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)國家工程實驗室，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，同時降低了含水率。

1 水力噴射壓裂技術(shù)特點

(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)對流體的引導(dǎo)，無需井筒隔離即可實現(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理

圖2 噴射壓裂自主隔離機理

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

(4)每個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)，可溝通老井的未動用區(qū)域，提高老井的產(chǎn)液量、產(chǎn)油量，相對降低了含水率。

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)西峰油田儲層北東向天然裂縫發(fā)育，縱向存在相對高滲層，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年期間共實施了7次進攻性措施，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)對于裂縫型見水油井：砂層厚度較小的單個油層(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，水力噴射壓裂未動用小油層。

(2)對于孔隙型見水油井：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，在未動用油層處進行噴射壓裂；砂層厚度較小，直接在原射孔段進行噴射壓裂。

綜上分析，水力噴射壓裂開啟砂巖儲層近井地帶多條裂縫，有效溝通產(chǎn)層未動用區(qū)域，豐富了產(chǎn)層泄流通道，有效恢復(fù)產(chǎn)能，同時降低了含水率。所以，不管是裂縫型見水油井，還是孔隙型見水油井，水力噴射壓裂都會達到增產(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)，將儲層劃分為3類(表1)，針對不同類型儲層，進行裂縫系統(tǒng)優(yōu)化模擬研究。

表1 西峰油田三疊系儲層分類

3.1.1 縫長優(yōu)化

根據(jù)研究區(qū)儲層分類，應(yīng)用數(shù)模軟件進行不同儲層類型各縫長下的產(chǎn)能模擬計算。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類儲層裂縫優(yōu)化半長為160 m，Ⅱ類儲層裂縫優(yōu)化半長為140 m，Ⅲ類儲層裂縫優(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)系計算結(jié)果可以得出，隨著導(dǎo)流能力的逐漸增大，儲層的產(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類儲層導(dǎo)流能力為300×10-3μm2·m，Ⅱ類儲層的導(dǎo)流能力為200×10-3μm2·m，Ⅲ類儲層導(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

夏強等人通過線性回歸得到不同直徑噴嘴射流增壓公式[5]，計算優(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，則不同的噴嘴個數(shù)對應(yīng)的最低排量見表2。

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

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

3.2.2 噴嘴優(yōu)化

西峰長8儲層平均埋深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)計算選擇噴嘴個數(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，進而泵壓增高，需要控制泵壓不超過油井井口限制壓力。對于西峰油田長8儲層油井，額定井口限壓值70 MPa，泵壓需要控制在55 MPa。

對于水力噴射射孔，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)計算，射孔排量不大于3.6 m3/min。對于加砂壓裂，射流增壓系數(shù)取0.4，則重新壓開地層時有：Mi+0.6Pb≤38.5，經(jīng)計算，裂縫啟裂時，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，對不同滲透率下的儲層砂比和無因次導(dǎo)流能力FCD之間關(guān)系進行了計算，結(jié)果見表3。根據(jù)長慶油田低滲透儲層開發(fā)經(jīng)驗，最終優(yōu)化Ⅰ類儲層砂比為35%，Ⅱ類儲層砂比為33%，Ⅲ類儲層砂比為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，分選儲層不同厚度的加砂量(圖7)。

圖7 不同儲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)進攻措施雖然可以達到提液增油，但是同時加大了水淹風(fēng)險，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，進行了該技術(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)噴射壓裂是動力學(xué)壓裂，裂縫起裂點不受原裂縫控制，適合老井重復(fù)改造。對于高含水的老井，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：

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

[2] 李達之.定向水力射孔壓裂技術(shù)機理研究以及數(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，黃中偉，李根生，等.水力噴射孔內(nèi)射流增壓規(guī)律試驗研究[J].流體力學(xué)，2009，37(2)：1-5.

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