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        現(xiàn)河油區(qū)低滲稠油儲(chǔ)層壓裂可行性及裂縫導(dǎo)流能力研究

        2016-11-23 00:44:04李小龍張淑娟郭天魁
        關(guān)鍵詞:巖板支撐劑稠油

        肖 雯,李小龍,張 偉,張淑娟,李 敏,郭天魁

        (1.勝利油田分公司 石油工程技術(shù)研究院,山東 東營(yíng) 257000;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院,山東 青島 266580;3.勝利油田分公司 現(xiàn)河采油廠工藝所,山東 東營(yíng) 257000)

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        現(xiàn)河油區(qū)低滲稠油儲(chǔ)層壓裂可行性及裂縫導(dǎo)流能力研究

        肖 雯1,李小龍2,張 偉3,張淑娟3,李 敏3,郭天魁2

        (1.勝利油田分公司 石油工程技術(shù)研究院,山東 東營(yíng) 257000;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院,山東 青島 266580;3.勝利油田分公司 現(xiàn)河采油廠工藝所,山東 東營(yíng) 257000)

        現(xiàn)河油區(qū)低滲稠油儲(chǔ)層地質(zhì)儲(chǔ)量大、動(dòng)用程度低,因其儲(chǔ)層巖性具備低滲致密砂巖和稠油疏松砂巖的雙重屬性,開(kāi)發(fā)難度異常大。為解決此類(lèi)開(kāi)發(fā)難題,結(jié)合脆性指數(shù)與斷裂韌性,建立模型計(jì)算該類(lèi)儲(chǔ)層的可壓指數(shù),并針對(duì)區(qū)塊內(nèi)已進(jìn)行壓裂改造的油井測(cè)算擬合,確定了可壓指數(shù)的臨界值,判斷W152儲(chǔ)層具備壓裂可行性。同時(shí)進(jìn)行低滲稠油儲(chǔ)層條件下的裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),明確了裂縫在W152儲(chǔ)層巖性條件下的導(dǎo)流能力,并對(duì)支撐劑、鋪砂濃度等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選,并通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)各因素對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響程度進(jìn)行了研究,最后通過(guò)數(shù)值模擬進(jìn)行了導(dǎo)流能力對(duì)產(chǎn)能的影響,確定了施工參數(shù)對(duì)導(dǎo)流能力以及導(dǎo)流能力對(duì)產(chǎn)能的影響規(guī)律。

        壓裂;低滲稠油;可壓指數(shù);導(dǎo)流能力;灰色關(guān)聯(lián)

        現(xiàn)河低滲稠油主要集中在以W152沙四為代表的丁家屋子斷裂帶東部,地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)1 000萬(wàn)t,控制儲(chǔ)量430萬(wàn)t,是重要的資源接替陣地,稠油開(kāi)發(fā)的潛力和意義巨大。根據(jù)深層稠油開(kāi)發(fā)方式的篩選標(biāo)準(zhǔn),確定該類(lèi)難動(dòng)用油藏主要開(kāi)采技術(shù)思路為油層改造配套注汽熱采[1]。然而以現(xiàn)河油區(qū)W152儲(chǔ)層由于自身巖石力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性,主導(dǎo)工藝及改造措施不明確;壓裂導(dǎo)流形態(tài)及工藝參數(shù)不清,現(xiàn)場(chǎng)缺乏理論指導(dǎo)和設(shè)計(jì)依據(jù)。

        1 低滲稠油儲(chǔ)層壓裂可行性評(píng)價(jià)研究

        對(duì)巖心進(jìn)行三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)測(cè)試,儲(chǔ)層巖石的泊松比0.08~0.32,平均0.22;彈性模量2.75~11.79 GPa,平均7.33 GPa,巖心多以壓不碎、壓不裂或滑移破壞為主,脆性較弱、偏塑性。

        1.1 儲(chǔ)層壓裂可行性評(píng)價(jià)方法的建立

        因?yàn)閃152砂巖儲(chǔ)層具有低滲塑性砂巖和稠油疏松砂巖的雙重特征,考慮Rickman方法在頁(yè)巖中的成功應(yīng)用,因此采用Rickman脆性指數(shù)計(jì)算方法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的壓裂可行性。然而利用單一脆性指數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂可行性評(píng)價(jià)存在不足[2]。斷裂韌性KIC可作為表征水力壓裂造縫能力的參量,指示儲(chǔ)層壓裂的難易程度[3]。

        根據(jù)W152儲(chǔ)層物性參數(shù)將脆性指數(shù)和斷裂韌性相結(jié)合,建立巖石壓裂可行性評(píng)價(jià)新模型,計(jì)算低滲稠油儲(chǔ)層的可壓指數(shù),其形式為[4]:

        FI=BInKICn

        式中:FI為可壓指數(shù),無(wú)量綱;BIn為正向歸一化脆性指數(shù),無(wú)量綱;KICn為反向歸一化的斷裂韌性,無(wú)量綱。

        式中:BImax和BImin分別為研究層段最大和最小脆性指數(shù),無(wú)量綱;KICmax和KICmin分別為研究層段最大和最小斷裂韌性,MPa·m1/2;BImax、BImin、KICmax、KICmin為常數(shù),其值根據(jù)研究層段實(shí)際情況而定。

        1.2 儲(chǔ)層可壓性指數(shù)計(jì)算

        根據(jù)可壓裂性評(píng)價(jià)模型,針對(duì)現(xiàn)河油區(qū)低滲稠油儲(chǔ)層已進(jìn)行壓裂施工的油井進(jìn)行擬合計(jì)算,得出不同油井的可壓指數(shù),并與實(shí)際壓裂情況對(duì)比,多井測(cè)算結(jié)果如表1所示。

        根據(jù)不同的巖心測(cè)算結(jié)果,并結(jié)合對(duì)比同地區(qū)前期開(kāi)發(fā)井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),可知當(dāng)類(lèi)似儲(chǔ)層可壓指數(shù)高于0.2時(shí),壓裂施工成功率高。結(jié)合計(jì)算模型、測(cè)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)果可知隨著脆性指數(shù)增大,斷裂韌性的降低,可壓指數(shù)明顯增大,地層的壓裂可行性越高;該模型通過(guò)多井測(cè)算擬合,可有效判斷儲(chǔ)層的壓裂可行性,準(zhǔn)確度符合現(xiàn)場(chǎng)要求。

        根據(jù)儲(chǔ)層巖石參數(shù)計(jì)算結(jié)果,得出W152儲(chǔ)層的巖石可壓指數(shù)為0.39,大于臨界值0.2,因此W152儲(chǔ)層可以形成裂縫,具備壓裂可行性。

        表1 現(xiàn)河油區(qū)低滲稠油儲(chǔ)層多井測(cè)算結(jié)果

        2 裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)研究

        通過(guò)測(cè)算現(xiàn)河油區(qū)W152儲(chǔ)層具備壓裂可行性后,需要對(duì)W152儲(chǔ)層壓裂裂縫的導(dǎo)流能力進(jìn)行量化研究。通過(guò)裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)儀,模擬地層壓力條件下,測(cè)試鋼板(無(wú)嵌入)和人造巖板(嵌入)的導(dǎo)流能力,研究W152儲(chǔ)層中不同類(lèi)型支撐劑在嵌入裂縫壁面的導(dǎo)流能力的變化規(guī)律。

        2.1 導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

        實(shí)驗(yàn)應(yīng)用粒徑為20/40目的陶粒、石英砂和覆膜砂作為支撐劑。W152儲(chǔ)層裂縫的閉合壓力為21 MPa,因此每組實(shí)驗(yàn)中設(shè)置測(cè)試的閉合壓力測(cè)試點(diǎn)為10 MPa、21 MPa、30 MPa,每個(gè)閉合壓力點(diǎn)測(cè)試時(shí)間為2 h。以W152儲(chǔ)層實(shí)際參數(shù)為基礎(chǔ)制作人造巖板(規(guī)格為177 mm×38 mm×10 mm),其力學(xué)參數(shù)如表2所示。

        表2 人造巖板力學(xué)參數(shù)

        使用蒸餾水作為實(shí)驗(yàn)液體,在層流(達(dá)西流)條件下評(píng)價(jià)支撐劑充填層導(dǎo)流能力。要準(zhǔn)確測(cè)量導(dǎo)流能力,層流條件下的單相流是關(guān)鍵的條件。實(shí)驗(yàn)合適流量為2~5 mL·min-1。依據(jù)達(dá)西定律,實(shí)驗(yàn)中只需測(cè)得壓差及流量即可求得支撐劑的導(dǎo)流能力[5]。

        2.2 導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

        2.2.1 巖板A不同支撐劑類(lèi)型下的導(dǎo)流能力變化規(guī)律

        嵌入影響程度是指無(wú)嵌入與嵌入導(dǎo)流能力的差與無(wú)嵌入導(dǎo)流能力的比值,因此從圖1也可反推出陶粒、覆膜砂、石英砂相同條件下的嵌入程度。覆膜砂的嵌入的嵌入程度最小,由于外層有樹(shù)脂包裹,且可變形,因此其接觸面積大,減少了支撐劑的嵌入,裂縫的導(dǎo)流能力下降較少[6]。而石英砂由于圓球度差,嵌入影響最大。

        兩種支撐劑組合均使導(dǎo)流能力大幅下降而嵌入程度并無(wú)明顯改善。因此在以提高導(dǎo)流能力為首要目標(biāo)、兼顧經(jīng)濟(jì)性的條件下,推薦使用陶粒作為現(xiàn)河W152儲(chǔ)層的支撐劑,在W152儲(chǔ)層21 MPa地層閉合壓力下陶粒的導(dǎo)流能力為268.14 μm2·cm。

        2.2.2 巖板B不同支撐劑類(lèi)型下的導(dǎo)流能力變化規(guī)律

        從圖2中可以看出,對(duì)巖板B而言,不同類(lèi)型支撐劑嵌入對(duì)導(dǎo)流能力的影響規(guī)律與巖板A一致,不同之處在于巖板B的楊氏模量更高,因而巖板B對(duì)應(yīng)的支撐劑嵌入程度更小,相應(yīng)的導(dǎo)流能力也更高。由此可見(jiàn)不同硬度的巖板,在相同的閉合壓力下發(fā)生嵌入的程度不同,硬度越低,嵌入越嚴(yán)重,導(dǎo)流能力值也越低。

        2.2.3 不同鋪砂濃度下的導(dǎo)流能力變化規(guī)律

        由圖3可知,支撐劑的嵌入影響程度隨鋪砂濃度的增加而減小,這種差距在高閉合壓力下尤為明顯,當(dāng)閉合壓力為30 MPa時(shí),鋪砂濃度從5 kg/m2增大到15 kg/m2,嵌入影響程度從39.07%降到30.46%。這是由于在較低的鋪砂濃度下,總的鋪砂層數(shù)較少,一旦發(fā)生嵌入,嵌入層占總鋪砂層數(shù)的比例相對(duì)較大,其影響也就比高鋪砂濃度大。

        當(dāng)鋪砂濃度大于10 kg/m2,導(dǎo)流能力及其受嵌入影響的程度將明顯減小。所以在針對(duì)W152儲(chǔ)層實(shí)施壓裂作業(yè)時(shí),要盡可能采用高鋪砂濃度(不低于10 kg/m2),才能得到較為理想的有效導(dǎo)流能力。

        2.3 基于灰色關(guān)聯(lián)的多因素分析

        為研究各個(gè)因素對(duì)導(dǎo)流能力影響程度的相對(duì)大小,以裂縫導(dǎo)流能力為評(píng)價(jià)指標(biāo),選取陶粒支撐劑條件下的各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法分析系統(tǒng)中各個(gè)因素間的主次關(guān)系?;疑P(guān)聯(lián)分析法的具體步驟可參考文獻(xiàn)[7,8],此處不再贅述。分析結(jié)果見(jiàn)表3。

        由表3可以看出,各因素對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響程度從大到小依次為:鋪砂濃度、儲(chǔ)層楊氏模量、儲(chǔ)層泊松比、閉合壓力。由此可見(jiàn),儲(chǔ)層自身力學(xué)特性對(duì)裂縫導(dǎo)流能力具有極大的影響,在低滲稠油儲(chǔ)層中儲(chǔ)層楊氏模量偏低,不利于壓裂改造,而鋪砂濃度對(duì)裂縫導(dǎo)流能力影響程度最大,因此在確定支撐劑種類(lèi)后,需適當(dāng)提高鋪砂濃度以彌補(bǔ)儲(chǔ)層楊氏模量偏低的先天不足,盡可能提高裂縫的導(dǎo)流能力,獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益。

        表3 裂縫導(dǎo)流能力和其它因子的關(guān)聯(lián)程度

        3 結(jié)論

        1)結(jié)合脆性指數(shù)與斷裂韌性建立儲(chǔ)層壓裂可行性計(jì)算模型,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多井測(cè)算該模型準(zhǔn)確有效;通過(guò)該模型計(jì)算W152儲(chǔ)層具備良好的壓裂可行性。

        2)在相同的閉合壓力下,巖石硬度越低,支撐劑嵌入越嚴(yán)重,導(dǎo)流能力值也越低,需提高鋪砂濃度保持較理想的導(dǎo)流能力?,F(xiàn)河油區(qū)以W152儲(chǔ)層為代表的低滲稠油儲(chǔ)層巖性較軟,建議鋪砂濃度不低于15 kg/m2,就導(dǎo)流能力而言適合選用陶粒作為支撐劑。

        3)各因素對(duì)低滲稠油儲(chǔ)層裂縫導(dǎo)流能力的影響程度從大到小依次為:鋪砂濃度、儲(chǔ)層楊氏模量、儲(chǔ)層泊松比、閉合壓力。在確定支撐劑種類(lèi)后,需適當(dāng)提高鋪砂濃度以彌補(bǔ)儲(chǔ)層楊氏模量偏低的先天不足,盡可能提高裂縫的導(dǎo)流能力,獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益。

        [1] 袁玉鳳. 吐哈低滲稠油油藏注氣提高采收率實(shí)驗(yàn)研究[D]. 成都:西南石油大學(xué), 2014.

        [2] 梁豪. 頁(yè)巖儲(chǔ)層巖石脆性破裂機(jī)理及評(píng)價(jià)方法[D]. 成都:西南石油大學(xué), 2014.

        [3] 袁俊亮, 鄧金根, 張定宇, 等. 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓裂性評(píng)價(jià)技術(shù)[J]. 石油學(xué)報(bào), 2013, 34(3): 523-526.[4] 廖東良, 肖立志, 張?jiān)? 基于礦物組分與斷裂韌度的頁(yè)巖地層脆性指數(shù)評(píng)價(jià)模型[J]. 石油鉆探技術(shù), 2014, 42(4): 37-40.

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        [6] 郭天魁, 張士誠(chéng). 影響支撐劑嵌入的因素研究[J]. 斷塊油氣田, 2011, 18(4): 527-529.

        [7] 傅立. 灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 1992.

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        Fracture Practicability and Flow Conductivity in Low Permeable Heavy Oil Reservoir of Xianhe

        XIAO Wen1, LI Xiao-long2, ZHANG Wei3, ZHANG Shu-juan3, LI Min3, GUO Tian-kui2

        (1.Oil Production Technology Research Institute, Shengli Oilfield, Dongying 257000, Shandong, China; 2.School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, Shandong, China; 3.Xianhe Production Institute of Shengli Oilfield, Dongying, 257000, Shandong, China)

        The reserves of Xianhe low permeable heavy oil reservoir is large but producing reserves is low. Because the rock property of the reservoir is tight sand mixed with loose sand, which makes the reservoir hard to exploit. The lacking of theory foundation and awareness of fracture flow conductivity leads to fracture failure or bad effect. Thus, a model combined with brittleness index and fracture toughness is built up in order to calculate the fracture practicability index in a certain formation. After fitting the model into the reality, the model will be used to judge the fracture practicability of oil well W152. The result of the model is that oil well W152 is suitable for fracturing. Meanwhile an experiment of flow conductivity is arranged in order to acknowledge the flow conductivity under the condition of reservoir W152. Also the optimization of proppant and sand concentration is arranged. After that, a research under gray correlative method and simulation is conducted. The result of research means a lot to the field.

        fracture; low permeable heavy oil; practicability; flow conductivity; gray correlative method

        國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(徑向鉆孔引導(dǎo)水力壓裂裂縫定向擴(kuò)展機(jī)理研究):51404288

        2016-04-03

        肖雯(1990-),女,山東東營(yíng)人,勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院,助理工程師,從事采油工程、壓裂工藝方面研究。

        TE348

        A

        1008-9446(2016)05-0010-04

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