吳順林, 劉漢斌，李憲文, 唐梅榮, 張 翔, 白曉虎, 李曉燕

(1中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院 2低滲透油氣田開發(fā)國家工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

鄂爾多斯盆地致密油資源豐富，是長慶油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的重要資源基礎(chǔ)，但依然面臨單井產(chǎn)量遞減快的挑戰(zhàn)[1]。按照工程地質(zhì)一體化思路，優(yōu)化最大化改造體積設(shè)計(jì)，開展長水平井+多段壓裂技術(shù)研究與試驗(yàn)，重構(gòu)致密油儲(chǔ)層體積壓裂設(shè)計(jì)模式及實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)致密油開發(fā)“提單產(chǎn)、降遞減”目標(biāo)。

一、儲(chǔ)層特征及前期試驗(yàn)情況

鄂爾多斯盆地長7致密油屬于湖相沉積，富集于緊鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖的致密砂巖儲(chǔ)層中，埋深1 600～2 200 m，滲透率0.07～0.22 mD，油氣比75～104 m3/t，原油黏度0.97 mPa·s，壓力系數(shù)0.77～0.85，脆性指數(shù)35%～45%。與北美致密油相比具有相似性，但開發(fā)更具挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：沉積環(huán)境是湖相沉積，非均質(zhì)性更強(qiáng)，地層壓力系數(shù)低，脆性指數(shù)低，天然裂縫相對(duì)不發(fā)育。

前期致密油水平井水平段長800～1 000 m，主體采用速鉆橋塞/水力噴射壓裂工藝[2]，初期單井日產(chǎn)油10 t左右。但規(guī)模效益開發(fā)仍面臨挑戰(zhàn)：水平井初期單井產(chǎn)量依然不夠高，且遞減較大，第一年遞減率達(dá)到35%～50%之間，預(yù)測采收率較低(4%～8%)。近年來，受北美非常規(guī)成功開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)，致密油水平井長度不斷增加(1 500～2 000 m)，最長達(dá)到3 035 m，因此如何優(yōu)化長水平井體積壓裂設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)提高單井產(chǎn)量、降低遞減的目標(biāo)，亟需加大技術(shù)攻關(guān)與試驗(yàn)。

二、前期水力裂縫特征認(rèn)識(shí)

1.大型物模實(shí)驗(yàn)

采用長寬高為1 m×1 m×1 m的致密油天然露頭巖樣開展大型物模實(shí)驗(yàn)[3]，共開展了4塊巖心實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示3塊巖心以單一主裂縫為主，僅1塊觀察到較復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)。

2.取心觀察驗(yàn)證

通過對(duì)前期已壓裂井進(jìn)行鉆井取心認(rèn)識(shí)人工裂縫形態(tài)，未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫波及特征，僅發(fā)現(xiàn)較少的疑似人工縫。巖心觀察表明，長7頁巖油體積壓裂難以形成網(wǎng)狀縫，裂縫復(fù)雜程度較低，總體仍呈條帶狀縫[4]。

3.井下微地震監(jiān)測

統(tǒng)計(jì)長7致密油24口水平井188段井下微地震監(jiān)測結(jié)果表明,裂縫半帶長200～450 m，帶寬60～120 m，復(fù)雜因子普遍小于0.3；天然裂縫影響程度b值[5]整體在1.5以上，說明天然裂縫開啟程度較低，裂縫系統(tǒng)以人工主裂縫為主。

三、細(xì)分切割多簇裂縫設(shè)計(jì)

大型物模、微地震監(jiān)測及水平井取心證實(shí)，盆地長7致密油體積壓裂難以形成類似頁巖氣的縫網(wǎng)[6-7]，技術(shù)調(diào)研也表明北美非常規(guī)已向細(xì)分切割高密度完井方向發(fā)展。通過開展水平段甜點(diǎn)優(yōu)選及不同砂體條件下的非均勻多簇裂縫設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水平段縫控儲(chǔ)量最大化。

1.優(yōu)選水平段改造“甜點(diǎn)”

通過精細(xì)解釋巖石組分、脆性、地應(yīng)力等參數(shù)及裂縫發(fā)育情況，建立水平井儲(chǔ)層品質(zhì)和完井品質(zhì)分段分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[8](見表1)，優(yōu)選水平段“甜點(diǎn)”，為水平井壓裂布縫和方案優(yōu)化提供依據(jù)。

表1 致密油儲(chǔ)層品質(zhì)與完井品質(zhì)分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

2.差異化細(xì)分切割布縫

針對(duì)長7致密油條帶狀裂縫形態(tài)特征，利用Mangrove壓裂軟件建立多簇壓裂裂縫模型[9]，模擬水平段在一定段長條件下，不同裂縫間距對(duì)產(chǎn)量的影響(見圖1)。模擬結(jié)果表明，當(dāng)裂縫間距在5～10 m時(shí)，不同時(shí)間階段的累計(jì)產(chǎn)量均為最高，主體設(shè)計(jì)為4～6簇，其中Ⅰ類水平段簇間距5～10 m，Ⅱ類水平段簇間距10～15 m，III類水平段簇間距15～20 m。

圖1 水平段不同裂縫間距下累產(chǎn)油變化

四、縫控體積壓裂參數(shù)優(yōu)化

1.入地液量

從滿足體積壓裂造縫需求出發(fā)，按照裂縫全覆蓋原則，井距在400～600 m條件下單段入地液量600～1 000 m3。從補(bǔ)充地層能量出發(fā)，按照油藏工程方法[10](式2)計(jì)算了入地液量與增能的關(guān)系，建立了致密油入地液量與補(bǔ)充地層能量關(guān)系圖(見圖2)。

圖2 致密油入地液量與補(bǔ)充地層能量關(guān)系圖

ΔV=Ct·V·Δp

(1)

式中：ΔV—需增加的液量；Ct—綜合壓縮系數(shù)；V—裂縫改造體積-入地液量；Δp—增加的地層壓力。

根據(jù)式(2)計(jì)算，裂縫改造體積范圍內(nèi)地層能量達(dá)到原始地層壓力的110%，需增加液量200～300 m3。綜合考慮造縫和補(bǔ)充地層能量，單段入地液量為800～1 200 m3。根據(jù)差異化壓裂改造原則，I類甜點(diǎn)進(jìn)液強(qiáng)度20～25 m3/m，II類甜點(diǎn)進(jìn)液強(qiáng)度15～20 m3/m。

2.單段砂量

利用Eclipse油藏模擬軟件，模擬400 m井距下最優(yōu)支撐裂縫半長為150～200 m(見圖3)，優(yōu)化單段支撐劑用量為150～240 m3。根據(jù)差異化壓裂改造原則，推薦I類甜點(diǎn)加砂強(qiáng)度4.0～5.5 t/m，II類甜點(diǎn)加砂強(qiáng)度3.0～4.0 t/m。

圖3 支撐裂縫半長與百米水平段累產(chǎn)模擬結(jié)果曲線

3.注入排量

從多簇起裂角度出發(fā)，根據(jù)限流壓裂法原理[11]，建立不同排量下有效孔眼數(shù)與孔眼摩阻對(duì)應(yīng)關(guān)系圖(見圖4)，實(shí)現(xiàn)各簇完全起裂所需的排量下限為10～15 m3/min(同一段內(nèi)各簇之間由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性造成的起裂應(yīng)力差一般不超過4 MPa)。

圖4 不同排量下有效孔眼數(shù)與孔眼摩阻對(duì)應(yīng)關(guān)系圖版

五、提高多簇裂縫有效性配套技術(shù)

針對(duì)長水平段非均質(zhì)性較強(qiáng)、局部天然裂縫發(fā)育的特征，集成應(yīng)用極限分簇射孔、前置超細(xì)砂封堵、動(dòng)態(tài)暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)輔助提升多簇起裂有效性，防止少簇裂縫過度擴(kuò)展，形成超級(jí)縫導(dǎo)致裂縫竄通。

1.極限分簇射孔

通過增加射孔簇?cái)?shù)、減少單簇孔數(shù)提高井底壓力，實(shí)現(xiàn)多簇起裂。射孔方式采用等孔徑定點(diǎn)射孔，射孔段長60～80 m，射孔簇?cái)?shù)8～12簇，單簇孔數(shù)2孔，現(xiàn)場成功試驗(yàn)3口井，階梯排量測試分析孔眼有效率80%以上，較常規(guī)射孔提高20%～30%(見表2)。

表2 極限分簇與常規(guī)射孔多簇起裂有效性對(duì)比

2.前置超細(xì)砂+動(dòng)態(tài)暫堵轉(zhuǎn)向

為封堵天然微裂縫及裂縫端部，在前期液泵注70/140目超細(xì)粉砂，避免裂縫沿天然微裂縫過度擴(kuò)展造成井間裂縫溝通。同時(shí)采用多粒徑可溶暫堵轉(zhuǎn)向劑[12]，封堵裂縫縫口，開啟更多簇起裂和延伸，微地震監(jiān)測顯示裂縫轉(zhuǎn)向成功率80%以上。

六、礦場應(yīng)用

鄂爾多斯盆地致密油儲(chǔ)層共開展水平井細(xì)分切割縫控體積壓裂技術(shù)試驗(yàn)及應(yīng)用80口井，采用可溶橋塞分段多簇體積壓裂工藝，平均水平段長1 618 m，井均改造23段94簇，入地液量28 590 m3，支撐劑量3 418 m3，壓裂排量12～14 m3/min，平均段間距45 m，裂縫間距5～15 m，裂縫密度6.3條/100 m，進(jìn)液強(qiáng)度25.3 m3/m，加砂強(qiáng)度4.8 t/m。井下微地震監(jiān)測結(jié)果顯示，通過應(yīng)用細(xì)分切割縫控體積壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了微地震事件對(duì)水平段全覆蓋。水平井初期單井產(chǎn)量顯著提高，投產(chǎn)井初期液量32.6～77 m3/d，平均單井日產(chǎn)油17.3 t，井口壓力0.5～3.0 MPa。平均單井第1年累產(chǎn)油4 850 t，遞減率27.8%。典型井XP238-77投產(chǎn)后1年內(nèi)日產(chǎn)油均保持在30 t以上(見圖5)。

圖5 XP238-77井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

七、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)對(duì)于非常規(guī)致密儲(chǔ)層，長水平井+細(xì)分切割體積壓裂能夠有效提高儲(chǔ)層動(dòng)用程度，大幅提高單井產(chǎn)量，降低遞減率。

(2)地質(zhì)工程一體化深度融合，是水平段優(yōu)選改造甜點(diǎn)位置和差異化細(xì)分切割布縫設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。

(3)極限分簇射孔、前置超細(xì)砂封堵和動(dòng)態(tài)暫堵轉(zhuǎn)向先進(jìn)技術(shù)集成配套是實(shí)現(xiàn)小井距水平井充分改造和防止井間竄通干擾的關(guān)鍵手段。