地層虧空對壓裂效果的影響及其對策研究

譚建華，侯 峰，吳叢文，李垚銀

(中國石油新疆油田分公司陸梁作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

隨著油氣勘探技術(shù)不斷進(jìn)步，越來越多的低滲透非常規(guī)油氣資源被發(fā)現(xiàn)，低滲、特低滲油藏在我國油氣新增探明地質(zhì)儲量中所占的份額越來越高[1]，對于今后石油工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用[2]。低滲油藏具有極其復(fù)雜的地質(zhì)條件，其滲流阻力很大，孔隙結(jié)構(gòu)以中低孔低滲特細(xì)喉道為主，連通性差，開采難度極大[3-4]。因此，普遍在油田投產(chǎn)前先對儲層進(jìn)行人工壓裂來擴(kuò)大油量通道，使得儲層油流的通道面積增大，油井產(chǎn)液量增加。新疆油田瑪湖致密砂礫巖水平井體積壓裂試驗(yàn)始于2011年，以瑪131井區(qū)百口泉組油藏為代表的瑪北斜坡致密礫巖油藏物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、砂體跨度大、油層分布特征差異大、地層能量較弱；以瑪18井區(qū)百口泉組油藏為代表的瑪西斜坡致密礫巖油藏物性較好、油層分布集中、地層能量充足。針對此類非常規(guī)油氣藏，國內(nèi)外主要采用水平井+體積壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)[5-12]。目前瑪18井區(qū)、瑪131井區(qū)百口泉組油藏體積壓裂水平井大規(guī)模投產(chǎn)，開發(fā)效益顯著[13]。

壓裂過程中裂縫的延伸、連接情況復(fù)雜[14]，裂縫間的相互干擾不可避免。根據(jù)Ishank Gupta在2020年對6個油田500口老井、1 100口新井的壓裂干擾數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，60%～67%的老井受到消極影響，33%～40%的老井受到積極影響。對于新井，71%～85%的井受到消極影響，15%～29%的井受到積極影響，壓裂干擾問題變得日益突出[15]。地層虧空會加劇壓裂干擾，影響壓裂效果。

1 地層虧空影響壓裂效果的機(jī)理

壓裂形成的裂縫能增加油藏流體的滲流途徑。運(yùn)用油藏?cái)?shù)值模擬軟件，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)裂縫的長度和寬度對開發(fā)效果的影響并不相同。細(xì)長的裂縫對產(chǎn)量的影響較小，而短寬的裂縫增油明顯[16]。造縫效果是否理想，是評價(jià)壓裂效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)[17]。

壓裂干擾分為消極干擾和積極干擾2種[18]。①消極干擾。老井虧空嚴(yán)重時，老井附近地層壓力低，導(dǎo)致新井裂縫優(yōu)先向老井虧空區(qū)延伸，形成兩翼不對稱人工裂縫，新井人工裂縫優(yōu)先向老井沿伸，導(dǎo)致造縫效果不理想。消極干擾主要是人工裂縫串通或人工裂縫與天然裂縫串通，形成高滲透導(dǎo)流通道，流體快速交換，形成較強(qiáng)的壓裂干擾。老井采出程度越高，地層虧空越嚴(yán)重，壓裂干擾的影響程度也越高。受干擾后老井一般表現(xiàn)為產(chǎn)量迅速下降，最終累產(chǎn)降低。②積極干擾。老井壓力保持程度較高[19]，新井壓裂不受老井影響，形成兩翼對稱縫，造縫效果好。積極干擾主要通過基質(zhì)進(jìn)行能量傳遞，干擾影響程度較小。受干擾后老井一般表現(xiàn)為短時產(chǎn)量降低，隨后迅速升高，最終累產(chǎn)升高。消極干擾和積極干擾造縫如圖1所示，消極干擾和積極干擾滲流通道如圖2所示。

圖1 消極干擾和積極干擾造縫示意

圖2 消極干擾和積極干擾滲流通道示意[20]

不同的滲流通道對應(yīng)著不同的流態(tài)特征(圖3)。根據(jù)圖3可知，線性流階段流體主要是通過主縫向井筒流動，復(fù)合線性流階段流體主要是通過縫間和基質(zhì)向井筒流動，而擬穩(wěn)態(tài)流階段流體主要通過基質(zhì)流動[20-21]。線性流階段生產(chǎn)效果最好。壓裂干擾后生產(chǎn)井的流態(tài)特征會發(fā)生改變，直接影響油井產(chǎn)能。負(fù)壓裂干擾會縮短線性流和復(fù)合線性流的持續(xù)時間，對油井生產(chǎn)效果產(chǎn)生不利影響[22]。

圖3 不同流態(tài)階段示意

2 實(shí)例分析

瑪東2井區(qū)烏爾禾組油藏位于瑪湖凹陷東斜坡，平均孔隙度7.7%，平均滲透率4.84×10-3μm2，為特低孔、特低滲油藏。為使新鉆井盡快達(dá)產(chǎn)，老井能夠恢復(fù)產(chǎn)能并持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，烏爾禾組進(jìn)行了壓裂改造作業(yè)。隨著老井的開發(fā)，地層壓力不斷下降，地層虧空現(xiàn)象較明顯，新井壓裂均對老井產(chǎn)生強(qiáng)干擾，并以消極干擾為主，導(dǎo)致很多井壓裂改造后未取得明顯效果。

MDHWxx1井于2016年投入開發(fā)，生產(chǎn)效果一直較好。開井壓力為25 MPa，2020年3月壓力降至3 MPa左右，壓力下降幅度大。3月份先后受3口鄰井壓裂干擾，壓裂干擾前累計(jì)產(chǎn)油29 674.9 t，累計(jì)退液6 642.7 m3，地層累計(jì)虧空30 834.8 m3，地層虧空嚴(yán)重。從其生產(chǎn)曲線(圖4)上可以看出，壓裂干擾后MDHWxx1井壓力急劇升高，壓力增幅30.5 MPa，油量急劇降低，干擾前后150 d綜合含水率由39.1%升至83.6%，最高達(dá)到99%。主要表現(xiàn)為消極干擾。根據(jù)流態(tài)圖版(圖5)可判別出MDHWxx1井干擾后出現(xiàn)短時線性流，后迅速轉(zhuǎn)為擬穩(wěn)態(tài)流，相鄰2口新井同樣出現(xiàn)短時線性流，迅速轉(zhuǎn)為擬穩(wěn)態(tài)流，距離較遠(yuǎn)的鄰井3則表現(xiàn)為復(fù)合線性流。

圖4 MDHWxx1井生產(chǎn)曲線

圖5 MDHWxx1井及鄰井流態(tài)圖版

表1 MDHWxx1干擾統(tǒng)計(jì)

瑪xx2井于2018年投入開發(fā)，開井壓力為24 MPa，2020年3月壓力降至1 MPa左右，壓力下降幅度大。 3月份先后受3口鄰井壓裂干擾，壓裂干擾前累計(jì)產(chǎn)油12 007.3 t，累計(jì)退液14 736.8 m3，地層累計(jì)虧空10 063.3 m3，地層虧空嚴(yán)重。從其生產(chǎn)曲線(圖6)可以看出，壓裂干擾后瑪xx2井壓力急劇升高，壓力增幅25.9 MPa，油量急劇降低，干擾前后150 d綜合含水率由57.6%升至88.7%，最高達(dá)到99%。主要表現(xiàn)為消極干擾。根據(jù)流態(tài)圖版(圖7)可判別出瑪xx2井干擾后出現(xiàn)短時線性流，后迅速轉(zhuǎn)為擬穩(wěn)態(tài)流，相鄰3口新井同樣出現(xiàn)短時線性流，迅速轉(zhuǎn)為擬穩(wěn)態(tài)流。

圖6 瑪xx2井生產(chǎn)曲線

圖7 瑪xx2井及鄰井流態(tài)圖版

表2 瑪xx2井干擾統(tǒng)計(jì)

3 治理對策

(1)對策1：老井注水/注汽。方法原理是給老井注水或者注汽能起到增能的作用，使老井周圍的壓力和應(yīng)力都有所增加，在老井裂縫附近形成應(yīng)力隔擋。防止新井裂縫“撞”老井裂縫，使新井裂縫在未改造區(qū)優(yōu)先擴(kuò)展，而不是優(yōu)先向虧空區(qū)擴(kuò)展，形成有效裂縫。從而減輕對老井的損害，使新井產(chǎn)能最大化。具體可分為3個過程：①老井注水/注汽；②老井裂縫內(nèi)壓力和裂縫周邊應(yīng)力逐漸增加，裂縫尖端形成應(yīng)力隔擋；③新井壓裂，新井裂縫擴(kuò)展有效避開老井已形成裂縫。

(2)對策2：調(diào)整新井壓裂順序。方法原理是先壓裂老井附近的新井，從而形成應(yīng)力隔擋，阻斷老井虧空對新井的干擾。后續(xù)井壓裂時不受老井虧空影響，能形成有效裂縫，壓裂效果好。通過圖8可以看出，如果射孔簇過密，應(yīng)力陰影效應(yīng)會使水力裂縫在壓裂段的跟部和趾部發(fā)育。應(yīng)力陰影效應(yīng)使裂縫延伸方向偏移，產(chǎn)生與主縫正交的次要裂縫，形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)[22-23]。由圖9可以反映出，簇間距8～12 m時，可形成短寬的裂縫，造縫效果較好[24]。

圖8 應(yīng)力陰影影響水平井橫縫生長示意

圖9 不同簇間距下橫切縫形態(tài)對比

老井附近新井壓裂時，建議采用密切割手段，縮小段間距和簇間距至8～12 m，形成“應(yīng)力陰影”，縮短新井人工裂縫向老井延伸長度，增加縫網(wǎng)復(fù)雜程度，同時適當(dāng)降低壓裂規(guī)模，從而降低新老井人工裂縫串通概率。

4 結(jié)論

(1)體積壓裂是改善低滲、特低滲油藏開發(fā)效果的重要方法，壓裂干擾是影響壓裂效果的因素之一。

(2)地層虧空的情況會導(dǎo)致消極干擾，造縫效果不理想，對壓裂效果產(chǎn)生不利影響。出現(xiàn)消極干擾還會縮短線性流持續(xù)時間，不利于油井的生產(chǎn)。

(3)瑪東2井區(qū)烏爾禾組油藏由于地層虧空導(dǎo)致的消極干擾現(xiàn)象嚴(yán)重，針對此情況提出建議：①給老井注水、注汽增加地層能量；②調(diào)整新井壓裂順序，先壓裂老井附近的新井。應(yīng)用這2種方法可以改善地層虧空對壓裂效果產(chǎn)生的不利影響。