范 杰,劉 亭,李 勇

(1.川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，陜西 西安 710018，2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018，3.中石油長慶油田分公司第二采油廠，甘肅 慶陽 745100)

西峰油田部分三疊系區(qū)塊中高含水井比例逐年增加，油井見水后側(cè)向剩余油富集、動(dòng)用難度大，常規(guī)措施適應(yīng)性較差，中高含水井治理面臨巨大的挑戰(zhàn)。為了尋找有效的治理方法，近年來在西峰油田三疊系油藏試驗(yàn)區(qū)開展了老油田水力噴射重復(fù)壓裂工藝技術(shù)研究，通過水力噴射在近井地帶形成復(fù)雜水力裂縫，再經(jīng)加砂壓裂有效溝通未動(dòng)用區(qū)域，豐富了產(chǎn)層泄流通道，有效提高單井產(chǎn)能，同時(shí)降低了含水率。

1 水力噴射壓裂技術(shù)特點(diǎn)

(1)水力噴射壓裂是集射孔、壓裂、隔離一體化的新型增產(chǎn)改造技術(shù)，適用于低滲透油藏直井、水平井的增產(chǎn)改造，是低滲透油藏壓裂增產(chǎn)的一種有效方法。[1]

(2)噴射壓裂是在環(huán)空壓力P環(huán)低于裂縫閉合壓力P閉的條件下，利用射流增壓來壓開地層并延伸裂縫，加上射流負(fù)壓P負(fù)對(duì)流體的引導(dǎo)，無需井筒隔離即可實(shí)現(xiàn)分層或分段壓裂改造，簡化了管柱結(jié)構(gòu)。[2](見圖1、圖2)

圖1 噴射壓裂裂縫開裂機(jī)理

圖2 噴射壓裂自主隔離機(jī)理

(3)常規(guī)壓裂是靜力學(xué)壓裂，而噴射壓裂是動(dòng)力學(xué)壓裂，容易開啟砂巖儲(chǔ)層更多的微裂縫，顯著增大近井地帶泄流通道。

(4)每個(gè)噴嘴的射流只要滿足射流增壓加上環(huán)空壓力大于該孔眼的破裂壓力就能開啟人工裂縫，產(chǎn)生多條裂縫，達(dá)到局部縫網(wǎng)或者縫簇的壓裂效果(見圖3)，可溝通老井的未動(dòng)用區(qū)域，提高老井的產(chǎn)液量、產(chǎn)油量，相對(duì)降低了含水率。

圖3 噴射壓裂形成的多裂縫

2 西峰油田中高含水井水力噴射壓裂適應(yīng)性分析

2.1 西峰油田中高含水油井低產(chǎn)原因

(1)西峰油田儲(chǔ)層北東向天然裂縫發(fā)育，縱向存在相對(duì)高滲層，注水水線方向油井高滲層段見水程度高，容易出現(xiàn)高含水低產(chǎn)現(xiàn)象。(見圖4)

(2)人工裂縫延伸優(yōu)先選擇物性較好含油小層，物性較差的層段壓裂改造程度低，動(dòng)用程度低。

圖4 油井裂縫形態(tài)與見水層段

2.2 見水類型[3]

(1)裂縫型見水油井：含水率快速上升(見圖5)。A1井2012年2月實(shí)施分層重復(fù)壓裂，有效期過短，從采油曲線可以看出該井從2010年開始含水率快速上升。

圖5 A1井裂縫型見水

圖6 A2井孔隙型見水

(2)孔隙型見水油井：含水率緩慢上升(見圖6)。A2井從2002—2012年期間共實(shí)施了7次進(jìn)攻性措施，提液增油效果明顯，但有效期短，含水逐年階梯型穩(wěn)步上升。

2.3 選井條件

(1)對(duì)于裂縫型見水油井：砂層厚度較小的單個(gè)油層(小于30 m)，不建議重復(fù)改造，或者將老裂縫封堵后再噴射壓裂；如果是砂層厚度較大的單個(gè)油層，或者有薄夾層，下入封隔器將老裂縫封隔，水力噴射壓裂未動(dòng)用小油層。

(2)對(duì)于孔隙型見水油井：首選含水小于90%產(chǎn)液量小于5 m3/d的井層。砂層厚度較大，在未動(dòng)用油層處進(jìn)行噴射壓裂；砂層厚度較小，直接在原射孔段進(jìn)行噴射壓裂。

綜上分析，水力噴射壓裂開啟砂巖儲(chǔ)層近井地帶多條裂縫，有效溝通產(chǎn)層未動(dòng)用區(qū)域，豐富了產(chǎn)層泄流通道，有效恢復(fù)產(chǎn)能，同時(shí)降低了含水率。所以，不管是裂縫型見水油井，還是孔隙型見水油井，水力噴射壓裂都會(huì)達(dá)到增產(chǎn)效果。

3 噴射壓裂參數(shù)優(yōu)化

3.1 裂縫系統(tǒng)優(yōu)化[4]

根據(jù)西峰油田三疊系各小層地質(zhì)特征綜合分析，從壓裂增產(chǎn)改造角度出發(fā)，將儲(chǔ)層劃分為3類(表1)，針對(duì)不同類型儲(chǔ)層，進(jìn)行裂縫系統(tǒng)優(yōu)化模擬研究。

表1 西峰油田三疊系儲(chǔ)層分類

3.1.1 縫長優(yōu)化

根據(jù)研究區(qū)儲(chǔ)層分類，應(yīng)用數(shù)模軟件進(jìn)行不同儲(chǔ)層類型各縫長下的產(chǎn)能模擬計(jì)算。結(jié)果表明隨著縫長的增長，產(chǎn)量也在增大，但增大幅度在不斷地縮小。因此，Ⅰ類儲(chǔ)層裂縫優(yōu)化半長為160 m，Ⅱ類儲(chǔ)層裂縫優(yōu)化半長為140 m，Ⅲ類儲(chǔ)層裂縫優(yōu)化半長為100 m。

3.1.2 導(dǎo)流能力優(yōu)化

通過導(dǎo)流能力與產(chǎn)能關(guān)系計(jì)算結(jié)果可以得出，隨著導(dǎo)流能力的逐漸增大，儲(chǔ)層的產(chǎn)能也在逐漸增大，當(dāng)導(dǎo)流能力增大到一定程度后，產(chǎn)能增加趨勢逐漸變緩。因此最終優(yōu)化Ⅰ類儲(chǔ)層導(dǎo)流能力為300×10-3μm2·m，Ⅱ類儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力為200×10-3μm2·m，Ⅲ類儲(chǔ)層導(dǎo)流能力為150×10-3μm2·m。

3.2 施工參數(shù)優(yōu)化

3.2.1 噴嘴數(shù)量與排量的匹配關(guān)系

夏強(qiáng)等人通過線性回歸得到不同直徑噴嘴射流增壓公式[5]，計(jì)算優(yōu)化結(jié)果噴射速度185～215 m/s，當(dāng)噴射速度為185 m/s，用直徑6.3 mm的噴嘴，則不同的噴嘴個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的最低排量見表2。

如果限定噴嘴個(gè)數(shù)為8，則噴嘴直徑為5.5 mm時(shí)，要求最低排量為1.5 m3/min，噴嘴直徑為6.0 mm時(shí)，要求最低排量為2.0 m3/min，噴嘴直徑為8.0 mm時(shí)，要求最低排量為3.0 m3/min。

表2 185 m/s噴射速度時(shí)下噴嘴組合與排量對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.2.2 噴嘴優(yōu)化

西峰長8儲(chǔ)層平均埋深2 110 m，平均破裂壓力梯度0.018 9，平均延伸壓力梯度0.017 5，則預(yù)測破裂壓力41.5 MPa，延伸壓力36.5 MPa。油管內(nèi)徑76 mm，經(jīng)計(jì)算選擇噴嘴個(gè)數(shù)為8，噴嘴直徑為6.3 mm。

3.2.3 排量優(yōu)化

管柱摩阻和噴嘴壓降隨著排量的增大而增大，進(jìn)而泵壓增高，需要控制泵壓不超過油井井口限制壓力。對(duì)于西峰油田長8儲(chǔ)層油井，額定井口限壓值70 MPa，泵壓需要控制在55 MPa。

對(duì)于水力噴射射孔，油井管柱環(huán)空無需控制回壓，井口敞放即可，則有：Mi+Mo+Pb≤55，經(jīng)計(jì)算，射孔排量不大于3.6 m3/min。對(duì)于加砂壓裂，射流增壓系數(shù)取0.4，則重新壓開地層時(shí)有：Mi+0.6Pb≤38.5，經(jīng)計(jì)算，裂縫啟裂時(shí)，施工排量不大于4.0 m3/min。

3.2.4 環(huán)空控制

環(huán)空壓力與排量需滿足井下環(huán)空壓力小于已壓開儲(chǔ)層的延伸壓力并大于目的層的破裂壓力與射流增壓之差。

3.3 砂比及加砂規(guī)模優(yōu)化[6]

依據(jù)3.1裂縫系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果，通過PT三維壓裂模擬軟件，對(duì)不同滲透率下的儲(chǔ)層砂比和無因次導(dǎo)流能力FCD之間關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見表3。根據(jù)長慶油田低滲透儲(chǔ)層開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，最終優(yōu)化Ⅰ類儲(chǔ)層砂比為35%，Ⅱ類儲(chǔ)層砂比為33%，Ⅲ類儲(chǔ)層砂比為25%。

表3 不同砂比和FCD關(guān)系

根據(jù)3.1裂縫系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果和砂比與無因次導(dǎo)流能力關(guān)系，分選儲(chǔ)層不同厚度的加砂量(圖7)。

圖7 不同儲(chǔ)層厚度條件下加砂量優(yōu)化結(jié)果

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2013年—2015年期間在西峰油田三疊系試驗(yàn)區(qū)開展了水力噴射重復(fù)壓裂，措施前平均單井日產(chǎn)液1.64 m3、日產(chǎn)油0.26 t、含水78.9%，措施后平均單井日產(chǎn)液7.0 m3、日產(chǎn)油1.99 t、含水63.5%，含水平均下降15.4%，當(dāng)年平均累增油765.0 t，單井平均增油175.7 t(見表4)。

表4 水力噴射重復(fù)壓裂效果

5 結(jié)論

(1)由于西峰油田三疊系儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，注水開發(fā)過程導(dǎo)致部分油井含水上升，常規(guī)進(jìn)攻措施雖然可以達(dá)到提液增油，但是同時(shí)加大了水淹風(fēng)險(xiǎn)，難以有效解放油井側(cè)向剩余油。為此根據(jù)該區(qū)地質(zhì)開發(fā)狀況，通過利用水力噴射技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行了該技術(shù)的適應(yīng)性分析，提出了中高含水井選井條件，優(yōu)化了噴射壓裂參數(shù)，最終取得了良好的改造效果。

(2)噴射壓裂是動(dòng)力學(xué)壓裂，裂縫起裂點(diǎn)不受原裂縫控制，適合老井重復(fù)改造。對(duì)于高含水的老井，水力噴射壓裂無法封堵老裂縫，但形成的多裂縫溝通了未動(dòng)用區(qū)域，增大了泄流面積，提高了產(chǎn)液量和產(chǎn)油量，間接降低了含水率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 田守嶒，李根生，黃中偉，等.水力噴射孔壓裂機(jī)理與技術(shù)研究進(jìn)展[J].石油鉆采工藝，2008，30(1)：58-62.

[2] 李達(dá)之.定向水力射孔壓裂技術(shù)機(jī)理研究以及數(shù)值分析[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2015.

[3] 劉亭.西峰油田白馬中區(qū)提高單井產(chǎn)量技術(shù)研究[D].西安：西北大學(xué)，2016.

[4] ECONOMIDES M J，NOLTE K G.油藏增產(chǎn)措施[M].張保平，蔣闐，劉立云，等譯.第三版.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[5] 夏強(qiáng)，黃中偉，李根生，等.水力噴射孔內(nèi)射流增壓規(guī)律試驗(yàn)研究[J].流體力學(xué)，2009，37(2)：1-5.

[6] 萬仁溥.采油工程手冊(cè)[M].第二版.北京：石油工業(yè)出版社，2000.