區塊整體壓裂改造技術先導性試驗

劉 寧 寧曉穎 郝桂憲 付大其 張潤澤

中國石油大港油田石油工程研究院，天津 300280

0 前言

濱深8區塊含有儲集層為沙二段 （濱Ⅲ+濱Ⅳ），該層位為干旱氣候條件下的沉積，蒸發量大，因此地層水礦化度高，灰色、深灰色泥巖與厚度較薄的砂巖互層。針對濱深8區塊儲層特征，從工藝、液體體系等方面進行了有針對性的優化，應用壓裂軟件開展了裂縫穿透比、導流能力、巖石力學及地應力測試分析，同時采用微地震裂縫方位監測技術，為多層裂縫幾何尺寸的數值模擬、壓裂裂縫參數和工藝參數的優化、注采井網的匹配關系提供科學準確的依據，形成了成功的低滲透油藏整體壓裂模式。采用常規井一趟管柱封隔器分層壓裂、水平井套管固井滑套分段壓裂工藝技術，應用防水鎖低傷害壓裂液體系，取得了較好的改造效果，提高了壓裂目的層改造有效率。

1 濱深8區塊儲層特征

1.1 巖性特征

區域研究表明，在歧口凹陷沉積體系中，沉積物來自于西部的滄縣隆起和南部的埕寧隆起兩大盆外物源區（遠端物源），而歧北斜坡主要物源是孔店凸起和港西凸起兩個盆內物源區（近端物源），受不同物源及沉積古背景影響，形成多種類型的沉積砂體，有河道砂、灘壩沙和濁積砂體等類型，歧北斜坡沙二、三段主要是河道砂和灘壩沙。濱深8區塊含有儲集層為沙二段（濱Ⅲ+濱Ⅳ），該層位為干旱氣候條件下的沉積，蒸發量大，導致地層水礦化度高，灰色、深灰色泥巖與厚度較薄的砂巖互層。

1.2 物性特征

根據該區巖心物性資料分析統計，各主要含油層組物性為：濱Ⅲ孔隙度范圍為5.9%～18.6%，平均孔隙度為10.03%，滲透率范圍為0.18～34.1mD，平均滲透率為8.69mD；濱Ⅳ孔隙度范圍為2.7%～16.5%，平均孔隙度為11.4%，滲透率范圍為0.06～0.72mD，平均滲透率為0.26mD。可見該區含油儲集層屬低孔、低滲、特低滲型。

1.3 儲層敏感性

借鑒鄰井濱深6井水敏實驗可知，水敏指數0.913 6，說明地層存在極強水敏，水敏曲線見圖1。

1.4 流體性質

1.4.1 地面原油性質

統計分析濱深8區塊新井的試油、試采資料，沙二油組的平均原油密度0.8 522 g/cm3（20℃），原油黏度10.9mPa·s（50℃），凝固點 27℃，含蠟 13.6%，膠質瀝青17.3%。

圖1 濱深6井22號巖心水敏曲線

1.4.2 地層水性質

濱深8區塊井沙三油組化驗地層水為NaHCO3水型，礦化度為17 712mg/L。沙二油組試油資料中沒有水分析資料，借用鄰塊周G1斷塊房2井水分析資料，地層水為 NaHCO3，總礦化度為 10 573mg/L，Cl-為4 254mg/L。

1.5 溫度、壓力系統

根據濱深8區塊測試資料可知，沙二油組溫度113～140℃，壓力系數1.30～1.32，目的層地層壓力偏高。

1.6 試油情況

從濱深8區塊5口常規井試油情況可以看出，油井基本無自然產能，其中最高試油產量為測液面求產出油0.45m3，說明該區塊地層與井筒沒有形成良好的油流通道，近井地帶受污染，需經壓裂改造才能投產。

2 整體壓裂方案優化

整體壓裂技術是低滲透油藏開發的重要技術手段［1］，它以整個油藏為研究對象，將采油工程的水力壓裂技術與油藏工程的數值模擬技術相結合，通過油藏整體壓裂數值模擬，預測整體壓裂開發的生產指標，確定最佳的裂縫穿透比和裂縫導流能力，為單井壓裂優化設計提供依據［2］。

2.1 壓裂裂縫參數優化

濱深8區塊儲層滲透率較低，油井自然產能低，需要壓裂才能投產，生產后產量遞減很快。為提高單井產能，減緩油井產量的自然遞減速率，采用壓裂注水開發是切實有效的方法［3］。為此，采用整體壓裂優化設計軟件，進行了整體壓裂方案的優化設計。在對單井產能歷史擬合調整并確認油藏的基本物性參數的基礎上，以整體壓裂注水開發的采收率為主要目標，確定濱深8區塊在壓裂裂縫方位有利時，裂縫穿透比控制在0.45左右；當壓裂裂縫方位不利時，裂縫穿透比控制在0.25～0.3之間。

2.2 支撐縫長優化

依據濱深8區塊地質方案最大主應力對應關系，應力方向為北偏東70°，為了形成較好的注采井網系統，根據裂縫是否處于有利方位，對支撐縫長進行了模擬優化，其中5口常規井裂縫均處于有利方位，優化其支撐縫長為85～120m；水平井共5條裂縫，3條裂縫處于有利方位，支撐縫長為110～120m，2條裂縫處于不利方位，支撐縫長為80m。

3 壓裂工藝優化

3.1 壓裂工藝及配套管柱優化

根據濱深8區塊常規井井段長（最長井段84m）、層多 （最大層數12層）、非均質性強等特點，通過XMAC測井數據，應用全三維壓裂軟件開展巖石力學和地應力測試分析，為多層裂縫幾何尺寸的數值模擬提供依據，優選出適合于濱深8區塊的多層壓裂工藝及配套管柱。其中常規井采用Y341封隔器分層壓裂工藝技術，依據具體井況分壓2～3段，使壓裂目的層改造的針對性更強，提高儲層動用程度。濱16-86H水平井優選了套管固井+滑套分段壓裂工藝技術［4］，對水平段分5段進行壓裂改造。

3.2 壓裂液體系的優化

針對濱深8區塊儲層井深、低孔、特低滲、溫度高、敏感性強等特點，通過鉆井取心，室內進行了壓裂液配伍性等相關實驗，優選出與該區塊儲層配伍性較好的低傷害壓裂液體系［5］。

3.2.1 壓裂液損害實驗

針對儲層敏感性強、入井液體易對地層造成傷害等問題，室內進行了壓裂液損害實驗，實驗結果見表1。從表1可看出，壓裂液對巖心損害率為21.8%，低于行業標準，說明優選出的壓裂液具備低傷害的特點。

表1 壓裂液損害實驗評價結果

3.2.2 壓裂液黏溫性能實驗

針對壓裂目的層井深、溫度高等特點，室內進行了壓裂液黏溫性能實驗，實驗結果見圖2。從圖2可看出，優選的壓裂液體系，在140℃實驗溫度下，經過170 s-1、120min剪切，壓裂液黏度≥100mPa·s，說明該體系具備耐溫、耐剪切的特點。

圖2 140℃壓裂液黏溫曲線

3.2.3 破膠水化液性能實驗

針對儲層低孔、低滲、特低滲、易產生水鎖傷害等特點，室內進行了壓裂液破膠實驗，壓裂液破膠徹底，破膠液黏度僅為1.85mPa·s，表面張力低，表明優選出的壓裂液體系具有低殘渣、易返排的特點［6］。

3.2.4 防膨性能實驗

儲層黏土含量較高，黏土易發生膨脹并堵塞流體流動通道，降低通道導流能力。針對該問題，室內通過巖屑防膨實驗，優選出最佳復合防膨配比1.5%防膨劑+1%KCl，防膨率達到91.47%。

3.2.5 壓裂液濾失性能實驗

對優選的壓裂液體系進行了室內濾失實驗，結果見表2。從表2可看出，該壓裂液體系濾失系數小，滿足高溫深井壓裂改造的需要。

表2 壓裂液靜態濾失系數實驗結果

3.3 巖石力學參數計算及工藝參數優化

依據濱深8區塊儲層物性特征和測井數據，對巖石力學參數和壓裂工藝參數進行了針對性的優化設計，進一步提高了設計參數的科學性。

依據壓裂目的層XMAC測井數據，采用全三維壓裂設計軟件，計算出壓裂目的層巖石力學參數，油層楊氏模量為2.3×104MPa，應力63MPa；隔層楊氏模量為2.6×104MPa，應力69MPa，為壓裂工藝設計提供可靠依據。計算結果見圖3。

4 現場實施情況

圖3 巖石力學參數計算結果

在濱深8區塊共壓裂6口井，其中4口直井、1口大斜度井、1口水平井，平均單井加砂量76.55m3，最大單井加砂量達到128.8m3，水平井實現了5段壓裂，加砂量達到123.8m3，施工成功率100%。目前6口井仍是3mm油嘴自噴，累計日產液134 m3，日產油34.1 t，日產氣6839m3。截止目前，累計產油1370.8 t，累計產氣122 945m3，均取得了良好的改造效果，達到了區塊整體投入開發的目的。

5 結論

針對濱深8區塊儲層特征及改造難點，從工藝、液體體系等方面進行了有針對性的優化，通過現場應用，取得了較好的改造效果，得到以下結論：

a）應用防水鎖低傷害壓裂液體系，降低了壓裂液對地層的傷害，滿足了濱深8區塊油層的改造需要。

b）借鑒XMAC測井數據，確定了開發試驗區塊的儲層特征及應力方向，應用壓裂軟件開展了裂縫穿透比、導流能力、巖石力學及地應力測試分析，同時采用微地震裂縫方位監測技術，為多層裂縫幾何尺寸的數值模擬、壓裂裂縫參數和工藝參數的優化、注采井網的匹配關系提供科學準確的依據，形成了成功的低滲透油藏整體壓裂模式。

c）采用常規井一趟管柱封隔器分層壓裂、水平井套管固井滑套分段壓裂工藝技術，提高了對壓裂目的層改造的有效率。

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