田 剛，肖 陽(yáng)，石善志，何 文，李桂霞，劉子龍

(1.中國(guó)石油新疆油田分公司,新疆 克拉瑪依 834000；2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；3.成都理工陽(yáng)光能源科技有限公司，四川 成都 610059)

0 引 言

瑪18井區(qū)百口泉組油藏為受斷裂控制的巖性-構(gòu)造油藏，分布廣泛，目前主要使用水平井開(kāi)采。隨著該井區(qū)水平井射孔及壓裂段、簇?cái)?shù)呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)，目前壓裂支撐劑仍使用陶粒為主，單井開(kāi)發(fā)成本變高[1-2]。為降低成本，現(xiàn)場(chǎng)采用混合支撐劑，即石英砂部分替代陶粒，取得較好初期效果。截至2018年，在瑪18井區(qū)共18口井開(kāi)展石英砂替代陶粒試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工用石英砂1.03×104m3，累計(jì)節(jié)約費(fèi)用約2 570×104元，對(duì)比15口試驗(yàn)井平均日產(chǎn)油為26.16 t/d，8口全陶粒壓裂井平均日產(chǎn)油為29.79 t/d，初期日產(chǎn)油量基本持平。目前，石英砂代替部分陶粒作為混合支撐劑的適應(yīng)性及長(zhǎng)期效果還有待于進(jìn)一步研究。因此，對(duì)全陶粒支撐劑混合支撐劑的導(dǎo)流能力與壓后效果進(jìn)行綜合分析，論證石英砂部分代替陶粒的可行性，為進(jìn)一步開(kāi)展石英砂和陶粒的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。文中隨機(jī)選取MaHW6133井作為研究對(duì)象，進(jìn)行壓裂后效果評(píng)價(jià)。

1 混合粒徑支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)

采用ZCJ-200導(dǎo)流能力測(cè)試裝置、ZCJ-300長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置測(cè)試巖板長(zhǎng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)支撐劑嵌入情況，并針對(duì)石英砂、陶粒體積比為1∶1的混合支撐劑和全陶粒支撐劑，分別測(cè)試不同鋪置方式(中、高鋪砂濃度)和不同閉合壓力(10、20、30、40、50、60、70 MPa)下的裂縫導(dǎo)流能力[3]。

圖1為不同支撐劑在不同鋪置方式下的導(dǎo)流能力。由圖1可知，在中、高鋪砂濃度下，全陶粒支撐劑的導(dǎo)流能力均比混合支撐劑高，混合支撐劑的效果明顯不如全陶粒支撐劑。巖板長(zhǎng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)支撐劑嵌入測(cè)試結(jié)果表明：支撐劑的嵌入問(wèn)題較嚴(yán)重，且嵌入存在明顯的分區(qū)域特征，在礫石顆粒的膠結(jié)區(qū)域，支撐劑的嵌入深度較大，導(dǎo)致區(qū)域壓實(shí)明顯；在礫石顆粒區(qū)域，支撐劑的嵌入深度較淺，在局部區(qū)域由于應(yīng)力集中使得礫石顆粒出現(xiàn)破碎。雜基巖樣支撐劑嵌入是裂縫導(dǎo)流能力主控因素，礫石顆粒本身無(wú)滲流能力，膠結(jié)區(qū)域嵌入形成壓實(shí)帶，使流體流動(dòng)的通道復(fù)雜，對(duì)基質(zhì)滲流能力造成較大的影響。

圖1 不同支撐劑的導(dǎo)流能力

圖2為混合粒徑支撐劑不同鋪置方式導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果。由圖2可知：在中等鋪砂濃度情況下，當(dāng)閉合壓力大于30 MPa以后，隨閉合壓力增加，裂縫導(dǎo)流能力下降明顯，分段式的鋪砂方式導(dǎo)流能力較高，因此，可考慮采用石英砂尾追陶粒的方式注入；在高鋪砂濃度下，對(duì)比中等鋪砂濃度，裂縫導(dǎo)流能力明顯增加，特別是在高閉合壓力情況下，可采用增大鋪砂濃度提高裂縫的導(dǎo)流能力。

圖2 混合粒徑支撐劑不同鋪置方式的導(dǎo)流能力

2 儲(chǔ)層壓裂后特性分析

2.1 小型壓裂測(cè)試

考慮濾失面積隨時(shí)間變化的質(zhì)量守恒方程可得出G函數(shù)的表達(dá)式[4]：

(1)

Ge2=C(tp)(t/tp)αc3βc2

(2)

式中：αa為濾失面積參數(shù)，m/min0.5；αc2為關(guān)井期間的濾失參數(shù)，m/min0.5；Ge2為關(guān)井期間有效濾失系數(shù)，m/min0.5；C(tp)為與時(shí)間t有關(guān)的總濾失系數(shù)，m/min0.5；tp為泵注時(shí)間，min；βc2為泵注期間濾失比例參數(shù)；βc2為關(guān)井期間濾失比例參數(shù)；θ為無(wú)因次時(shí)間；λ、ξ分別為無(wú)因次水平縫長(zhǎng)、寬；G為總濾失系數(shù)，m/min0.5；αc3為裂縫閉合后濾失面積參數(shù)，m/min0.5；t為裂縫閉合時(shí)間，s。

2.2 閉合后分析

閉合后分析的目的是從壓裂井后期的壓力響應(yīng)，確定儲(chǔ)層滲透率以及地層壓力。Nolte推導(dǎo)了一個(gè)閉合后時(shí)間函數(shù)[5]：

pf-pi=mRFR(t-tc)

(3)

FR(t,tc)=1/4ln(1+Xtc/Δt)

(4)

(5)

(6)

式中：pf為井底壓力，MPa；pi為儲(chǔ)層壓力，MPa；V為液體體積，m3；tc為閉合后時(shí)間，min；K為滲透率，mD；h為儲(chǔ)層厚度，m；x為折算系數(shù)；μ為液體黏度，mPa·s；Xtc為停泵后折算系數(shù)；Δt為停泵時(shí)間，s；mR為應(yīng)力閉合梯度，MPa/m；FR為壓力差異系數(shù)。

2.3 MaHW6133井壓裂后解釋

(1) 階梯降。由于難于獲得施工過(guò)程中的井底壓力，則需要考慮井筒中摩阻的影響，且摩阻與排量成正比關(guān)系。運(yùn)用解析的方法，選取階梯降過(guò)程中不同的排量，通過(guò)設(shè)置摩阻來(lái)匹配壓力的損失。階梯降確定近井筒摩阻，了解壓裂裂縫的復(fù)雜程度，分析裂縫擴(kuò)展及延伸的能力。通過(guò)階梯降分析得到目標(biāo)井在2.70 m3/min排量下的摩阻為2.9 MPa，在4.33 m3/min排量下的摩阻為6.6 MPa。

(2) 階梯升。通過(guò)階梯降獲得了每一階段排量所對(duì)應(yīng)的摩阻后，找出2條不同斜率的切線交點(diǎn)，即為儲(chǔ)層中流體從徑向流到線性流的臨界點(diǎn)，確定裂縫的延伸壓力。階梯升可確定裂縫延伸壓力和裂縫閉合壓力上限值，有助于分析施工壓力和裂縫延伸的程度，從而確定施工排量。通過(guò)階梯升計(jì)算得目標(biāo)井的延伸壓力為68.5 MPa。

(3) Horner曲線分析。選取Horner時(shí)間和地面壓力曲線前半段的切線段，用Horner曲線來(lái)確定閉合壓力的最小值，為最小主應(yīng)力分析提供參考范圍值[6-7]。計(jì)算分析得到閉合應(yīng)力為62.2 MPa。

(4) Regression回歸分析。在Nolte時(shí)間和地面壓力曲線中，利用2段直線的切線點(diǎn)確定停泵時(shí)間，可得到裂縫閉合壓力、凈壓力、孔隙壓力、液體效率、濾失系數(shù)等壓裂后地層參數(shù)。通過(guò)定量得到的最小主應(yīng)力的值，可進(jìn)一步優(yōu)化主壓裂泵注程序。測(cè)得閉合壓力為64.9 MPa，凈壓力為3.4 MPa，液體效率為0.1。

(5) 裂縫閉合后分析。選取Nolte-FR模版和地面壓力曲線前半段的切線，通過(guò)壓降數(shù)據(jù)分析計(jì)算出地層系數(shù)，得到地層壓力和流動(dòng)參數(shù)[8-13]。計(jì)算得到地層系數(shù)為447.9 mD·h。

3 石英砂部分代替陶粒效果論證

研究區(qū)塊選取的混合支撐劑井均在全陶粒井附近，而致密儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層性質(zhì)差異較大，考慮到不同井的地質(zhì)參數(shù)差異過(guò)大會(huì)使分析結(jié)果產(chǎn)生偏差，因此，首先對(duì)儲(chǔ)層地質(zhì)條件及地質(zhì)力學(xué)情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[14]。對(duì)全陶粒井井號(hào)采用Ma，石英砂替代井號(hào)采用MA。

對(duì)瑪18區(qū)塊混合支撐劑井和全陶粒井進(jìn)行壓裂后特征解釋(表1)，混合支撐劑井的平均孔隙壓力為64.43 MPa，平均閉合壓力為72.03 MPa；全陶粒井的平均孔隙壓力為62.97 MPa，平均閉合壓力為68.88 MPa，表明石英砂替代井和全陶粒井的地層能量和巖石力學(xué)等地質(zhì)情況基本相同。

表1 不同支撐劑井壓裂后評(píng)估分析

表2為液體效率及地層系數(shù)對(duì)比情況。由表2可知：混合支撐劑井和全陶粒井的平均液體效率約為0.13，液體返排量接近，表明2種井壓裂后改造裂縫效果類似，均出現(xiàn)了類似的人工縫網(wǎng)；全陶粒支撐劑井的平均地層系數(shù)為702.72，混合支撐劑的平均地層系數(shù)為447.57，遠(yuǎn)低于全陶粒支撐劑的地層系數(shù)，表明混合支撐劑井的改造效果遠(yuǎn)不如全陶粒井。

表2 液體效率及地層系數(shù)對(duì)比

進(jìn)一步分析生產(chǎn)資料可知：在相同的工作制度下，混合支撐劑井平均生產(chǎn)225 d，累計(jì)壓力降為15.75 MPa，平均日壓降為0.07 MPa/d；全陶粒井平均生產(chǎn)295 d，累計(jì)壓降為14.13 MPa，平均日壓降為0.05 MPa/d(表3)。混合支撐劑井比全陶粒井的壓力降得快。短期2種井的生產(chǎn)能力接近，但隨著時(shí)間的增加，石英砂替代的不足便會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。目前混合支撐劑井平均油壓為10.72 MPa，全陶粒井的平均油壓為13.21 MPa，全陶粒井依舊保持較高的壓力繼續(xù)開(kāi)采。

表3 壓降、累計(jì)生產(chǎn)天數(shù)和近期壓力對(duì)比

采用生產(chǎn)試井法對(duì)2種井的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量進(jìn)行分析(表4)。結(jié)果表明，開(kāi)井后短期內(nèi)2種井產(chǎn)量相近，但混合支撐劑井的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量?jī)H為全陶粒井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的一半，因此，石英砂在高埋深儲(chǔ)層和高閉合應(yīng)力情況下無(wú)法替代陶粒。主要原因是在70 MPa的閉合應(yīng)力下，石英砂的強(qiáng)度無(wú)法滿足支撐裂縫的要求，無(wú)法達(dá)到足夠的導(dǎo)流能力，而陶粒有足夠強(qiáng)度支撐裂縫，即陶粒井的地層系數(shù)會(huì)高于石英砂替代井。

在瑪18井區(qū)共開(kāi)展石英砂替代陶粒試驗(yàn)18口井，累計(jì)節(jié)約費(fèi)用約為2 570×104元，按照平均動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量進(jìn)行對(duì)比，1口全陶粒支撐劑井比混合支撐劑井多出4.410 3×104t動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，按18口井的采收率為10%計(jì)算，原油累計(jì)增產(chǎn)7.938×104t，按油價(jià)3 100/t進(jìn)行估算總利潤(rùn)高達(dá)2.46×109元，遠(yuǎn)超出石英砂替代陶粒節(jié)約支撐劑的費(fèi)用。

表4 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量對(duì)比

4 結(jié)論及建議

(1) 在中等鋪砂濃度下，當(dāng)閉合壓力大于30 MPa后，隨著閉合壓力的增加，裂縫導(dǎo)流能力下降明顯，可用分段式的鋪沙方式提高導(dǎo)流能力；閉合應(yīng)力較高時(shí)，增大鋪砂濃度可有效提高裂縫的導(dǎo)流能力。

(2) 通過(guò)儲(chǔ)層壓裂后評(píng)價(jià)解釋，瑪18井區(qū)儲(chǔ)層閉合壓力為64.47～80.69 MPa，孔隙壓力為51.62～71.37 MPa，液體效率平均為0.13；混合支撐劑井的地層系數(shù)低于全陶粒井地層系數(shù)；混合支撐劑井的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量低于全陶粒井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量；混合支撐劑井平均日壓降高于全陶粒井平均日壓降。

(3) 當(dāng)閉合應(yīng)力大于70 MPa時(shí)，壓裂評(píng)估效果表明：在裂縫改造類型相同，混合支撐劑井的地質(zhì)情況略好于全陶粒井的情況下，改造的效果仍不如全陶粒井；從動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量、日均壓降情況經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)綜合分析認(rèn)為，石英砂替代陶粒效果并不理想，建議后續(xù)壓裂井繼續(xù)采用全陶粒支撐劑。