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(中國(guó)石油吉林油田公司采油工藝研究院，吉林松原 138000)

兩井油田油藏埋藏深度為1737～1844m，主力油層為扶余油層，儲(chǔ)層巖性主要為粗粉砂巖。儲(chǔ)層孔隙度平均為10.58%(923塊樣品統(tǒng)計(jì))，滲透率平均為0.4597mD，是典型的超低滲透油田［1，2］。如何立足現(xiàn)有井網(wǎng)充分發(fā)揮儲(chǔ)層整體壓裂改造的作用，建立適合此類儲(chǔ)層的小單元整體壓裂改造模式，是兩井油田此類難采儲(chǔ)量能否有效動(dòng)用的關(guān)鍵。

針對(duì)兩井油田的儲(chǔ)層特點(diǎn)，開(kāi)展了超低滲透儲(chǔ)層水力裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究，并進(jìn)行了有效導(dǎo)流、有效穿透和低傷害壓裂液體系的試驗(yàn)［3～7］，取得了較好的效果，為建立有效的注采驅(qū)動(dòng)壓力體系奠定了基礎(chǔ)，為難采儲(chǔ)量的有效動(dòng)用提供了技術(shù)支撐。

1 制約有效驅(qū)替的壓裂問(wèn)題分析

1.1 有效導(dǎo)流方面

兩井地區(qū)儲(chǔ)層多數(shù)是有泥巖隔層或夾層的20m以上的厚層砂巖，應(yīng)力研究發(fā)現(xiàn)，目的層與隔層應(yīng)力差值及裂縫擴(kuò)展所需凈壓力基本相當(dāng)。主力層段經(jīng)壓裂改造后能否被有效支撐是實(shí)現(xiàn)裂縫有效導(dǎo)流的關(guān)鍵。

常規(guī)全部射開(kāi)井段的射孔方式及大排量壓裂施工易造成裂縫縱向失控，導(dǎo)致水力裂縫支撐剖面下移、上部主力油層不被支撐，以及平面裂縫穿透比降低的問(wèn)題。因此，提高厚層水力裂縫的有效支撐是建立有效注采驅(qū)動(dòng)壓力體系的關(guān)鍵因素之一。

1.2 有效穿透方面

由于超低滲透儲(chǔ)層滲透性極差，壓裂改造中支撐裂縫的長(zhǎng)度對(duì)儲(chǔ)層有效改造尤為重要。

兩井油田目前開(kāi)發(fā)特點(diǎn)表明:受超低滲透率和啟動(dòng)壓力的制約，常規(guī)儲(chǔ)層水力裂縫匹配關(guān)系不能滿足超低滲透儲(chǔ)層有效穿透的要求，沒(méi)有建立有效的注采驅(qū)動(dòng)壓力體系。因此，基于不同斷塊井網(wǎng)類型，開(kāi)展井網(wǎng)與裂縫方位、有效縫長(zhǎng)與井距的匹配關(guān)系研究，對(duì)超低滲透油田的有效開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義［8，9］。

1.3 低傷害壓裂液方面

由11－7－7井泉四段巖心全巖及黏土X射線衍射定量分析結(jié)果表明，儲(chǔ)層礦物組成以石英和長(zhǎng)石為主，黏土礦物含量較高。黏土礦物中不含純蒙皂石，但伊/蒙混層含量較高，混層比為30%。

兩井地區(qū)特有的低孔、超低滲透儲(chǔ)層的孔喉結(jié)構(gòu) (孔喉中值半徑為0.16μm)，以及中等偏強(qiáng)水敏、中等偏強(qiáng)速敏、強(qiáng)酸敏、弱堿敏的敏感性特征［10～13］，導(dǎo)致對(duì)常規(guī)的羥丙基瓜爾膠 (簡(jiǎn)稱瓜爾膠)壓裂液不適應(yīng)，非達(dá)西滲流特征明顯，裂縫導(dǎo)流能力差，水鎖傷害大，液體返排困難，具體表現(xiàn)如下。

1.3.1 壓裂液濾液傷害儲(chǔ)層

(1)表現(xiàn)在對(duì)毛細(xì)管力的影響，易產(chǎn)生水鎖現(xiàn)象，增大液體的排驅(qū)壓力，液體滲透率降低，返排能力降低。

(2)表現(xiàn)在儲(chǔ)層存在水敏性，由于壓裂液與地層水不配伍，導(dǎo)致黏土礦物水化膨脹和顆粒運(yùn)移，使原本細(xì)小的喉道變得更狹窄，加劇水鎖效應(yīng)。

1.3.2 壓裂液濾餅對(duì)儲(chǔ)層的影響

在施工泵注過(guò)程中，壓裂液在裂縫壁面存在一定厚度的濾餅，有利于造縫及后期的平穩(wěn)攜砂，但影響生產(chǎn)過(guò)程中流體的滲透。

由于瓜爾膠壓裂液殘?jiān)?、殘膠通常會(huì)降低支撐裂縫的滲透率，阻礙流體由基質(zhì)流向裂縫再到井筒。壓裂液用量越多，對(duì)導(dǎo)流能力的傷害也越大。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，瓜爾膠含量由0.4%增加到0.5%，裂縫導(dǎo)流能力可下降11.3%。因此，針對(duì)兩井油田泉四段超低滲透儲(chǔ)層改造、壓裂液優(yōu)化研究的方向，應(yīng)該研制低殘?jiān)⒌捅砻鎻埩?、低界面張力及高防膨效果的壓裂液?/p>

2 整體壓裂技術(shù)研究

2.1 兩井地區(qū)有效穿透研究

在深化對(duì)兩井地區(qū)天然裂縫與人工裂縫方位認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合井網(wǎng)情況，以注水井為中心，進(jìn)行超低滲透儲(chǔ)層油水井整體壓裂改造設(shè)計(jì)研究。針對(duì)低滲透非達(dá)西流特征，基于水力裂縫模擬及動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)，開(kāi)展裂縫規(guī)模與油藏間的匹配模擬與試驗(yàn)對(duì)比研究［14］。

針對(duì)不受水層及油水邊界限制的儲(chǔ)層，通過(guò)有針對(duì)性地開(kāi)展超低滲透非達(dá)西流增加裂縫穿透比試驗(yàn)，在兩井地區(qū)23口井56層中有34層裂縫穿透比以往增加5%～7%，加砂強(qiáng)度 (按砂巖厚度)達(dá)到2.9～3.2m3/m以上，比兩年前增加了0.6～0.7m3/m。

研究認(rèn)為，現(xiàn)有的反九點(diǎn)井網(wǎng)，在有利裂縫方位條件下，優(yōu)化的有效穿透比比常規(guī)做法增加6% ～8%(圖1)。在圖1中的支撐縫長(zhǎng) (簡(jiǎn)稱半縫長(zhǎng))Lf為160～180m、裂縫穿透比為32% ～39%的條件下，相對(duì)于半縫長(zhǎng)為120～140m、裂縫穿透比為26%～30%的裂縫規(guī)模;在此情況下，投產(chǎn)150天可獲得穩(wěn)產(chǎn)提高1.5m3/d。

通過(guò)對(duì)裂縫規(guī)模和施工參數(shù)的優(yōu)化率 (表1)，試驗(yàn)區(qū)塊的日產(chǎn)液量和日產(chǎn)油量都逐年增加，含水率下降，取得了較好的產(chǎn)量效果 (表2)。

圖1 兩井地區(qū)支撐縫長(zhǎng)Lf對(duì)壓后產(chǎn)量的影響圖Fig.1 Impact on after－frac production by fracture length in Liangjing area

表1 兩井地區(qū)3年壓裂參數(shù)情況對(duì)比表Table 1 Fracture parameters comparison in Liangjing area during 3 years

表2 兩井地區(qū)3年整體產(chǎn)量對(duì)比表Table 2 Overall production comparison in Liangjing area during 3 years

以26區(qū)塊角井為例。由于角井與水井位于一條線上，且裂縫方位趨于一致，因此裂縫導(dǎo)流能力對(duì)其產(chǎn)量的影響次于支撐縫長(zhǎng)。模擬儲(chǔ)層滲透率為0.7mD，裂縫導(dǎo)流能力為28D·cm，在不考慮啟動(dòng)壓力條件下，優(yōu)選裂縫穿透比為32%，優(yōu)選半縫長(zhǎng)為140～150m;在考慮啟動(dòng)壓力條件下，試驗(yàn)加大裂縫穿透比，優(yōu)選裂縫穿透比為39%，優(yōu)選半縫長(zhǎng)為170～180m。

以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井為例:在450m×120m井網(wǎng)內(nèi)，在試驗(yàn)井 (井1)增加30m半縫長(zhǎng)條件下，對(duì)半縫長(zhǎng)為120m的對(duì)比井 (井2)進(jìn)行增加裂縫穿透比試驗(yàn)。井1在以增加裂縫穿透比6%的技術(shù)條件下，較井2獲得較高的平面穿透能力，實(shí)現(xiàn)較好的注采關(guān)系，見(jiàn)到較高的初產(chǎn)和增產(chǎn)幅度 (表3)。

表3 壓裂規(guī)模試驗(yàn)情況對(duì)比表Table 3 Production comparison between different fracture scales

2.2 提高有效裂縫導(dǎo)流能力配套技術(shù)研究

兩井地區(qū)已動(dòng)用儲(chǔ)層特點(diǎn)為層多、厚度大、低楊氏模量 (12780MPa)，針對(duì)此類塑性特征明顯、較軟純砂巖地層，為了實(shí)現(xiàn)縱向上的有效支撐，必須考慮射孔方式及多層改造工藝參數(shù)優(yōu)化的問(wèn)題。

2.2.1 凈壓力研究

通過(guò)區(qū)塊小型測(cè)試壓裂研究，主壓裂井底閉合壓力為22.2MPa，施工中裂縫內(nèi)凈壓力為3.8MPa。小型測(cè)試階段可建立1.37MPa凈壓力。

2.2.2 應(yīng)力剖面研究

利用全波列測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，建立了兩井地區(qū)地應(yīng)力擬合關(guān)系式，進(jìn)行厚層巖石力學(xué)研究，分析儲(chǔ)層縱向應(yīng)力分布的情況。

研究表明，砂泥巖應(yīng)力差值僅為2～4MPa，與主壓裂時(shí)凈壓力相當(dāng)，裂縫縱向易延伸。通過(guò)應(yīng)力剖面研究，在非均質(zhì)厚層段內(nèi)找到應(yīng)力相對(duì)高的儲(chǔ)層作為隔層，確定兩井地區(qū)厚層段內(nèi)實(shí)施分層改造的應(yīng)力基礎(chǔ)，使上部主力層得到有效支撐。

2.2.3 優(yōu)化射孔研究

兩井地區(qū)目的層厚度大，平均厚度為20m，按照常規(guī)射孔方式全部射開(kāi)，則影響水力裂縫長(zhǎng)度，導(dǎo)致泄油半徑小，并造成裂縫縱向過(guò)度擴(kuò)展，因此采取厚層避射技術(shù)。即以應(yīng)力剖面為基礎(chǔ)，射開(kāi)含油性好的部位，盡量避射中部和下部?jī)?chǔ)層，射孔井段厚度滿足施工排量下限要求，并使上部含油性好的層段得到有效支撐。通過(guò)優(yōu)化射孔比例，最大限度阻止支撐劑沉積在泥巖段，試驗(yàn)井19個(gè)目的層的平均測(cè)井解釋厚度為15.4m，平均射開(kāi)厚度為8.2m，平均避射厚度為7.2m，避射厚度比例達(dá)50%～63%，累計(jì)節(jié)約射孔費(fèi)用約為48.8萬(wàn)元。

從選取的試驗(yàn)井和可對(duì)比井的物性、長(zhǎng)期效果及單井生產(chǎn)能力來(lái)看，有針對(duì)性地采取厚層避射技術(shù)，不但沒(méi)有影響初產(chǎn)產(chǎn)能，而且對(duì)穩(wěn)產(chǎn)效果也很明顯 (表4)。

表4 不同射孔方式產(chǎn)量對(duì)比表Table 4 Production comparison between different types of perforation in Liangjing area

2.2.4 施工參數(shù)與裂縫高度關(guān)系研究

通過(guò)應(yīng)力剖面與凈壓力分析，開(kāi)展了裂縫高度的測(cè)試研究。兩井地區(qū)低楊氏模量?jī)?chǔ)層可以通過(guò)施工排量、壓裂液黏度優(yōu)化和有效施工工藝保障裂縫縱向上有效延伸。

壓裂工藝研究經(jīng)歷了多個(gè)階段的技術(shù)摸索與嘗試，從初期嘗試性的全射開(kāi)井段的籠統(tǒng)改造，到實(shí)施暫堵劑細(xì)分層改造，再到工具分隔與多步前置液排量分層改造，并配合分步提前置液排量(固井質(zhì)量是前提)，到目前避射井段達(dá)到測(cè)井解釋井段的50%情況下在低排量2.5～2.8m3/min施工的壓裂工藝。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，優(yōu)選射孔井段、選擇合理的排量下限，并結(jié)合低濃度壓裂液的集成工藝壓裂效果較好，裂縫縫高是砂體厚度的1.2～1.8倍，可以達(dá)到控制兩井地區(qū)20m厚層水力裂縫縱向過(guò)度延伸的目的。

2.2.5 壓后裂縫導(dǎo)流能力變化規(guī)律研究

為了準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)現(xiàn)今工藝條件下的裂縫導(dǎo)流能力現(xiàn)狀和提升方向與空間，開(kāi)展了低楊氏模量、塑性地層壓后裂縫導(dǎo)流能力變化規(guī)律，以及壓后排液投產(chǎn)時(shí)機(jī)選擇對(duì)提高超低滲油藏產(chǎn)能影響的研究。投產(chǎn)后對(duì)代表井的產(chǎn)量動(dòng)態(tài)進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)壓后0～20天產(chǎn)量下降速度最快，30天后趨緩，最后表現(xiàn)為接近恒定。裂縫導(dǎo)流能力越高，產(chǎn)量越高，但增加的幅度減少 (圖2)。

在測(cè)試生產(chǎn)期間不同時(shí)期的裂縫導(dǎo)流能力，即在裂縫導(dǎo)流能力恒定下，與其在不同下降速度情況下，產(chǎn)量的對(duì)比結(jié)果如圖2、圖3所示。

2.3 兩井地區(qū)低傷害壓裂液體系研究

為降低壓裂液對(duì)超低滲透儲(chǔ)層的傷害，開(kāi)展了5種壓裂液儲(chǔ)層傷害試驗(yàn)及綜合性能評(píng)價(jià)(表5)。

圖2 不同裂縫導(dǎo)流能力下產(chǎn)量動(dòng)態(tài)圖Fig.2 Output changing with different Flow capacity

圖3 裂縫導(dǎo)流能力隨時(shí)間下降趨勢(shì)圖Fig.3 Flow capacity decline with time

從表5可以看出，締合壓裂液綜合性能 (除清潔壓裂液外)較其他3種壓裂液體系優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:對(duì)儲(chǔ)層基質(zhì)動(dòng)態(tài)傷害低、高防膨率、低表面張力、低界面張力、低殘?jiān)?，能夠滿足施工攜砂需求。

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了2口井締合壓裂液試驗(yàn)，試驗(yàn)井壓后返排率較對(duì)比井提高13.9%，在投產(chǎn)5個(gè)月內(nèi)，產(chǎn)量均高于對(duì)比井，投產(chǎn)150天平均日產(chǎn)液增加2t，平均日產(chǎn)油增加1.3t，試驗(yàn)效果較好。

表5 5種壓裂液傷害試驗(yàn)及綜合性能評(píng)價(jià)表Table 5 Damage evaluation and comprehensive performance of five types of fracturing fluid

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)由于超低滲透儲(chǔ)層水力裂縫在平面上的有效穿透受非達(dá)西流及啟動(dòng)壓力的影響，在特定井網(wǎng)條件下適當(dāng)提高裂縫穿透比能夠提高產(chǎn)能，但仍需考慮局部的水力裂縫方位的特殊性。

(2)基于油藏及儲(chǔ)層應(yīng)力剖面的認(rèn)識(shí)，集成應(yīng)用低傷害壓裂液、優(yōu)化射孔方式與壓裂參數(shù)一體化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)超低滲透厚層的有效改造。

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