王洪偉

大慶油田有限責(zé)任公司海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部

X盆地已開發(fā)油田主要為低、特低滲透油藏，該類油藏儲(chǔ)量占比達(dá)63.6%。由于特低滲透儲(chǔ)層存在啟動(dòng)壓力［1-2］，在注采井距過大時(shí)采用常規(guī)壓裂難以建立有效驅(qū)動(dòng)體系［3-4］，多數(shù)斷塊注水開發(fā)效果差。近年來，眾多學(xué)者在特低滲透油藏儲(chǔ)層改造工藝方面取得了大量成果［5-9］，隨著各種壓裂工藝的不斷完善，使得特低滲透油田規(guī)模有效開發(fā)逐漸成為可能，但關(guān)于大規(guī)模壓裂增產(chǎn)機(jī)理及壓后如何實(shí)現(xiàn)高效注水開發(fā)的研究較少。筆者在X油田現(xiàn)場實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合油藏工程理論對(duì)大規(guī)模壓裂增產(chǎn)機(jī)理及壓后如何實(shí)現(xiàn)注水開發(fā)進(jìn)行深入研究，總結(jié)出高效壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及針對(duì)性注水補(bǔ)充能量方法，進(jìn)而形成大規(guī)模壓裂注水開發(fā)一體化技術(shù)［10-11］。

1 大規(guī)模壓裂增產(chǎn)機(jī)理

大規(guī)模壓裂是指在優(yōu)化壓裂液及支撐劑組合的基礎(chǔ)上，通過高排量、高液量、高壓力施工，使形成的人工裂縫與天然裂縫交錯(cuò)延伸，從而形成大規(guī)模復(fù)雜人工裂縫系統(tǒng)的壓裂技術(shù)［12］，其增產(chǎn)機(jī)理主要體現(xiàn)為兩個(gè)方面。

1.1 提高裂縫系統(tǒng)導(dǎo)流能力

在大規(guī)模壓裂施工中，壓裂液中添加的可降解纖維可在主裂縫形成后起到暫堵作用，提高凈壓力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向壓裂，可在地層中形成主縫和分支縫相結(jié)合的多裂縫系統(tǒng)（圖1），提高人工裂縫對(duì)儲(chǔ)層的控制程度，達(dá)到擴(kuò)大泄油體積、提高裂縫內(nèi)儲(chǔ)層滲透率的目的。同時(shí)，可降解纖維具有較好的攜砂和固砂性能，可保持較好的鋪砂剖面，有效改善特低滲透儲(chǔ)層的滲流條件。

圖1 大規(guī)模壓裂裂縫展布情況Fig.1 Fracture distribution after large-scale fracturing

大規(guī)模壓裂后形成的主次裂縫交錯(cuò)系統(tǒng)，有效改善了裂縫系統(tǒng)內(nèi)的滲流條件，使得儲(chǔ)層流體滲流規(guī)律發(fā)生了本質(zhì)性的變化［13］。根據(jù)式（1），在一定生產(chǎn)壓差下，可模擬出各種滲透率條件下滲流質(zhì)點(diǎn)的位移與滲流時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)實(shí)施大規(guī)模壓裂后，儲(chǔ)層滲透率大幅度提高，有效縮短了儲(chǔ)層流體質(zhì)點(diǎn)流向井筒的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)油井產(chǎn)量的大幅度提高。

式中，t為質(zhì)點(diǎn)滲流時(shí)間，min；?m為基質(zhì)孔隙度，%；μ為流體黏度，mPa·s；L為質(zhì)點(diǎn)滲流位移，m；km為基質(zhì)滲透率，mD；Δp為生產(chǎn)壓差，MPa。

1.2 變相縮小注采井距

根據(jù)特低滲透儲(chǔ)層的地質(zhì)特征，基于典型直井大規(guī)模壓裂的數(shù)值模擬和現(xiàn)場實(shí)踐，對(duì)常規(guī)壓裂和大規(guī)模壓裂裂縫形態(tài)和壓裂效果進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)于原注采井距為250 m的注采井網(wǎng)，在常規(guī)壓裂改造后，裂縫延伸較短，主要以改善井筒周圍導(dǎo)流能力為主，無法實(shí)現(xiàn)縮小注采井距的目的。在儲(chǔ)層實(shí)施大規(guī)模壓裂改造后，裂縫延伸半長可達(dá)100～150 m，在遠(yuǎn)井地帶仍保持多裂縫系統(tǒng)，裂縫仍具有較好的導(dǎo)流能力，可變相實(shí)現(xiàn)縮小注采井距的目的（圖2），將注采井距由250 m縮至150 m，從而使油水井建立起有效的驅(qū)動(dòng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)特低滲透儲(chǔ)層的有效注水開發(fā)。

圖2 不同壓裂方式注采井距變化對(duì)比Fig.2 Comparison of injection/production well spacing between different fracturing modes

2 水驅(qū)開發(fā)特征分析

在特低滲透儲(chǔ)層地質(zhì)條件下，依據(jù)不同壓裂方式的裂縫展布特征，對(duì)常規(guī)和大規(guī)模兩種壓裂方式采用EQ-LGR方法開展油藏?cái)?shù)值模擬，并對(duì)壓后水驅(qū)流線分布情況及各項(xiàng)開發(fā)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 壓后水驅(qū)流線分布情況

在注水井與壓裂直井形成的正方形井網(wǎng)中，依據(jù)水驅(qū)流線追蹤法［14］，可追蹤到流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到常規(guī)壓裂和大規(guī)模壓裂兩種壓裂方式的水驅(qū)流線分布情況圖（圖3）。從流線分布情況來看，在采用常規(guī)壓裂方式情況下，由于注采井距過大，油水井無法建立有效驅(qū)動(dòng)體系，注水井與油井無法形成有效水驅(qū)，油井產(chǎn)量主要來自井筒周圍天然能量。當(dāng)油井實(shí)施大規(guī)模壓裂改造后，有效縮短了注水井與裂縫系統(tǒng)的距離，使注水井與多分支縫系統(tǒng)形成了良好的注采關(guān)系，裂縫兩側(cè)可達(dá)到較好的驅(qū)替效果。

圖3 不同壓裂方式注采水驅(qū)流線圖Fig.3 Water flooding flow diagram of different fracturing modes

2.2 含水及產(chǎn)量變化規(guī)律

從不同壓裂方式7年末開發(fā)指標(biāo)對(duì)比來看，實(shí)施大規(guī)模壓裂改造后，油井初期產(chǎn)量達(dá)到常規(guī)壓裂的2.0倍，且注水受效后產(chǎn)量可進(jìn)一步提高，7年累計(jì)采出程度達(dá)到常規(guī)壓裂的2.5倍以上（圖4）。但由于裂縫系統(tǒng)壓力傳導(dǎo)較快，當(dāng)注水前緣推至采油井時(shí)，油井開始見水。隨著受效程度增強(qiáng)，含水呈現(xiàn)快速上升特征，導(dǎo)致油井產(chǎn)量隨之下降。因此，有效減緩注水推進(jìn)速度是提高壓后水驅(qū)效果的關(guān)鍵。

圖4 不同壓裂方式開發(fā)指標(biāo)對(duì)比Fig.4 Comparison of development index between different fracturing modes

3 高效壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模壓裂水驅(qū)效果，需對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的適用性進(jìn)行深入分析。通過單井動(dòng)靜態(tài)資料及應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)可知，物質(zhì)基礎(chǔ)是保證增油效果的先決條件，為確保大規(guī)模壓裂的水驅(qū)效果，要求壓裂層段地層系數(shù)大于5 mD·m，單井控制儲(chǔ)量大于5.0×104t，為確保上述條件，在砂體規(guī)模上，有效厚度2 m以上油層需大于3個(gè)。同時(shí)，為確保壓裂后能及時(shí)補(bǔ)充地層能量，壓裂井需連通2口以上水井，為防止與斷層溝通，壓裂井與斷層距離應(yīng)大于100 m。

在壓裂潛力層確定后，還需依據(jù)井網(wǎng)情況開展壓裂層段整體統(tǒng)籌，在確保單井可采儲(chǔ)量的情況下，避免壓竄情況發(fā)生。按照壓裂半縫長120 m考慮時(shí)，對(duì)于注采井距小于250 m的井網(wǎng)，壓裂層段設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照“鄰井錯(cuò)層、隔井同層”的壓裂方式；對(duì)于注采井距大于250 m的井網(wǎng)，在單井可采儲(chǔ)量允許的情況下可采取“鄰井同層”的壓裂方式。

4 注水補(bǔ)充能量方式優(yōu)化

鑒于大規(guī)模壓裂井存在受效后含水上升快的開發(fā)矛盾，為進(jìn)一步延長壓裂受效時(shí)間，應(yīng)依據(jù)見效情況采取個(gè)性化調(diào)整方式。

4.1 見效前保持高注水壓力

大規(guī)模壓裂除了形成滲流能力較強(qiáng)的主次分支縫系統(tǒng)，同時(shí)也形成了微裂縫系統(tǒng)，這些微裂縫只有在較高的地層壓力下才能處于張開狀態(tài)，起到提高儲(chǔ)層導(dǎo)流能力、擴(kuò)大泄油體積的作用。鑒于特低滲透儲(chǔ)層注水時(shí)存在擬啟動(dòng)壓力，為防止因地層壓力急劇下降微裂縫閉合，需在壓后初期水井端保持較高注水壓力，不僅能有效提高注水強(qiáng)度，及時(shí)補(bǔ)充地層能量，還可提高儲(chǔ)層的吸水指數(shù)，進(jìn)一步提高小層動(dòng)用程度。

對(duì)于注入壓力并不是無限制的提高，應(yīng)遵循以下兩方面原則：

（1）注入壓力應(yīng)低于油層隔層、套管及水泥環(huán)的保護(hù)壓力，防止油層隔層及水泥環(huán)破裂，導(dǎo)致竄槽及套變情況的發(fā)生；

（2）注入壓力應(yīng)接近或略高于儲(chǔ)層破裂壓力，可使儲(chǔ)層中的微裂縫處于張開狀態(tài)并有較小延伸，有助于吸水能力的提高。若破裂壓力過大，則易造成注入水竄層或單層突進(jìn)情況發(fā)生。對(duì)于破裂壓力的確定，可借鑒鄰近壓裂井的施工數(shù)據(jù)確定。

4.2 見效后采取周期性注水方式

大規(guī)模壓裂井注水開發(fā)最典型的特征是注入水易沿著人工裂縫方位快速推進(jìn)，油井見水后含水上升速度快、穩(wěn)產(chǎn)期短，因此，在注水受效后應(yīng)及時(shí)采取有效的控水措施，預(yù)防含水突升。油井見效初期，往往以人工裂縫方位見效為主，該方向上地層能量已基本得到恢復(fù)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)周期性停注，使形成注水通道的裂縫有效閉合。隨著裂縫內(nèi)地層壓力的擴(kuò)散重新形成油水運(yùn)移通道，達(dá)到控制含水上升、改善水驅(qū)效果的目的。待含水保持穩(wěn)定后，重新恢復(fù)注水。通過周期性注水調(diào)整，在確保供液能力的同時(shí)，可有效控制含水上升速度，進(jìn)一步延長大規(guī)模壓裂開發(fā)有效期。

通過對(duì)特低滲透油藏注水受效周期及受效后含水上升速度的分析，由經(jīng)驗(yàn)法確定了周期注水的注入周期及配注量原則：

（1）為確保在周期停注后實(shí)現(xiàn)良好的油水置換，有效提高注入水利用率，停注時(shí)間應(yīng)為所在井區(qū)受效周期的1/2左右；

（2）以保持注采平衡為原則，減少周期停注后造成的能量損失，日配注量應(yīng)為采出液量的2倍；

（3）注入壓力應(yīng)控制在油層破裂壓力及套管和油層隔層最大擠損壓力以內(nèi)。

5 應(yīng)用實(shí)例

在X油田實(shí)施了18口井，平均單井壓裂厚度為15 m，層間跨度限制在30 m以內(nèi)，采用“鄰井錯(cuò)層、隔井同層”的壓裂方式。壓裂施工排量6.0～8.0 m3/min，平均單井壓裂液用量1 600 m3，加砂量180 m3。井下微地震監(jiān)測結(jié)果表明，在形成一條主縫的同時(shí)，還產(chǎn)生多向分支縫，最終形成縫網(wǎng)狀系統(tǒng)（圖5）。壓裂后形成的縫網(wǎng)規(guī)模為399 m（長）×87 m（寬）×155 m（高），在擴(kuò)大裂縫波及體積的同時(shí)，有效提高了儲(chǔ)層導(dǎo)流能力。

圖5 B0井下微地震監(jiān)測圖Fig.5 B0 downhole micro-seismic monitoring diagram

大規(guī)模壓裂后初期單井日產(chǎn)油5.6 t，與壓前對(duì)比單井日增油4.5 t，560 d內(nèi)平均單井累計(jì)增油1800 t，其中實(shí)施時(shí)間較早的B8區(qū)塊，單井累計(jì)增油已達(dá)3 500 t，取得較好的增油效果（表1）。

表1 X油田大規(guī)模壓裂效果情況統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of large-scale fracturing results in X Oilfield

井區(qū)油井實(shí)施壓裂改造后，鄰近10口注水井初期采取提壓注水措施，鑒于井區(qū)儲(chǔ)層平均破裂壓力為16.5 MPa，將注入井注入壓力由原來的15.8 MPa升至17.0 MPa，通過提高注入壓力，單井日注水量由13 m3/d升至41 m3/d。注水6個(gè)月后油井陸續(xù)受效，其中10口油井明顯見到注水效果，注水受效后，對(duì)注入狀況較好的3個(gè)井組及時(shí)采取半周期為3個(gè)月、注入量為30～50 m3/d的層間周期注水，通過周期性注水調(diào)整，見效井產(chǎn)液量保持穩(wěn)定，綜合含水保持較低水平，單井日產(chǎn)油量保持5.0 t以上。

6 結(jié)論

（1）通過大規(guī)模壓裂縫長及壓裂層段的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使單井產(chǎn)量提高至常規(guī)壓裂的2.0倍，同時(shí)達(dá)到縮小注采井距的目的，使特低滲透儲(chǔ)層建立起有效驅(qū)動(dòng)體系，實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)低效斷塊的有效注水動(dòng)用。

（2）大規(guī)模壓裂注水見效井易出現(xiàn)含水突升情況，壓后通過提壓與周期性注水相結(jié)合的方式可有效控制含水上升速度。

（3）實(shí)例應(yīng)用證明，大規(guī)模壓裂有效期內(nèi)累計(jì)采出程度可達(dá)常規(guī)壓裂的2.5倍，可使特低滲透油藏階段采出程度得到明顯提高，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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