奈曼低壓低滲油藏壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化與應(yīng)用

荊琪

摘 要：遼興油氣開發(fā)公司奈曼油田，儲(chǔ)層滲透率低，油井自然產(chǎn)能低，其中奈曼油田平均滲透率11.4×10-3μm2，天然能量開采平均單井日產(chǎn)油僅0.72t/d，需通過(guò)儲(chǔ)層壓裂改造來(lái)提高單井產(chǎn)量。根據(jù)奈曼油田的儲(chǔ)層特點(diǎn)和開發(fā)現(xiàn)狀，圍繞該區(qū)塊“三低”油藏特點(diǎn)，以區(qū)塊整體壓裂投產(chǎn)和提高單井產(chǎn)能為目的，針對(duì)該區(qū)塊改造難點(diǎn)，積極開展壓裂工藝技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，以優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)和壓后效果跟蹤評(píng)估為手段，形成了適于該區(qū)塊油藏特點(diǎn)的壓裂工藝技術(shù)體系，包括壓裂設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)、壓裂液配方優(yōu)化與支撐劑優(yōu)選技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)配液及質(zhì)量控制技術(shù)、提高返排率技術(shù)、壓裂井復(fù)合解堵技術(shù)。奈曼油田的壓裂改造技術(shù)體系得到了不斷的完善，工藝實(shí)施水平不斷提高，為該區(qū)塊的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，提供了有力的技術(shù)保障。多項(xiàng)技術(shù)的綜合運(yùn)用，形成了奈曼油田壓裂改造配套工藝技術(shù)。自2012至2014年在奈曼油田已成功實(shí)施77井次，為奈曼低滲透油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：奈曼油田；工藝參數(shù)；壓裂改造配套工藝技術(shù)

中圖分類號(hào)： TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）10-144-2

1 概述

奈曼油區(qū)是奈曼旗凹陷的開發(fā)試驗(yàn)區(qū)塊，奈曼旗凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)奈曼旗境內(nèi)，是開魯坳陷西南側(cè)的一個(gè)次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元。西北以烏蘭格爾—東三義凸起與張三園子—新廟凹陷相望，東以章古臺(tái)凸起與八仙筒凹陷為鄰。開發(fā)區(qū)有發(fā)育的地層，自下而上為九佛堂組、沙海組、阜新組、白堊系上統(tǒng)和新生界第三、第四系地層。開發(fā)目的層為九佛堂組，九佛堂組為含礫砂巖、礫砂巖、凝灰質(zhì)砂巖與深灰色泥巖，為區(qū)內(nèi)主要含油氣層段。九佛堂組上段為灰色、淺灰色砂礫巖，巖屑砂巖及灰色、灰綠色粉砂質(zhì)泥巖，分選差—中等，次棱—次園狀，巖屑成分為中、酸性噴出巖、淺成巖為主，泥巖以粘土礦物為主。九下段儲(chǔ)層以凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖為主。奈曼油區(qū)有效儲(chǔ)層主要有兩段：九上段和九下段。針對(duì)儲(chǔ)層低孔低滲，物性較差，井網(wǎng)布局對(duì)裂縫要求高。同時(shí)儲(chǔ)層中粘土礦物中伊蒙混層含量相對(duì)較高，儲(chǔ)層為強(qiáng)水敏。對(duì)外來(lái)流體的低傷害要求高。儲(chǔ)層壓力系數(shù)低（0.9-1.0），應(yīng)力敏感性強(qiáng)，已開發(fā)區(qū)域地層壓力下降快，能量補(bǔ)充不足。楊氏模量低，有塑性特征，易產(chǎn)生支撐劑的嵌入裂縫不易形成寬縫，同時(shí)有一定的塑性特征，施工過(guò)程造縫要克服塑性變形力，同時(shí)由于部分巖性反應(yīng)膠結(jié)程度不高，易產(chǎn)生扭曲縫，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。儲(chǔ)層跨度相對(duì)較大且多薄層分布，一般層間比41%-71%。層間物性差異大，儲(chǔ)蓋層的縱向發(fā)育巖性遮擋差，縱向上應(yīng)力差小，在3MPa左右。容易出現(xiàn)部分層得不到有效改造的情況和近井裂縫扭曲以及人工裂縫復(fù)雜的情況。既要確保產(chǎn)層的縱向壓開程度，保證縱向鋪置剖面合理，又要控制合理縫高。儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)類型為中低孔特低滲特細(xì)喉道不均勻型。主要孔喉分布區(qū)間的排驅(qū)壓力值較高，巖石孔喉連通差，孔隙分布不均勻。對(duì)壓裂液傷害表現(xiàn)的更加敏感。針對(duì)這些問(wèn)題，我們綜合研究壓裂效果配套工藝技術(shù)，以此探尋奈曼油田壓裂實(shí)施效果最優(yōu)化。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1 壓裂設(shè)計(jì)各項(xiàng)工藝參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)研究

結(jié)合奈曼油田的開發(fā)方案、儲(chǔ)層物性等，在精細(xì)地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用壓裂軟件模擬優(yōu)化水力裂縫系統(tǒng)（支撐縫長(zhǎng)和裂縫導(dǎo)流能力），然后進(jìn)行優(yōu)化各項(xiàng)壓裂施工工藝參數(shù)研究，最后通過(guò)壓裂后跟蹤分析與評(píng)估來(lái)改進(jìn)、完善壓裂工藝技術(shù)參數(shù)。為此，首先應(yīng)用壓裂設(shè)計(jì)軟件和對(duì)縫長(zhǎng)、導(dǎo)流能力、施工規(guī)模、排量、前置液比例、砂比、施工參數(shù)、加砂程序等進(jìn)行了模擬優(yōu)化。再根據(jù)壓裂施工及壓裂后效果的跟蹤分析與評(píng)估，深化對(duì)奈曼油田壓裂儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)，為壓裂施工和區(qū)塊開發(fā)提供了有力的理論指導(dǎo)。

裂縫方向：結(jié)合儲(chǔ)層物性、開發(fā)井網(wǎng)和地應(yīng)力狀況優(yōu)化施工規(guī)模和裂縫形態(tài)。奈曼油田的開發(fā)井網(wǎng)為270×90m的菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)，根據(jù)巖心測(cè)試結(jié)果表明奈1塊主應(yīng)力方位為（裂縫方位）NE68～70°，裂縫沿長(zhǎng)軸方向。

2.2 施工工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 前置液百分?jǐn)?shù)

前置液量決定了在支撐劑達(dá)到端部前可以獲得多少裂縫的穿透深度。一旦前置液耗盡，裂縫可能在寬度窄的裂縫區(qū)內(nèi)橋塞。這樣，泵注充分的前置液量是關(guān)鍵，才能造出預(yù)期的縫長(zhǎng)。另一方面，太多的前置液在某些情況下甚至可能引起更多的傷害，特別是對(duì)于要求高裂縫導(dǎo)流能力的情況。泵注停止后，裂縫繼續(xù)延伸，在裂縫的端部附近遺留下較大的未支撐區(qū)。壓后裂縫的殘余塑性流動(dòng)在裂縫中可能發(fā)生，支撐劑將攜帶至端部，并最終形成較差的支撐劑分布。因此，合理的前置液量是優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和保證施工成功的前提。前置液用量的設(shè)計(jì)目標(biāo)有兩個(gè)：一是造出足夠的逢長(zhǎng)，另一方面是造出足夠?qū)挾鹊牧芽p，保證支撐劑能夠進(jìn)入，并保證足夠的支撐寬度，滿足地層對(duì)導(dǎo)流能力的需求。目前奈曼設(shè)計(jì)考慮動(dòng)態(tài)比85%-90%，對(duì)于九上段優(yōu)化前置液比例為35%-40%，對(duì)九下段考慮凝灰質(zhì)儲(chǔ)層特點(diǎn)，優(yōu)化前置液比例為40%-45%。

2.2.2 排量?jī)?yōu)化

排量的優(yōu)化既滿足施工要求，又可很好地控制裂縫高度，對(duì)壓裂設(shè)計(jì)至關(guān)重要。如排量過(guò)小，在同樣的儲(chǔ)層條件下雖然縫高控制有利但濾失將較大，使造縫效率低下，容易誘發(fā)早期砂堵。反之，如排量過(guò)大，雖然能保證施工順利，但縫高可能失控，造成有效支撐率低。因此，通過(guò)排量的優(yōu)化，可在獲得優(yōu)化縫長(zhǎng)的前提下，最大限度地控制縫高的過(guò)度延伸。奈曼區(qū)塊縱向應(yīng)力差較小，應(yīng)力差在3MPa左右，應(yīng)力遮擋條件較差，對(duì)裂縫高度的控制較難。在排量?jī)?yōu)化方面，既要考慮縱向上應(yīng)力條件對(duì)縫高的控制問(wèn)題，又要結(jié)合射孔方案、儲(chǔ)層和夾層發(fā)育情況，保證處理層段的壓開程度。

2.2.3 平均砂液比的優(yōu)化

砂液比的優(yōu)化主要受地層滲透率（濾失系數(shù)）的影響，下面以20m厚度儲(chǔ)層條件為例，分別優(yōu)化對(duì)比了平均砂液比為16%、18%、20%、22%、25%、28%和30%七種情況，研究表明，裂縫平均導(dǎo)流能力隨砂比的增加而增加，在實(shí)際施工中，允許的情況下盡可能提高砂比，尤其是施工后期，一方面保證支撐剖面合理，另一方面保證裂縫的有效期。需要說(shuō)明的是，這里用的是支撐劑的氣測(cè)導(dǎo)流并考慮傷害率50%得到的計(jì)算結(jié)果。目前奈曼區(qū)塊設(shè)計(jì)砂比和導(dǎo)流能力設(shè)計(jì)，考慮儲(chǔ)層滲透率差異性和油品產(chǎn)出對(duì)裂縫的導(dǎo)流需求。九上段優(yōu)化砂比28%-30%，九下段優(yōu)化砂比22%-26%。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

①針對(duì)奈曼油田油藏特征，在精細(xì)地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層特點(diǎn)，隔層地應(yīng)力剖面分析，利用壓裂軟件優(yōu)化施工參數(shù)、控制裂縫的幾何尺寸，采用單層Y511、雙級(jí)K344或三級(jí)以上封隔器的多級(jí)組合、實(shí)現(xiàn)“一井一策，一層一法”的壓裂方式。

②圍繞提高壓后返排率，開展了分段破膠技術(shù)、生物酶破膠技術(shù)、氮?dú)庵偶夹g(shù)、放噴制度優(yōu)化四方面研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用措施效果顯著。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用效果

自2012至2014年，我們已在奈曼油田成功實(shí)施壓裂改造77井次，其中單層壓裂40井次，雙層壓裂25井次，三層壓裂3井次，生物酶破膠3井次，液氮助排3井次，復(fù)合解堵3井次，現(xiàn)場(chǎng)施工成功率達(dá)到100%，累計(jì)共產(chǎn)油82044.48噸，實(shí)現(xiàn)增油60089.48噸。通過(guò)壓裂設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)、壓裂液配方優(yōu)化與支撐劑優(yōu)選技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)配液及質(zhì)量控制技術(shù)、不動(dòng)管柱分層壓裂技術(shù)、提高返排率技術(shù)、壓裂井復(fù)合解堵技術(shù)配套應(yīng)用，提高了儲(chǔ)層的改造效果，實(shí)現(xiàn)三低油藏的高效開發(fā)，為奈曼油田穩(wěn)產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。

5 結(jié)論和建議

①通過(guò)壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了壓裂裂縫與注采井網(wǎng)的優(yōu)化匹配，為奈曼油田的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)提供了有力的技術(shù)保障。

②壓裂液體系優(yōu)化及支撐劑的優(yōu)選，為提高壓裂措施效果，奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

③現(xiàn)場(chǎng)配液及質(zhì)量控制技術(shù)的完善，確保奈曼油田壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)配液質(zhì)量符合壓裂方案要求，促進(jìn)了施工質(zhì)量和改造效果的持續(xù)完善與提高。

④2012至2014年，通過(guò)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)、壓裂液配方優(yōu)化與支撐劑優(yōu)選技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)配液及質(zhì)量控制技術(shù)、提高返排率技術(shù)等配套應(yīng)用，累計(jì)增油60089.48噸，實(shí)現(xiàn)奈曼油田高效開發(fā)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李根生，沈忠厚.高壓水射流理論及其在石油工程中應(yīng)用研究進(jìn)展[J].石油勘探與開發(fā)，2005，32（1）：96-99.