富黃探區(qū)儲層認識及壓裂工藝研究

宋秦寧，曹天軍，袁延芳，許興波

(1.延長油田股份有限公司化驗中心;2.延長石油集團油氣勘探公司 石油勘探開發(fā)部，陜西 延安 716000)

1 富黃探區(qū)地質(zhì)概況

富黃探區(qū)位于陜西省延安市富縣、洛川、黃陵境內(nèi)，屬于鄂爾多斯盆地東南部，南起黃陵、北到富縣，西起槐樹莊農(nóng)場、東至宜川西，面積約8600 km2，地貌上屬于黃土高原峁梁丘陵區(qū)，地勢由北向東南傾斜，溝壑縱橫，溝深坡陡，地面高差可達150 m，地形十分復雜，交通不便。

在區(qū)域構造上，富黃探區(qū)位于鄂爾多斯盆地二級構造單元陜北斜坡的東南部，該斜坡為一平緩的近南北向展布、由東向西傾斜的大型單斜，傾角一般小于1°，平均坡降10 m/km左右，局部因差異壓實作用形成鼻狀構造。

富黃探區(qū)屬湖進型三角洲前緣相及濁積相沉積，屬黃陵、直羅三角洲，范圍5000 km2，石油資源量1×108t。該三角洲存在較小的水下扇、水上平原沼澤相砂體。該區(qū)含油帶處于中生界生烴坳陷東南部，生油層以延長組長7為主，有效烴源巖平均140 m，有機質(zhì)類型以П1型為主，有機炭含量2%，成熟度Ro為1%，生烴量443.77×108t，生烴強度333×104t/km，具有良好的生油條件。儲集層:長6三角洲砂體與油源較緊密但偏離物源主體方向，規(guī)模相對較小。長2+3的三角洲平原砂體規(guī)模相對較大，并與油源上下疊置蓋于生油巖之上。加之長1泥巖的封蓋，形成良好的成油組合。侏羅系油藏主要受三疊系頂部古地貌控制，在其背景上發(fā)育多類型小而肥的油藏，實行滾動勘探具有較大的潛力。本區(qū)長1及侏羅系富縣組泥巖發(fā)育較好，具有良好的保存條件。

2 富黃探區(qū)儲層認識及試油工藝

2.1 儲層認識

根據(jù)對該區(qū)以往鉆井取芯資料的收集，認識到富黃探區(qū)應為深湖濁積相，近幾年已在槐樹莊探區(qū)的槐Q及槐W井的長6油層取得重大突破。

目前，在盆地西南部湖盆深水區(qū)域鉆遇多套厚薄不等的粉細砂巖，經(jīng)過巖心描述及沉積結構、構造分析為深水濁積砂體沉積［3］。隨著勘探與開發(fā)工作的深入，在深湖區(qū)的勘探不斷獲得突破，改變了以往對深水區(qū)儲層物性差難以成藏或油藏規(guī)模小的認識，已發(fā)現(xiàn)的濁積巖油藏三級儲量累計超過2億噸，濁積巖儲層成為盆地西南部增儲上產(chǎn)的重要勘探目標。

2.2 試油工藝

為了進一步突破單井工業(yè)油流，我們從油層段選取，射孔工藝，優(yōu)化壓裂和試油強排抽吸四個方面著手，對富黃探區(qū)油層壓裂試油改造進行了深入細致的研究，取得了驕人的成績。2008年試油14層/12口，其中5層達到油流標準;2009年22層/16口，其中9層達到油流標準。2009年富黃探區(qū)共壓裂試油35層/28口井，完成溫度壓力測試9口，高壓物性取樣2口。其中，1口井喜獲高產(chǎn)油流，14口井獲工業(yè)油流。2008年槐EY井射開兩段共9m，打開程度37.5%，加砂59.8 m3，尾追陶粒5 m3，加砂強度2.7 m3/m，通過及時放噴排液和抽汲排液，獲得最高日產(chǎn)油13.8 m3，初月累計產(chǎn)油105.6 m3，獲得了較高的工業(yè)油流。2009年槐S井長6油層打開兩段共8 m，加砂37.2 m3，尾追陶粒5 m3，初日產(chǎn)油34 m3，初周月產(chǎn)油632 m3，日均產(chǎn)油21.07 m3，為槐樹莊地區(qū)長6油層產(chǎn)油最高的一口探井。2008年黃參SB井長2油層喜獲73.2 m3工業(yè)油流，從而結束了黃陵縣不產(chǎn)油的歷史。2009年槐L井長2油層打開2 m，加砂10 m3，初日產(chǎn)油4.9 m3，初周月產(chǎn)油90.46 m3，日均產(chǎn)油3.015 m3，是富黃探區(qū)長2油層產(chǎn)油最高的一口井。

2.2.1 油層段選取

通過現(xiàn)場錄井資料，綜合測井圖以及鄰井資料對比，結合鄰井試油情況，主要從油層厚度，物性和含油性三個方面綜合選取射孔段，為壓裂試油提供一個可靠的油層保障。

2.2.2 射孔工藝

以往在該區(qū)均采用普通射孔工藝，采用TY－127型射孔彈進行射孔，打開程度小，一般在2～3 m之間。之后采用深穿透復合射孔工藝與同軸隨進射孔。

圖1 2008、2009年打開程度與日均產(chǎn)油關系圖

在具體射孔工藝應用上，采取差中選優(yōu)的原則，盡可能將射孔段確定在錄井顯示好、測井曲線配套好的層段，同時兼顧差層和夾層，確定合理的打開程度。該區(qū)長6沉積厚度大，油層連續(xù)性不好，均質(zhì)性差、夾層薄互層發(fā)育、含油飽和度低，我們采用大射孔段，進行跨夾層射孔，提高油層打開程度，根據(jù)不同油層情況分別采用了跨夾層射孔、分段射孔、分層射孔等打開方式，并在射孔前用活性水洗井，之后進行負壓射孔(將液面降至射孔段以上500m左右)作業(yè)，解除近井地帶的泥漿污染，收到了良好的效果(見圖1)。

2.2.3 優(yōu)化壓裂工藝

在優(yōu)化壓裂工藝方面，從2008年至今，在富黃探區(qū)做了大量深入的工作，對壓裂工藝主要做了兩方面的優(yōu)化。

(A)優(yōu)化壓裂液體系

為了降低壓裂液對油層的傷害，根據(jù)油層溫度、物性及流體性質(zhì)，提出了與工藝技術水平相匹配的低傷害壓裂液—低溫水基凍膠壓裂液破膠體系。與常規(guī)水基凍膠壓裂液的主要區(qū)別是破膠劑除通常使用的過硫酸銨外，還須加入低溫破膠引發(fā)劑(主要是酶或新型氧化劑、激活氧源的激活劑)。通過對壓裂液配方的進一步優(yōu)化，形成了獨特的低溫水基凍膠壓裂液破膠體系。

1)具體配方

基液:0.33%瓜膠+0.05%破膠激活劑+0.3%粘土穩(wěn)定劑+0.3%助排劑+1%KCL

交聯(lián)劑:0.4%硼砂+0.4%過硫酸銨

交聯(lián)比:100:8－12

2)室內(nèi)評價

該壓裂液與富黃探區(qū)的儲層具有良好的配伍性，且抗剪切性強和破膠及時。

(1)各類添加劑的配伍性:壓裂液體系中各添加劑在儲層溫度下，不同時間段(0.5－2 h)無沉淀、無絮狀物。

圖2 30℃井下壓裂液耐溫耐剪切圖表

(2)壓裂液的抗剪切性:采用PVS高溫高壓流變儀對壓裂液體系進行了耐溫剪切性能評價(溫度36℃，壓力3.5 MPa)，壓裂體系在 170 s－1下連續(xù)剪切80分鐘后粘度仍保持在73.4 mPa·s，說明凍膠具有良好的抗剪切性能(圖2)。

(3)壓裂液的流變性能:采用M500高溫高壓流變儀對優(yōu)化后的體系在不同時段的流變性能(溫度36℃，壓力3.5 MPa)進行測試，表明流變曲線是平穩(wěn)的。

圖3 壓裂液流變曲線

(4)壓裂液的濾失性能:采用GGS71型高溫高壓失水儀對優(yōu)化后的體系進行了濾失性能評價(溫度36℃，壓力3.5 MPa)，濾失系數(shù)為9.532×10－4m/min1/2，初濾失量為1.2 cm3，凍膠體系具有較低的濾失。

(5)壓裂液的破膠性能:在36℃條件下，2小時壓裂液粘度在2－5 m Pa·s之間，達到了及時破膠返排的目的(見表1)。

表1 30℃破膠實驗結果

(6)殘渣:壓裂液完全破膠后(粘度在2－5 mPa·s之間)，殘渣測試為123 mg/L，殘液的表面張力小于28 mN/m。根據(jù)實驗結果，計算出30℃井下添加劑配方受濾餅控制的濾失系數(shù)CⅢ=7.5×10－4m/min1/2。

(B)優(yōu)化壓裂工藝及施工設計

特低滲透油層勘探開發(fā)的成功實踐是壓裂增產(chǎn)的突破，通過壓裂改造，使特低滲透油層獲得工業(yè)油流。優(yōu)化壓裂施工設計是壓裂改造的重要內(nèi)容。首先在工藝上采取了三封套壓、不動管柱分層壓裂、薄互層合層壓裂、分層壓裂合層求產(chǎn)和尾追高強度低密度陶粒等工藝，根據(jù)油層實際情況，采取“一井一法”、“一井一工藝”進行精細壓裂試油，取得了滿意的效果。

1)在壓裂施工參數(shù)上也進行了改進。根據(jù)油層條件，采用美國尖端公司FracproPT三維壓裂設計軟件，適時確定排量、砂比、加砂強度等參數(shù)，使壓裂設計方案達到最優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 2008、2009年加砂強度與日均產(chǎn)油關系

2)槐L井長2的突破。壓裂設計原則是最大限度地降低儲層傷害和裂縫傷害，最大限度1087 m作為一個砂體考慮，砂體較小。為了提高小層動用程度，采用了小砂量壓裂提高產(chǎn)液量，根據(jù)該井的地質(zhì)特點進行工藝改造。槐S井是位于陜甘寧盆地東部斜坡富縣區(qū)的一口預探井，該井的1430m—1444 m作為一個砂體考慮，中間有0.625米的致密層，為了整體聯(lián)通上下砂體，提高小層動用程度，因此采用大排量跨夾層壓裂，通過大規(guī)模壓裂提高產(chǎn)液量;該井的滲透率 1.831－3.0 um2，含油飽和度為26.81%，打開油層兩段各4 m，射孔段兩段共8 m，設計方法是采用美國尖端公司Fracpro PT三維壓裂設計軟件進行優(yōu)化施工參數(shù)，在滿足地質(zhì)、工程和設備條件下作出經(jīng)濟的最優(yōu)化的方案，即裂縫幾何尺寸模擬計算為:縫長130.7 m，支撐縫長120.8 m，縫寬0.35 cm，縫高23.59 m，支撐縫高20.5 m，壓裂液效率0.65，鋪砂濃度4.8 kg/m2，導流能力259.8 mD·m。

2.3 取得主要認識

富黃探區(qū)壓裂試油的突破，為該區(qū)長2、長6油層的工業(yè)化評價提供了重要依據(jù)。通過兩年的勘探工作我們已經(jīng)基本尋找到適合本區(qū)油層特點的壓裂試油工藝技術。

2.3.1 選擇厚度大、物性好、含油級別高的油層

在特低滲、超低滲油藏背景下，壓裂試油更注重強調(diào)油層條件，油層好壞與油井能否出油是最直接的因果關系。因此要選擇厚度相對較大、物性相對較好、含油級別相對較高的油層，作為壓裂試油首選目標層段。

在壓裂工藝上采取:“去污壓裂”、“三大一高”壓裂配套工藝，加砂37.2 m3，尾追陶粒5 m3。初周月產(chǎn)油632 m3，日均產(chǎn)油21.07 m3，是富黃探區(qū)長6油層產(chǎn)油最高的一口井。

2.3.2 把好入井材料質(zhì)量關、減少油層污染

壓裂入井材料主要包括水源、稠化劑及輔助添加劑、支撐劑三類材料。如何把好這些材料的質(zhì)量關，是壓裂施工成敗、油井能否出油的前提。

水基凍膠壓裂液一般都是在堿性環(huán)境下形成凍膠，在酸性環(huán)境下水解破膠，因此對配液水質(zhì)的PH值要求很高，必須顯中性或弱堿性(PH＞7)。由于作業(yè)區(qū)地處森林，加之陰雨天較多，配液所用水質(zhì)極易顯弱酸性，影響壓裂液性能，并選擇合格的BJ－1作為低溫激活劑。

支撐劑的入井把關也是壓裂施工過程的重要內(nèi)容。重點把好濁度、圓度、球度、破碎率和酸溶解度等指標。

2.3.3 優(yōu)化壓裂液配方、提高壓裂液性能

為了降低壓裂液對油層的傷害，根據(jù)油層溫度、物性及流體性質(zhì)，提出了與工藝技術水平相匹配的低傷害壓裂液——低溫水基凍膠壓裂液破膠體系。和常規(guī)水基凍膠壓裂液的主要區(qū)別是破膠劑除通常使用的過硫酸銨外，還須加入低溫破膠引發(fā)劑(主要是酶或新型氧化劑、激活氧源的激活劑)。通過對壓裂液配方的進一步優(yōu)化，形成了獨特的低溫水基凍膠壓裂液破膠體系。根據(jù)實驗結果，計算出30℃井下添加劑配方受濾餅控制的濾失系數(shù)CⅢ=7.5 ×10－4m/min。

2.3.4 改進射孔工藝、完善打開程度

以往在該區(qū)均采用普通射孔工藝，采用TY－127型射孔彈進行射孔，打開程度小，一般在2～3 m之間。之后采用深穿透復合射孔工藝與同軸隨進射孔。

2.3.5 優(yōu)化壓裂設計、改進施工參數(shù)

特低滲透油層勘探開發(fā)的成功實踐是壓裂增產(chǎn)的突破，通過壓裂改造，使特低滲透油層獲得工業(yè)油流。優(yōu)化壓裂施工設計是壓裂改造的重要內(nèi)容。首先在工藝上采取了三封套壓、不動管柱分層壓裂、薄互層合層壓裂、分層壓裂合層求產(chǎn)和尾追高強度低密度陶粒等工藝，根據(jù)油層實際情況，采取“一井一法”、“一井一工藝”進行精細壓裂試油，取得了滿意的效果。其次，在壓裂施工參數(shù)上也進行了改進。根據(jù)油層條件，采用美國尖端公司FracproPT三維壓裂設計軟件，適時確定排量、砂比、加砂強度等參數(shù)，在現(xiàn)有地質(zhì)、工程和設備條件下使壓裂設計方案達到最優(yōu)化。

2.3.6 把準關井放噴時機

隨著勘探難度的加大，傳統(tǒng)方法難以滿足精細勘探的需要，用試油機組進行試油，對于特低滲透儲層勘探開發(fā)一個非常成功的經(jīng)驗就是快速排液技術，同時壓裂后的放噴時機的掌握也顯得尤為重要。2008年前期我們自己組織施工的8口井平均返排率不到40%，大部分井出現(xiàn)壓入地層的壓裂液不能排出地面，在試油后期表現(xiàn)供液不足，因此難以獲得試油產(chǎn)量。隨后我們及時總結經(jīng)驗，把握準確的關井放噴時間，既防止地層吐砂、支撐劑回流，同時又充分利用壓裂形成的局部高壓、誘導液體及時排出地層，同時采用誘噴工藝技術、達到了快速排液的目的，后期21口井現(xiàn)場返排率達到83.5－96%，富黃探區(qū)勘探取得突破也是快速排液的一個很好的例證。后期21口井壓裂返排率好的原因:一是應用了質(zhì)量尚好的氟碳表面活性劑，促進了液體快速返排;二是壓裂施工過程一氣呵成，壓裂系統(tǒng)沒有破壞;三是準確把握放噴時機與破膠時間的有機結合，既防止地層吐砂、支撐劑回流，又實現(xiàn)了快速返排的目的。

2008年9月份以前壓裂施工29層/27口，壓裂液返排率在23.4% ～58.2%之間，最高僅為80%，返排效率較低，且返排時機差異性較大。具體從以下兩個方面著手:首先從壓裂配方調(diào)整開始有以前的2小時破膠改進為30 min;其次采取未追過硫酸氨，達到快速破膠的目的。2008年合理把握防噴時機，平均返排率為68.6%;2009年平均返排率為86.2%，返排率顯著提高，返排率在80%以上時日產(chǎn)油量基本在1 m3以上。

3 結論

(1)特定的沉積環(huán)境、特殊的孔隙演化、強烈的成巖作用造就了本區(qū)長6油層極低滲的特點。只有在地質(zhì)綜合研究和成藏分析的基礎上，找出含油富集區(qū)，試油工作才能取得更好的效果。

(2)在本區(qū)壓裂試油中要選擇厚度大、物性好、含油級別高的油層作為首選目標;把好入井材料質(zhì)量關，減少油層污染;優(yōu)化壓裂配方，提高壓裂液性能;改進射孔工藝，完善打開程度;優(yōu)化壓裂設計，改進施工參數(shù);改進試油工藝，把準關井放噴時間實現(xiàn)快速返排是適合本區(qū)有效的六項壓裂試油工藝技術。

(3)壓裂試油是一項系統(tǒng)工程，要把握好各個施工環(huán)節(jié)。對本區(qū)長6油層來說，打開程度在36.7－46.5%較為適宜;加砂強度在1.82－2.7 m3/m較為適合;返排率必須達到60%以上。

(4)深入研究，反復實踐，不斷完善適合本區(qū)壓裂試油工藝配方技術。

［1］李道品等.低滲透砂巖油田開發(fā)［M］.北京，石油工業(yè)出版社，1997.146～150.

［2］裘懌楠，陳子琪(主編).油藏描述［M］.北京，石油工業(yè)出版社，1995.191～192.

［3］陳全紅，李文厚等.鄂爾多斯盆地南部延長組濁積巖體系及油氣勘探意義地質(zhì)學報.

［4］王建民.鄂爾多斯盆地南部中生界大中型油田形成條件與勘探策略.

［5］李道品:論低滲透油藏開發(fā)的主要矛盾和改善途徑［J］.世界石油工業(yè)，1998.10(5)44－48.