致密油水平井體積壓裂攻關試驗區單井產量主控因素分析

李衛成，葉 博，張艷梅，郝炳英，張居增，馬文忠

(中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018)

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致密油水平井體積壓裂攻關試驗區單井產量主控因素分析

李衛成，葉 博，張艷梅，郝炳英，張居增，馬文忠

(中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710018)

針對長慶油田W233試驗區內北部水平井持續自噴高產、單井日產油量和井均累計產油量遠高于南部的問題，從地質、壓裂工藝兩方面開展南、北區水平井差異性分析，結果表明：大厚度、優質烴源巖是北區持續高產的資源基礎，高溶解氣油比是水平井自噴的關鍵因素；高排量、大入地液量增大了儲層改造體積，是持續高產的首要條件，大量支撐劑進入縫網系統是高產的必要條件；“大排量、大砂量、大入地液量”體積壓裂理念在試驗區得到成功運用。

長慶油田；水平井體積壓裂；W233井區；單井產量

1 試驗區概況

隨著常規油氣勘探效果變差，占資源總量80%以上的非常規能源逐漸引起關注[1-2]。致密油是一種非常規石油資源，有效地勘探開發致密油資源對于國家的能源安全具有非常重要的意義[3]。長7油層組是鄂爾多斯最主要的致密油發育層系,在常規壓裂改造技術條件下，該層工業油流井平均單井試油產量5.8 t/d，試采產量僅 0.6～0.9 t/d，面臨動液面下降快、產量遞減快的困境[4]。為了有效提高長7油層組單井產量，深入評估國外成熟的水平井體積壓裂儲層改造方式在長7油層組的適用性，2011年至2012年，中國石油在長慶油田W233井區開展了致密油水平井體積壓裂改造攻關試驗。試驗區內10 口井水平段均為1 500 m，試油日產量平均為 119 t，試采初期日產量均在10 t以上，平均達 14 t，是常規方法試油高產井初期產量的7倍。隨著試采進程深入，南、北區單井產量差別日益加大，截至目前( 2016 年 3 月)，北區4口井一直保持自噴生產，平均單井日產油量為13 t，南區6口井日產油量不斷降低，目前平均單井日產油量為4.5 t。本文通過開展南、北區水平井差異性分析，希望找出北區水平井長時間持續自噴高產的主控因素，為后續致密油的規模、高效開發提供指導。

鄂爾多斯盆地是一個整體沉降、坳陷遷移的大型多旋回克拉通盆地，中生代晚三疊紀延長期為其主要沉積期。按沉積旋回將延長組地層從上到下劃分為10個油層組(長1～長10)[5]。長7期是湖盆最大的擴張期，湖水深、水域廣，分為3個次一級沉積期。長73期湖盆面積最大，濁積砂體不發育，發育一套有機質豐度高、這套烴源巖類型佳的優質烴源巖層[6]，生烴膨脹作用十分顯著,產生強大的超壓,是石油初次運移的最主要動力[7]。長72、長71期濁積砂體分布面積廣，厚度大[8],在強大超壓作用下，烴類對鄰近油源的砂體呈面狀充注，致使長7砂體含油普遍，資源基礎雄厚,具備展開攻關試驗的價值。W233試驗區位于盆地西南部，目的層長72層緊鄰長73烴源巖層，區內平均油層厚度11.2 m，孔隙度10.1%，滲透率0.16×10-3μm2，屬于致密油范疇[9、10]。

2 單井產量主控因素分析

王永卓等[11-14]研究認為，同一區塊單井試油及開發產量主要受油層厚度、滲透率、加砂量、砂比、生產壓差以及原油黏度和供油半徑的影響，歸納起來就是地質、壓裂工藝及開發技術政策三個方面。試驗區試采階段基本采取準自然能量開發, 南區6口井從開始就下泵投產,后期開發參數沒有大的調整,北區4口井沒有試油抽汲過程,直接放噴排液、求產，試采開始至今油嘴大小都沒有調整過，總體來說，試采產量跟開發技術政策關系不大，主要與前兩者有關。南、北區水平井區塊相距約13 km，區域地質特征基本相同，都采用同樣的體積壓裂方式，主要在烴源巖、地層流體特征及壓裂工藝參數方面有較大差別。

2.1 烴源巖

烴源巖是成藏的物質基礎，優質烴源巖是特低滲致密儲層富集的主控因素[15]。鄂爾多斯盆地長 7 烴源巖可劃分為黑色頁巖和暗色泥巖兩種類型。黑色頁巖有機質紋層發育，有機質類型為Ⅱ1型和Ⅰ型，TOC 平均值為 13.81%；暗色泥巖有機質類型為Ⅱ1型和Ⅱ2型，TOC 平均值為 3.75%[16]。黑色頁巖就是優質烴源巖，有更好的生油能力。統計表明北區烴源巖厚度平均為24.5 m，南區平均為18.6 m，尤其是北區的黑色頁巖厚度達23.6 m，南區只有11.4 m，北區生烴優勢明顯。在微裂隙排烴模式下，排烴不存在厚度上的限制[17]。相同的區域排烴條件下,北區烴源巖有機質豐度高，生烴量大，生烴增壓作用強烈，幕式排烴模式下，排烴周期更短，相同時間內充注進入與其接觸的砂巖孔隙中的總烴量也越多,這是北區持續高產的資源基礎。

2.2 地層流體特征

高壓物性數據顯示北區溶解氣油比高于南區，而密度低于南區(表1)。地層原油中溶解氣油比越高，密度越低，則黏度越小，流體流動阻力越小[18]。同樣的路徑條件下，北區石油從遠處流向井底更容易，一定時段內流經縫網系統，聚集到井筒中的石油更多。地層原油密度越低，同樣深度井筒中的石油對井底產生的壓力越小，相同的井底壓力下，北區的油井更容易持續自噴。

2.3 壓裂工藝

表1 試驗區高壓物性分析數據

所謂體積壓裂是指在水力壓裂過程中，通過特殊的工藝措施使天然裂縫擴張，脆性巖石產生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫交織的裂縫網絡，從而達到增加儲層改造體積，提高產量和采收率的目的[19]。體積壓裂在北美致密油開發中經過了實踐的檢驗[20]，充分證實了其對于類似致密儲層的良好改造作用。在前期長7直井致密油活性水體積壓裂試驗獲得成功的基礎上，W233井區水平井全部采取與之相同的壓裂方式進行儲層改造，但具體壓裂參數不同(表2)。相關性研究表明，排量、砂量、砂比、入地液量、存地液量與試采產油量有密切關系。

2.3.1 排量

體積壓裂需要較大的排量，較高的凈壓力，開啟天然裂縫，形成縫網系統[21]。結合鄂爾多斯盆地致密儲層天然裂縫發育特征及地應力特征，王曉東等[22]研究認為采取6.0 m3/min排量基本能夠滿足天然裂縫開啟所需的凈壓力，但為了產生更多的橫向分支縫，需進一步提高排量，增加縫內凈壓力，且隨著排量提高，帶寬明顯增大。南區6口水平井壓裂施工排量為6.0～6.3 m3/min，北區4口水平井排量為7.5～15.0 m3/min。井下微地震監測結果顯示，南區平均單段帶寬76 m，北區平均單段帶寬達116 m。北區的大排量壓裂增加了縫網帶寬，必然增大儲層總改造體積，是持續高產的首要因素之一。

表2 試驗區水平井壓裂數據

2.3.2 砂量

為了使地層中造成的裂縫在停泵后不至于閉合，要在縫內填上支撐劑，試驗區用的支撐劑是石英砂。一般加砂量越大,壓裂效果越好[23]。大砂量是致密油體積壓裂改造顯著特點之一。全區10口井平均加砂量為868.3 m3,北區4口井加砂量都超過1 000 m3，有2口井已接近1 500 m3；南區6口井中只有S10井加砂量超過1 000 m3,其它井的加砂量還不及北區的一半。統計結果顯示，加砂量與產油量具有正相關關系，時間越長，相關性越好(圖1)，大量支撐劑進入縫網系統，有效防止縫網閉合，保持更好的導流能力是北區高產的必要條件。

圖1 砂量與試采1年時的單井產量關系

2.3.3 砂比

活性水黏度低、濾失大，導致其攜砂能力差。用活性水作為壓裂液進行施工時砂比的選擇具有一定的局限性, 一般低于15%[24]。壓裂縫參數相近的情況下，縫內支撐劑濃度愈高,裂縫閉合后導流能力愈大[25]。南、北區水平井壓裂施工砂比差別較大，南區6口水平井砂比為8.5%～10.6%，北區4口水平井砂比為13.7%～14.3%，明顯高于南區井。砂比與試采各時段日產油量相關性分析表明，砂比與產油量具有一定的正相關關系。北區高砂比充填保證了壓后形成的縫網系統依然具有高滲流能力，是持續高產的必要條件。

2.3.4入地液量

國內外試驗發現，累計注入液量是影響改造體積重要因素，主裂縫帶長與注入液量成正比例關系[26]。北區4口井的入地液量都超過了10×104m3，其中的S7井入地液量接近1.4×104m3。南區除了S10入地液量超過了1.6×104m3，其它井幾乎是北區的一半(表2)。井下微地震監測結果顯示南區平均半縫長為219 m，北區平均半縫長360 m。進一步證實了北區水平井的高入地液量增加了主裂縫帶長，提高了改造體積，是高產的另一關鍵因素。南區的S10井是試驗區入地液量最高的井，初期產量高于其它井，也在一定程度上反映了入地液量對于水平井日產油量的控制作用。入地液量與試采初期、試采一年后日產油量的良好正相關關系也充分證明了這一點(圖2、圖3)。

圖2 入地液量與水平井初期日產量關系

圖3 入地液量與水平井一年后日產量關系

3 結論與認識

(1)烴源巖是北區持續高產的資源基礎。高溶解氣油比使北區原油密度降低，黏度變小，流動更容易，是北區水平井自噴生產的關鍵因素。

(2)北區的高排量、大入地液量增加了壓裂形成的縫網帶寬和縫長，增大了儲層總改造體積，是持續高產的首要因素。有限的高砂比之下，充填大量的支撐劑于壓后的縫網系統中，使之保持良好的導流能力,是北區持續高產的必要條件。

(3)北區水平井的持續高產為國內致密油的規模開發起到技術引領作用，“大排量、大砂量、大入地液量”的體積壓裂理念是提高類似致密油藏單井產量的關鍵。

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編輯：王金旗

1673-8217(2016)06-0111-04

2016-08-01

李衛成，工程師，碩士，1971年生，2005年畢業于中國石油大學(華東)礦業普查與勘探專業，現主要從事儲層綜合研究方面工作。

國家重大基金項目“中國非常規油氣儲層分類與典型地質模型建立”(41390451)。

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