低滲透油田水平井重復(fù)壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用

蘇良銀，龐 鵬，白曉虎，黃 婷，段鵬輝

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018）

近幾年來(lái)，水平井開(kāi)發(fā)成為動(dòng)用低滲透油田地質(zhì)儲(chǔ)量和提高單井產(chǎn)量的主要方式，儲(chǔ)層改造技術(shù)也取得了顯著進(jìn)步[1-4]。以鄂爾多斯盆地為代表的（特）低滲透和致密儲(chǔ)層從20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始進(jìn)行水平井開(kāi)發(fā)探索，通過(guò)不斷開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)和試驗(yàn)，尤其是近10 年來(lái)隨著儲(chǔ)層改造等技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，水平井開(kāi)發(fā)日趨成熟。近5 年來(lái)，水平井?dāng)?shù)量急劇增加，總生產(chǎn)井?dāng)?shù)接近2 000 口，初期平均單井產(chǎn)能6 t/d～10 t/d，是直井產(chǎn)能的3～4 倍，效果顯著。但是，隨著生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，油井開(kāi)發(fā)效果逐漸變差，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）低滲透、超低滲透和致密儲(chǔ)層不僅滲透性差，還同時(shí)伴隨儲(chǔ)層壓力低的特點(diǎn)（平均地層壓力系數(shù)0.7～0.8），需要補(bǔ)充能量開(kāi)發(fā)。但是，超前注水后初期單井產(chǎn)能高，但遞減快，部分井投產(chǎn)1 年遞減達(dá)到30 %～40 %。

（2）低滲透儲(chǔ)層天然微裂縫較為發(fā)育，注入水易沿著天然微裂縫竄入人工裂縫造成油井過(guò)早見(jiàn)水，含水≥60 %的井占比近40 %，低產(chǎn)高含水井比例高，堵水治理難度大。

（3）受初期工藝技術(shù)不成熟使儲(chǔ)層改造不徹底和非均質(zhì)性強(qiáng)致油井不見(jiàn)效等因素影響，低產(chǎn)低含水井比例占比近1/3，油井產(chǎn)能未能得到有效釋放，急需進(jìn)行重復(fù)改造提高單井產(chǎn)能，進(jìn)一步提升開(kāi)發(fā)效益。

1 重復(fù)壓裂選井原則

低滲透油田水平井通常需要通過(guò)水力壓裂來(lái)獲得工業(yè)油流，完井方式大多采用套管固井分段改造工藝。鑒于水平井大規(guī)模開(kāi)發(fā)主要集中在近3～5 年，原有裂縫導(dǎo)流能力損失較小，但儲(chǔ)層分段改造工藝技術(shù)卻取得了重大進(jìn)步，尤其體現(xiàn)在近年來(lái)以混合水壓裂為代表的體積壓裂技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用[5-7]。為獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，確保措施后單井產(chǎn)能提高明顯，針對(duì)低產(chǎn)低含水水平井，重復(fù)壓裂選井需要遵循以下基本原則。

（1）選井前應(yīng)結(jié)合初期分段改造工藝，盡可能選擇受初期分段封隔工具較差或改造不徹底的井為潛力待選井。

（2）水平井水平段較長(zhǎng)，完井時(shí)固井難度大，要求重復(fù)改造前進(jìn)行固井質(zhì)量檢測(cè)，確保套管未變形及固井質(zhì)量良好，防止重復(fù)改造時(shí)發(fā)生管外竄等意外風(fēng)險(xiǎn)。

（3）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)，水平井壓力保持水平較低，地層吐砂、井筒結(jié)垢結(jié)蠟等問(wèn)題突出，甚至還殘留部分初期改造時(shí)遺留下的封隔器膠皮等雜物，因此為保證重復(fù)壓裂時(shí)不發(fā)生卡鉆等井下復(fù)雜狀況，要求重復(fù)改造前保持水平井井筒暢通。

（4）水平井重復(fù)壓裂選井應(yīng)盡可能選擇采出程度較低和壓力保持水平較高的井，確保一定可采儲(chǔ)量和能量保持水平。

（5）受初期射孔方式不同和儲(chǔ)層非均質(zhì)性等影響，水平井各段射孔有效性及產(chǎn)量貢獻(xiàn)率等在重復(fù)改造前應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步明確，比如采用分段測(cè)試工藝等手段，進(jìn)一步提高重復(fù)壓裂措施的針對(duì)性和有效性。

2 重復(fù)壓裂效果影響因素

重復(fù)壓裂效果的影響因素很多，針對(duì)水平井而言，需要結(jié)合油田的實(shí)際情況和儲(chǔ)層改造技術(shù)進(jìn)行具體確定。考慮油田前期改造效果和改造手段，結(jié)合水平井自身特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)專家總結(jié)，將影響某油田水平井重復(fù)壓裂效果因素歸結(jié)為地層因素、工程因素、開(kāi)發(fā)因素和巖石力學(xué)因素4 大類共28 個(gè)指標(biāo)。

地層因素：代表儲(chǔ)層物質(zhì)基礎(chǔ)，一定程度上反映了儲(chǔ)層向人工裂縫的供油能力。含6 個(gè)指標(biāo)，主要包括儲(chǔ)層厚度、儲(chǔ)層孔隙度、儲(chǔ)層滲透率、初始含油飽和度、流體黏度和電阻率。

工程因素：初次改造程度高低的直接表現(xiàn)，含9 個(gè)指標(biāo)，主要包括水平段長(zhǎng)、改造段數(shù)、布縫密度，砂量、排量、砂比、入地液量、試油產(chǎn)油量和產(chǎn)液量。

開(kāi)發(fā)因素：代表措施前采出程度和能量保持狀況，含7 個(gè)指標(biāo)，主要包括投產(chǎn)初期日產(chǎn)油及含水、措施前日產(chǎn)油及含水、地層壓力、累計(jì)產(chǎn)油和剩余可采儲(chǔ)量等。

巖石力學(xué)因素：是重復(fù)壓裂后復(fù)雜裂縫形成的重要指標(biāo)，是儲(chǔ)層能否徹底改造的核心因素。含6 個(gè)指標(biāo)，主要包括巖石脆性、兩向應(yīng)力差、天然裂縫密度、儲(chǔ)隔層應(yīng)力差、楊氏模量和泊松比，通常單井不容易獲得，可以以鄰井或區(qū)塊平均代替。

3 重復(fù)壓裂選井方法

選出最優(yōu)的候選潛力井是取得重復(fù)壓裂成功的關(guān)鍵。現(xiàn)場(chǎng)通常采用經(jīng)驗(yàn)判斷來(lái)選井不科學(xué)，主觀性意識(shí)較多，措施有效率較低。應(yīng)用模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)理論來(lái)選井是礦場(chǎng)普遍采用的一種方法[8，9]，其科學(xué)性和有效性較高，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也比較方便。對(duì)于注水開(kāi)發(fā)的油藏來(lái)說(shuō)，指標(biāo)與效果并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，而是一種非線性關(guān)系。例如，壓力保持水平，當(dāng)值較小時(shí)，重復(fù)壓裂后隨著該值的增加其增油量較好；但當(dāng)該值較大時(shí)，若值越大，見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)也越大，因此存在一個(gè)最佳的值。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)效果統(tǒng)計(jì)和前人研究成果[10]，采用正態(tài)分布含數(shù)來(lái)作為非線性隸屬函數(shù)較為貼近實(shí)際情況。

每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行梳理統(tǒng)計(jì)劃分為4 個(gè)等級(jí)區(qū)間：最優(yōu)選擇、次優(yōu)選擇、不宜選擇和不能選擇，當(dāng)xij=μij時(shí)，隸屬度為最大值1，因此μij為某等級(jí)的數(shù)學(xué)期望，為某評(píng)語(yǔ)等級(jí)區(qū)間的上下界的算術(shù)平均值。

同時(shí)，前一評(píng)語(yǔ)等級(jí)的下限又是后一評(píng)語(yǔ)等級(jí)的上限，因此取過(guò)度點(diǎn)隸屬度為0.5，則：

鑒于各影響因素之間關(guān)系比較復(fù)雜，其重要性無(wú)法進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)量化，本文采用比較常用的層次分析法來(lái)進(jìn)行確定。先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際由兩兩因素進(jìn)行對(duì)比得到判斷對(duì)比矩陣：A=［aij］n×n。為了使判斷矩陣具有一致性，建立等價(jià)矩陣=10tij，其中tij計(jì)算公式為：

最后根據(jù)該矩陣的特征值求取權(quán)重向量W=（w1，w2，……，wn），式中：

因此，按照比較因素間的相對(duì)程度，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比打分（1、3、5 分別表示一個(gè)因素與另一個(gè)因素相比屬同等重要、明顯重要、極端重要），第一級(jí)評(píng)判對(duì)比矩陣為：

根據(jù)第（4）式和第（6）式便可計(jì)算出一級(jí)權(quán)重為：0.281 8，0.281 8，0.248，0.188 4。同理，便可計(jì)算出模型28 個(gè) 指 標(biāo) 的 權(quán) 重 為W=［0.014，0.012，0.014，0.014，0.012，0.012，0.01，0.01，0.008，0.008，0.009，0.008，0.009，0.008，0.008，0.008，0.008，0.008，0.008，0.01，0.008，0.01，0.006，0.006，0.006，0.005，0.005，0.005］。

4 重復(fù)壓裂工藝技術(shù)

低滲透油田水平井投產(chǎn)初期通常進(jìn)行過(guò)分段改造，重復(fù)壓裂工藝應(yīng)以優(yōu)選雙封單卡工藝為主[10]，這樣既能保證有效的進(jìn)行段間封隔，也可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)重復(fù)壓裂。核心工具封隔器根據(jù)措施工藝進(jìn)行優(yōu)選，常規(guī)分段壓裂可選用K344 型擴(kuò)張式封隔器，壓裂后需要關(guān)井實(shí)現(xiàn)地層油水置換可選Y211 壓縮式封隔器。

重復(fù)改造技術(shù)可以采用常規(guī)壓裂，也可以應(yīng)用大排量混合壓裂，優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)注采井網(wǎng)和水線分布具體確定。主體遵循實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層改造體積最優(yōu)化和剩余油動(dòng)用最大化為原則，在初期改造段數(shù)少的地方，可以加密補(bǔ)孔布縫，最后進(jìn)行改造參數(shù)優(yōu)化。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

鄂爾多斯盆地某油田某層油藏屬于超低滲透油藏，該區(qū)塊油藏平均砂層厚度20.0 m，空氣滲透率＜0.5 mD，孔隙度11.7 %。儲(chǔ)層縱向上、平面上分布相對(duì)穩(wěn)定，層內(nèi)夾層較少。該區(qū)水平井100 余口，目前平均單井日產(chǎn)油3.4 t，綜合含水達(dá)到40 %，其中低產(chǎn)水平井（≤2 t/d）占總水平井?dāng)?shù)的近30 %。雖然采用注水補(bǔ)充能量進(jìn)行開(kāi)發(fā)，但注水后水平井見(jiàn)效比例僅20 %，低產(chǎn)水平井中，低產(chǎn)低液井占比34 %。

2014 年針對(duì)該區(qū)因初期改造程度較低的3 口水平井，開(kāi)展重復(fù)壓裂提高單井產(chǎn)量，其部分基本參數(shù)和各因素等級(jí)區(qū)間劃分（見(jiàn)表1 和表2）。根據(jù)（1）式便可計(jì)算出3 口井隸屬矩陣，結(jié)合權(quán)重向量進(jìn)行綜合評(píng)判，得出其評(píng)判結(jié)果（見(jiàn)表3）。從概率分布看，評(píng)判結(jié)果基本在最優(yōu)選擇和次優(yōu)選擇兩個(gè)區(qū)間，表明3 口井均可進(jìn)行重復(fù)壓裂。

表1 重復(fù)壓裂水平井基本參數(shù)表（部分）

表2 水平井重復(fù)壓裂影響因素等級(jí)劃分（部分）

表3 某區(qū)水平井選井評(píng)判結(jié)果在各區(qū)間的分布

該區(qū)3 口井于2014 年下半年實(shí)施水平井雙封單卡進(jìn)行重復(fù)改造，平均改造5 段，平均加砂201 m3，施工排量5.0 m3/min～6.0 m3/min，初期日增油3.6 t，目前日增油2.33 t，改造效果較好（見(jiàn)表4）。從措施有效期和單段日增油量上看，3 口井與綜合評(píng)判結(jié)果一致。

6 結(jié)論

（1）低產(chǎn)水平井較多，針對(duì)初期改造不徹底的低產(chǎn)井，重復(fù)壓裂可以有效提高單井產(chǎn)量，充分發(fā)揮油井潛力，對(duì)推廣水平井低產(chǎn)井治理具有重要意義。

（2）低滲透油藏非均質(zhì)性較強(qiáng)，水平井水平段較長(zhǎng)，重復(fù)壓裂選井選段是關(guān)系措施效果好壞的關(guān)鍵，采用模糊綜合評(píng)判和層次分析理論可以提高措施潛力井優(yōu)選的科學(xué)性和有效性。

表4 某區(qū)水平井實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)表

（3）水平井開(kāi)采后井筒狀況復(fù)雜，為提高雙封單卡壓裂鉆具的一次性成功率和施工效率，除要求保證較高的井筒質(zhì)量外，更需要配套性能較好的壓裂工具。

（4）針對(duì)低滲透油田而言，造成水平井低產(chǎn)的因素較多，但因滲透性差造成油井不見(jiàn)效和遞減快是主要原因，因此重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)時(shí)需著重考慮擴(kuò)大儲(chǔ)層改造體積和恢復(fù)地層能量，以便促進(jìn)油井受效，在提高單井產(chǎn)量的同時(shí)，延長(zhǎng)有效期。

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