后氣水產(chǎn)能的主控因素之一，測(cè)試時(shí)需考慮閉合壓力對(duì)導(dǎo)流能力的影響，同時(shí)導(dǎo)流能力測(cè)試的結(jié)果能夠提高數(shù)模尺度放大預(yù)測(cè)壓后產(chǎn)能的準(zhǔn)確度。

1.1 實(shí)驗(yàn)方案

導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)采用AFCS-845酸蝕裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)系統(tǒng)，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《壓裂支撐劑充填層短期導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)推薦方法》（SY/T6302-2009）的要求進(jìn)行導(dǎo)流能力測(cè)試[5-13]。

主要測(cè)試5 kg/m2鋪砂濃度下，20/40目控水支支撐劑A、20/40目常規(guī)陶粒支撐劑B、40/70目控水支撐劑C和40/70目常規(guī)陶粒支撐劑D在不同閉合壓力下的短期導(dǎo)流能力測(cè)試。關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)點(diǎn)3處：①結(jié)合杭錦旗區(qū)塊儲(chǔ)層溫度，實(shí)驗(yàn)需將導(dǎo)流槽加熱至90 ℃；②閉合壓力按10 MPa、20 MPa、30 MPa、40 MPa、50 MPa、60 MPa、70 MPa、86 MPa逐漸升高加載；③在同一閉合壓力下，實(shí)驗(yàn)分別以5 mL/min、10 mL/min兩個(gè)流量注入測(cè)試導(dǎo)流能力，一個(gè)閉合壓力測(cè)試完畢再升高到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的閉合壓力進(jìn)行測(cè)試。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1不同粒徑下控水支撐劑及常規(guī)支撐劑導(dǎo)流能力對(duì)比可知：相同閉合壓力下，20/40目支撐劑導(dǎo)流能力優(yōu)于40/70目，閉合壓力越小，二者的差值越大；在低閉合壓力下（低于50 MPa），20/40目控水支撐劑A的導(dǎo)流能力優(yōu)于其他3種支撐劑；在高閉合壓力下（高于50 MPa），控水支撐劑A的導(dǎo)流能力略低于常規(guī)陶粒支撐劑B，但優(yōu)于40/70目的控水支撐劑C及40/70目常規(guī)陶粒支撐劑D。

根據(jù)地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果及壓裂施工資料，杭錦旗區(qū)塊地層閉合壓力梯度約為0.014～0.016 MPa/m，地層閉合壓力在32.4～48.5 MPa之間，結(jié)合導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為20/40目控水支撐劑A最優(yōu)（圖1）。

表1 支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖1 不同支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

2 氣水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)

氣水相對(duì)滲透率曲線是氣水兩相在裂縫內(nèi)流動(dòng)的主控因素，通過測(cè)試從束縛水飽和度到殘余氣飽和度條件下的氣水兩相相對(duì)滲透率，可實(shí)現(xiàn)裂縫中氣水兩相流動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

通過改造酸蝕裂縫導(dǎo)流系統(tǒng)，加裝耐高壓填砂管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)支撐劑及控水支撐劑的氣水相對(duì)滲透率曲線測(cè)試[14-19]，實(shí)驗(yàn)方法按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石中兩相流體相對(duì)滲透率測(cè)定方法》（GB/T 28912-2012）的要求執(zhí)行。采用非穩(wěn)態(tài)法[20]測(cè)量了20/40目控水支撐劑A、20/40目常規(guī)陶粒支撐劑B氣水相對(duì)滲透率曲線并進(jìn)行對(duì)比。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

氣水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和圖2。由表2及圖2中控水支撐劑A及常規(guī)陶粒支撐劑B氣水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，控水支撐劑A氣相相對(duì)滲透率比常規(guī)陶粒支撐劑B高，即與常規(guī)陶粒支撐劑相比，控水支撐劑A可以有效提高氣相相對(duì)滲透率。由圖3及圖4可知，控水支撐劑A較常規(guī)陶粒支撐劑B，氣相相對(duì)滲透率平均增加17%，水相相對(duì)滲透率平均降低9%，控水支撐劑A在含水飽和度介于60%～80%，控水效果最為明顯。

表2 支撐劑氣水相對(duì)滲透率展示表

3 數(shù)值模擬評(píng)價(jià)控水能力

3.1 單裂縫氣水兩相滲流模型的建立

根據(jù)杭錦旗區(qū)塊儲(chǔ)層物性參數(shù)及巖心相對(duì)滲透率，采用CMG油藏?cái)?shù)值模擬軟件進(jìn)行了單裂油藏模型建模（圖5），建模參數(shù)如表3所示。

圖2 支撐劑氣水相對(duì)滲透率曲線對(duì)比圖

圖3 支撐劑氣相相對(duì)滲透率曲線對(duì)比圖

圖4 支撐劑水相相對(duì)滲透率曲線對(duì)比圖

圖5 單裂縫油藏?cái)?shù)值模擬模型示意圖

為了保證模型的有效性，選取杭錦旗一口開發(fā)井J72P1XH井試采階段氣水產(chǎn)量及產(chǎn)后氣水比進(jìn)行模型的歷史擬合（圖6、圖7）。擬合結(jié)果良好，尤其是累計(jì)產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量，擬合程度在90%以上的，證明了所建立單裂縫油藏模型的有效性及精確性。

表3 單裂縫油藏?cái)?shù)值模擬模型主要參數(shù)一覽表

3.2 控水支撐劑控水能力評(píng)價(jià)

圖6 J72P1XH日產(chǎn)量擬合圖

圖7 J72P1XH累積產(chǎn)量擬合圖

將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的控水支撐劑及常規(guī)支撐劑的導(dǎo)流能力及相對(duì)滲透率曲線代入到單裂縫油藏?cái)?shù)值模擬模型中進(jìn)行了模擬對(duì)比分析。圖8、圖9分別展示了控水支撐劑A、常規(guī)陶粒支撐劑B，對(duì)壓后產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量的影響。由對(duì)比結(jié)果可知，控水支撐劑A較常規(guī)陶粒支撐劑B可有效提高3年內(nèi)的累產(chǎn)氣量及累產(chǎn)水量，累產(chǎn)氣量增加14.6%，累產(chǎn)水量增加7.5%，累產(chǎn)氣水比增加6%，起到了控水增氣的效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用效果分析

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究結(jié)果，將控水支撐劑A現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用2口直井（表4），其中J1井采用機(jī)械分壓工藝進(jìn)行壓裂，施工排量3.5～4.0 m3/min，入井控水支撐劑95 m3，入地液量805.0 m3，J2井采用油管加封隔器單層壓裂，施工排量4.0 m3/min，入井控水支撐劑45.7 m3，入地液量317.0 m3。2口井按照設(shè)計(jì)順利完成施工，施工成功率100%。

圖8 支撐劑累產(chǎn)氣量變化曲線

表4 控水支撐劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖9 支撐劑累產(chǎn)水量變化曲線

J1井壓后井口穩(wěn)定產(chǎn)氣量2.04 104m3/d，日產(chǎn)液量4.00 m3，氣水比0.51，為鄰井的3.3倍；J2井壓后井口穩(wěn)定產(chǎn)氣量1.48 104m3/d，日產(chǎn)液量2.50 m3，氣水比0.59，為鄰井的6.9倍。根據(jù)控水支撐劑壓裂井壓后試氣情況與鄰井對(duì)比（表5），控水支撐劑壓裂井平均氣水比較鄰井明顯提高，為鄰井的4.6倍，取得良好的控水增氣效果。

表5 控水支撐劑壓后效果對(duì)比表

5 結(jié)論

1）支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，20/40目控水支撐劑A能有效提高導(dǎo)流能力。

2）氣水兩相相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，控水支撐劑A較常規(guī)陶粒支撐劑B，氣相相對(duì)滲透率平均增加17%，水相相對(duì)滲透率平均降低9%，能有效提高氣相相對(duì)滲透率。

3）數(shù)值模擬綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，控水支撐劑A較常規(guī)陶粒支撐劑B累產(chǎn)氣量增加14.6%，累產(chǎn)水量增加7.5%，累產(chǎn)氣水比增加6%，可有效提高3年內(nèi)的累產(chǎn)氣量、累產(chǎn)水量及氣水比。

4）控水支撐劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用兩口井，平均氣水比明顯提高，為鄰井的4.6倍，取得良好的控水效果。