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        致密油藏水平井分段壓裂集成開采實(shí)踐

        2019-09-06 12:02:56孫兵華宋珈萱
        非常規(guī)油氣 2019年4期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)油量流線壓裂液

        朱 爭,孫兵華,尹 虎,宋珈萱.

        (1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,陜西西安 710075;2.延長油田股份有限公司富縣采油廠,陜西延安 727500)

        致密儲層物性差,孔喉細(xì)小,非均質(zhì)性嚴(yán)重,裂縫發(fā)育,流體在致密儲層條件下流動(dòng)存在較大的啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感[1-4]。目前在我國很多油田常常采用水平井技術(shù)開發(fā)致密油藏,壓裂人工造縫可連通天然裂縫,改善儲層流體的滲流條件[5-7],但水平井壓裂過程中,壓裂液在壓差的作用下會向地層濾失,污染地層,而隨水平段長度的增加,壓裂周期的變長,壓裂液返排率降低,壓裂液在儲層中的長時(shí)間滯留給儲層帶來較大的傷害,影響儲層改造效果[8]。為解決壓裂液長期滯留對儲層傷害和產(chǎn)量遞減快的難題,李展縫等[9-15]對其影響機(jī)理進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)各類壓裂液長期滯留均會對儲層造成一定的傷害。同時(shí)仲如冰[16]提出了水平井3 段集成分段注水技術(shù),可高效補(bǔ)給地層能量,提高水平井的開發(fā)效率。但很少有人研究致密油藏水平井開發(fā)隨水平段增長,壓裂液入地液量也隨之增加,壓裂液不能及時(shí)返排,會造成一定程度地層污染,影響水平井單井產(chǎn)量的問題。為此,本文提出了致密油藏水平井分段壓裂集成開采方法,將水平段分兩個(gè)生產(chǎn)階段開采,并用油藏?cái)?shù)值模擬方法進(jìn)行論證,解決礦場上水平井水平段長度越長,壓裂周期越長,壓裂液返排率越低,壓裂液對儲層傷害越大,產(chǎn)油量低的礦場難題。

        1 致密油藏水平井礦場開采存在的問題

        通過對延長油田兩個(gè)典型區(qū)塊致密油藏4口水平井開采效果(表1)和生產(chǎn)曲線圖(圖1)對比分析,表明A區(qū)塊的兩口鄰井P-8井與P-11井,開發(fā)層位相同,壓裂方式相同,累產(chǎn)時(shí)間相差不大,而P-11井水平段長度幾乎是P-8井的2倍,壓裂段數(shù)比P-8井多2段,但單井累產(chǎn)油量卻相差不大,僅33.65t; B區(qū)塊兩口鄰井H-1井與H-5井,開發(fā)層位相同,壓裂方式相同,累產(chǎn)時(shí)間僅差10天,而H-5井水平段長度幾乎是H-1井的1.5倍,壓裂段數(shù)比H-1井多3段,單井累產(chǎn)油量卻減少367.03t,日產(chǎn)油量低于H-1井。因此,通過礦場生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)水平井水平段越長,壓裂段數(shù)多,單井產(chǎn)油效果不一定越好。依據(jù)滲流理論推算,水平段越長,水平井產(chǎn)油效果越好,而以上生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,水平段長度越大,產(chǎn)油效果不一定越好,甚至出現(xiàn)產(chǎn)油效果差的問題[17-18]。出現(xiàn)理論研究與礦場實(shí)際偏差核心原因是現(xiàn)場壓裂施工過程中,水平井水平段長度越長,壓裂段數(shù)增多,壓裂周期越長(水平井分段壓裂施工周期最長可達(dá)30天左右),壓裂液抽汲返排率越低,滯留在儲層中壓裂液越多,長期滯留的壓裂液會對儲層滲透率造成不同程度的傷害,影響儲層改造效果[9]。

        表1 致密油藏水平井礦場開采效果對比Table 1 Comparison of effect of horizontal well exploitation in production field

        注:4口水平井選取2個(gè)代表性區(qū)塊,P-8井與P-11井相距1.5公里, H-1井與H-5井同一鉆臺的井。

        圖1 代表性區(qū)塊相鄰水平井日產(chǎn)油量對比Fig.1 Comparison of oil production rate of adjacent horizontal wells

        2 水平井分段壓裂集成開采方法數(shù)值模擬研究

        為了解決致密油藏施工現(xiàn)場水平井開發(fā)中存在的難題:隨水平段長度的增大,壓裂施工周期越長,壓裂液抽汲返排率越低,對儲層滲透性傷害越大,進(jìn)而開發(fā)效果變差,因此提出了水平井分段壓裂集成開采方法(圖2)。水平井分段壓裂集成開采是指1口水平井套管完井后,將水平段分兩個(gè)生產(chǎn)階段進(jìn)行分段壓裂,第一生產(chǎn)階段:先在水平段中部設(shè)置可鉆橋塞將水平段中部與趾部隔離,將水平井水平段跟部至中部進(jìn)行壓裂,抽汲返排,生產(chǎn)一段時(shí)間。第二生產(chǎn)階段:待水平井產(chǎn)油量大幅遞減后,將水平段中部至趾部進(jìn)行壓裂,抽汲返排,水平段集成開采。水平井分段壓裂集成開采方法原理:將過長的水平段分段壓裂集成開采,有效縮短壓裂施工周期,提高壓裂液抽汲返排率,最大限度降低壓裂液滯留對儲層的不可逆?zhèn)?,保證較好的壓裂效果,提高致密油藏最終采收率。

        圖2 水平井分段壓裂集成開采方法示意圖Fig.2 Schematic diagram of horizontal well multistage fracturing integrated exploitation

        為了驗(yàn)證水平井分段壓裂集成開采方法對水平井開發(fā)效果的影響,本文采用油藏?cái)?shù)值模擬軟件以延長油田某致密油藏為背景建立致密油藏流線模型,水平井部署模型中間,模擬生產(chǎn)時(shí)間為15年,模型其他參數(shù)見表2。

        表2 油藏流線模型相關(guān)參數(shù)Table 2 The relative parameters of the reservoir simulation model

        2.1 分段壓裂集成開采與常規(guī)開采(全井段壓裂)效果對比

        小學(xué)教師在開展語文教學(xué)的過程中,要想將小組合作的效用展現(xiàn)出來,師生間的密切配合,往往是必不可少的。至此,在這其中,教師一定要充分地發(fā)揮出自身的效用,來輔助學(xué)生找尋角色定位,使學(xué)習(xí)目標(biāo)得到進(jìn)一步地明確,保障小組合作的順利開展,使每位學(xué)生都有所收獲,將該模式的效用展現(xiàn)出來。

        圖3 水平井分段集成開采與常規(guī)開采(全井段壓裂)產(chǎn)油量對比Fig.3 Comparison of oil production by horizontal well multistage fracturing integrated exploitation and that of conventional(all well fracturing) exploitation

        2.2 分段壓裂集成開采與常規(guī)開采流線分布對比

        床體結(jié)構(gòu)是否有利于通風(fēng)復(fù)氧,特別是大氣向淺層和墊層部分?jǐn)U散和對流的效率如何,是好氧、兼氧微生物降解污染物,維持床層性能的關(guān)鍵;而滲瀝液中溶解氧(DO) 含量大于2 mg/L時(shí),將會大大促進(jìn)好氧菌的生命活動(dòng)。

        通過對比兩種開采方法下20年后剩余油飽和度和地層壓力分布發(fā)現(xiàn),兩種方法水平井周圍含油飽和度均降低,沿壓裂裂縫方向降低幅度更大。分段壓裂集成開采的水平井壓力波及范圍比常規(guī)開采(全井段壓裂)大得多且近井地帶含油飽和度降低更大,提高采出程度,累計(jì)增油963 t,因此采用水平井分段壓裂集成開采方法進(jìn)行致密油藏開發(fā)比較合理。依據(jù)模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊仍有較多的剩余油分布,天然能量衰竭式開發(fā)后期可通過直井注水-水平井采油聯(lián)合開發(fā),提高該區(qū)塊的可采儲量的動(dòng)用程度。

        將水平井分段壓裂集成開采與水平井常規(guī)開采(全井段壓裂)產(chǎn)油量(圖3)進(jìn)行對比,數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明:采用分段壓裂集成開采方法的開發(fā)效果明顯優(yōu)于常規(guī)開采方法。分段集成開采方法的日產(chǎn)油量明顯高于常規(guī)開采(全井段壓裂),初期日產(chǎn)油量常規(guī)開采(全井段壓裂)比分段壓裂集成開采(第一生產(chǎn)階段)高5 t左右,但分段壓裂集成開采(第二生產(chǎn)階段)后日產(chǎn)油量高達(dá)24 t,是常規(guī)開采(全井段壓裂)日產(chǎn)油量的2.5倍,且有效延緩水平井產(chǎn)量遞減速度。預(yù)測生產(chǎn)時(shí)間為15年,分段壓裂集成開采方法的累產(chǎn)油量較常規(guī)開采增產(chǎn)效果顯著,共增油2 477 t。水平井分段壓裂集成開采效果較好的原因是礦場分段壓裂集成開采,水平段分段壓裂,壓裂施工周期短,分段抽汲,壓裂液抽汲返排率較高,壓裂液在儲層中滯留時(shí)間縮短一半,對儲層的傷害降到最低,壓裂改造效果好。

        圖4 不同開采方法水平井開發(fā)流線分布圖(第15年)Fig.4 The streamline distribution of horizontal well with different exploitation method (The 15th year)

        3 實(shí)際模型應(yīng)用效果

        為了分析該方法在實(shí)際致密油藏水平井礦場的應(yīng)用效果,將該方法運(yùn)用到實(shí)際地質(zhì)模型中,采用數(shù)值模擬方法模擬20年,并與常規(guī)開采(全井段壓裂)生產(chǎn)20年的開發(fā)效果進(jìn)行對比研究,分析區(qū)塊地層含油飽和度(圖5)和地層壓力(圖6)的變化情況。

        圖5 不同開采方法開發(fā)20年后含油飽和度分布Fig.5 Oil saturation distribution after 20 years in two different methods

        圖6 不同開采方法開發(fā)20年后地層壓力分布Fig.6 Pressure distribution after 20 years in two different methods

        由表8說明,土樣2土壤中添加2%活性炭(B)化學(xué)修復(fù)劑時(shí)土壤中的重金屬鋅、鉛、鉻、銅、砷、鎘含量均有所下降。其中在種有狼尾草的土壤區(qū)域主要污染物鋅含量下降幅度最大,下降值為132.6mg/L。在種有狼尾草的土壤區(qū)域主要污染物砷含量下降幅度最大,最大值為3.3mg/L。

        對比兩種方法第15年流線分布圖(圖4),發(fā)現(xiàn)水平井流線分布特征相似之處在于:水平段兩側(cè)裂縫處流線分布較密集,裂縫間流線分布較稀疏,說明裂縫處為滲流主要通道;水平段兩側(cè)基質(zhì)流線分布最密集,水平井跟部和趾部周圍基質(zhì)流線分布較密集,基質(zhì)和裂縫存在明顯的流線過渡調(diào)整區(qū)。兩種開采方法流線分布特征不同之處在于:分段壓裂集成開采方法因?qū)毫岩簻魧訚B透性傷害降到最低,壓裂造縫效果最佳,裂縫的延伸范圍更大,裂縫流線分布范圍更大,裂縫處流線分布更密集,說明致密油藏中分段壓裂集成開采壓裂造縫效果好,在儲層中形成較好的滲流通道。

        4 結(jié)論

        (1)通過水平井開發(fā)理論與礦場生產(chǎn)的對比分析,出現(xiàn)“水平段越長,壓裂段數(shù)增多,產(chǎn)油效果不一定越好”問題的主要原因是隨水平段長度的增加,壓裂段數(shù)增多,壓裂施工周期變長,壓裂液抽汲返排率降低,壓裂液長期滯留對儲層造成了不可逆的傷害。

        將試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2013進(jìn)行處理,計(jì)算出不同處理下的吸力值和實(shí)測體積含水率。將實(shí)測體積含水率與相應(yīng)的吸力值作為輸入值,用Origin擬合曲線,將擬合參數(shù)代入Van-Genuchten模型、Gardner模型得到與吸力值對應(yīng)的擬合土壤含水率,并與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較,直到滿足精度要求。

        (2)本文提出了水平井分段壓裂集成開采方法,并運(yùn)用油藏?cái)?shù)值模擬方法進(jìn)行對比分析,結(jié)果表明:第一生產(chǎn)階段日產(chǎn)油量低于常規(guī)開采(全井段壓裂)的,但第二生產(chǎn)階段日產(chǎn)油量高達(dá)24 t,是常規(guī)開采(全井段壓裂)的2.5倍,增產(chǎn)效果顯著,預(yù)測生產(chǎn)15年,共增油2 477 t。該方法可更好解決水平段長度越長,壓裂液抽汲返排率低,產(chǎn)油量低的礦場開發(fā)難題。

        (3)將水平井分段壓裂集成開采方法應(yīng)用到實(shí)際區(qū)塊地質(zhì)模型,預(yù)測生產(chǎn)20年,分析區(qū)塊剩余油飽和度和地層壓力分布特征,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法可較大幅度增大水平井在致密油藏開發(fā)中壓力波及范圍,降低近井地帶含油飽和度,提高采出程度,累計(jì)增油963 t。針對該區(qū)塊仍有較多的剩余油分布,天然能量衰竭式開發(fā)后期可通過直井注水-水平井采油聯(lián)合開發(fā),提高可采儲量的動(dòng)用程度。

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