河南油田泌304區(qū)砂礫巖油藏多層壓裂工藝技術(shù)

孫彬峰

（中國(guó)石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽(yáng) 473132）

泌陽(yáng)凹陷泌304區(qū)位于凹陷南部邊緣，巖性主要以砂礫巖為主，該區(qū)油層埋藏淺（小于1 400 m），油層溫度低（41～56 ℃），儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，平均滲透率22.7×10-3μm2，平均孔隙度13.7%，屬低孔、低滲油藏[1]。平面上，沉積相分為扇根、扇中、扇端三個(gè)區(qū)域，其中扇中西部物性條件最好，扇根次之，扇中東部物性最差?？v向上，泌304井區(qū)含油小層多，從上至下總共有33個(gè)含油砂體。從該區(qū)試油試采情況看，自然產(chǎn)能偏低，日產(chǎn)油僅有3 t，達(dá)不到開(kāi)發(fā)方案的要求，同時(shí)產(chǎn)量遞減較快，遞減率由2013年的13.37%上升至2016年的24.72%，因此必須通過(guò)壓裂改造才能大幅度提高油井產(chǎn)能。從目前整體開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀分析，存在以下兩大問(wèn)題：①縱向上小層數(shù)較多，儲(chǔ)量動(dòng)用差異較大，籠統(tǒng)壓裂難以保證小層的充分改造；②泌304井區(qū)井網(wǎng)密度較大，動(dòng)態(tài)連通性差，極限泄油半徑僅有140～160 m，實(shí)際的泄油半徑更小，受制于注采井網(wǎng)的影響，水力裂縫在提高產(chǎn)量的同時(shí)，加劇了地層的非均質(zhì)性，水力裂縫參數(shù)與井網(wǎng)參數(shù)的匹配程度對(duì)整個(gè)區(qū)塊開(kāi)發(fā)效果影響較大。本文以泌304井區(qū)油藏作為研究對(duì)象，以多薄層儲(chǔ)層提高壓裂改造效果為目標(biāo)，通過(guò)配套工藝技術(shù)，采用以“多層壓裂”為主導(dǎo)的低成本、可規(guī)模化應(yīng)用技術(shù)體系，從而實(shí)現(xiàn)整體區(qū)塊的效益開(kāi)發(fā)[2]。

1 多層壓裂技術(shù)

1.1 壓裂參數(shù)優(yōu)化

水力壓裂后裂縫的存在勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致地層的非均質(zhì)性增加，裂縫參數(shù)選擇不合適將會(huì)導(dǎo)致油井過(guò)早水淹，降低開(kāi)采效益，因此有必要開(kāi)展裂縫幾何參數(shù)對(duì)整體壓裂開(kāi)采動(dòng)態(tài)的影響[3]。通過(guò)研究扇根物性條件下裂縫縫長(zhǎng)、裂縫導(dǎo)流能力對(duì)油井日產(chǎn)量、含水率的影響（見(jiàn)圖1～圖4），優(yōu)化最佳縫長(zhǎng)為90.0 m，優(yōu)化最佳導(dǎo)流能力為50.0×10-3μm2·cm。

圖1 裂縫單翼縫長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)量的影響（扇根）

在裂縫縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力優(yōu)化的基礎(chǔ)上，考慮泌304井區(qū)井網(wǎng)類型和井距大小、注采井裂縫長(zhǎng)度、導(dǎo)流能力、生產(chǎn)壓力差、注水壓力差，采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)了13種計(jì)算方案，進(jìn)行整體壓裂方案綜合優(yōu)化[4]，得到最佳的裂縫參數(shù)。

圖2 裂縫單翼縫長(zhǎng)對(duì)含水率的影響

圖3 裂縫導(dǎo)流能力（10-3μm2·cm）對(duì)產(chǎn)量的影響

圖4 裂縫導(dǎo)流能力（10-3μm2·cm）對(duì)含水率的影響

綜合對(duì)扇中東部、扇中西部和扇根三個(gè)區(qū)域整體壓裂方案優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)不同儲(chǔ)層物性特征對(duì)裂縫參數(shù)的要求有一定的差異，對(duì)于物性較差的儲(chǔ)層，優(yōu)化的縫長(zhǎng)相應(yīng)要長(zhǎng)，而物性較好的儲(chǔ)層，則應(yīng)適當(dāng)控制縫長(zhǎng)，盡量增加導(dǎo)流能力。泌304區(qū)優(yōu)化裂縫縫長(zhǎng)60～90 m，穿透比0.2～0.3，導(dǎo)流能力（45.0～50.0）×10-3μm2·cm。

1.2 分層壓裂工藝技術(shù)

根據(jù)泌304儲(chǔ)層縱向上的特點(diǎn)，針對(duì)不同的改造對(duì)象配套不同的改造工藝，壓裂層間隔層厚度大時(shí)采用機(jī)械分層壓裂工藝，隔層厚度小時(shí)采用限流壓裂工藝技術(shù)[5]。

1.2.1 機(jī)械分層壓裂工藝

機(jī)械分層壓裂管柱由 YZ331封隔器、HNK344封隔器、滑套噴砂器、水力錨、安全接頭等組成，通過(guò)向油管內(nèi)投入鋼球，逐級(jí)打開(kāi)滑套，實(shí)現(xiàn)壓裂層從下到上的逐層壓裂。封隔器耐壓差70 MPa，耐溫150 ℃，施工排量2～5 m3/min，一趟管柱能夠?qū)崿F(xiàn)5層分層壓裂。該管柱采用液壓坐封，當(dāng)施工結(jié)束后，封隔器可自動(dòng)解封，具有反洗井的功能。

1.2.2 限流壓裂工藝技術(shù)

限流壓裂工藝技術(shù)是通過(guò)限制各層孔眼數(shù)量和直徑，并盡可能提高注入排量，利用最先被壓開(kāi)層孔眼產(chǎn)生的摩阻，提高井底壓力，使其他層相繼被壓開(kāi)，從而達(dá)到一次分壓幾個(gè)層的目的，能按具體地質(zhì)條件，實(shí)現(xiàn)各層的均衡處理[6]。通過(guò)研究限流影響裂縫幾何形態(tài)及分層流量的因素，確定合理的射孔孔眼數(shù)、不同隔層壓力差下布孔方式、施工排量、施工規(guī)模等參數(shù)（見(jiàn)圖5、表1、表2、表3），達(dá)到同時(shí)壓開(kāi)縱向上不同小層效果，起到均勻改造儲(chǔ)層的目的。

圖5 不同排量、不同孔眼摩阻下孔數(shù)優(yōu)選圖版

表1 不同施工排量下隔層壓差與壓裂層數(shù)的關(guān)系

表2 施工排量與縫長(zhǎng)的關(guān)系

2 壓裂工藝技術(shù)低成本改造

泌304井區(qū)主力油層埋藏淺，存在著低溫低壓的特點(diǎn)，因此要求壓裂液在低溫環(huán)境下能夠快速破膠。在保證施工成功的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)壓裂材料和參數(shù)的壓裂優(yōu)化，降低了成本，提高了效益。

表3 施工規(guī)模與縫長(zhǎng)的關(guān)系

2.1 壓裂材料優(yōu)化

根據(jù)儲(chǔ)層低溫的特點(diǎn)，在保證壓裂液性能的前提下，優(yōu)化了泌304區(qū)塊壓裂液中胍膠含量以及低溫活化劑配方比例，壓裂液胍膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來(lái)的0.35%下降至0.2%，下降幅度達(dá)40%。根據(jù)不同的地溫條件，確定低溫活化劑不同的含量，有效解決了低溫條件下壓裂液破膠困難的問(wèn)題。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，在40℃和50℃低溫條件下，分別采用配方為 0.3%低溫活化劑 + 0.04%過(guò)硫酸銨和 0.1%低溫活化劑 + 0.04%過(guò)硫酸銨，在2小時(shí)內(nèi)均可達(dá)到完全破膠，破膠液的黏度小于5.0 mPa·s。

同時(shí)考慮在以往施工中泌 304井區(qū)閉合壓裂較小，開(kāi)展了支撐劑室內(nèi)導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，如圖6?？梢钥闯觯S著閉合壓力的上升，三種不同規(guī)格支撐劑的導(dǎo)流能力均逐漸下降，并且大粒徑的支撐劑比小粒徑的支撐劑下降速度快，但閉合壓力在69.0 MPa下的絕對(duì)導(dǎo)流能力始終優(yōu)于小粒徑支撐劑[7]。通過(guò)對(duì)泌304井區(qū)壓裂井的施工曲線分析，確定該區(qū)域裂縫的閉合壓力不到20.0 MPa。從圖6中不同壓力下的導(dǎo)流能力對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在20.0 MPa下，20/40目的石英砂相對(duì)于 20/40目陶粒，導(dǎo)流能力相差不大。為了降低壓裂材料成本，綜合考慮，泌304井區(qū)采用 20/40目石英砂替代 20/40目陶粒作為支撐劑。

圖6 不同壓力下支撐劑導(dǎo)流能力

2.2 施工參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)油藏?cái)?shù)值模擬分析了前置液比例對(duì)支撐縫長(zhǎng)的影響（圖7），前置液比例和支撐縫長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系，根據(jù)前面壓裂參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，前置液比例控制在40%～45%。通過(guò)數(shù)值模擬分析平均砂比對(duì)導(dǎo)流能力的影響，由圖8可以看出，隨著平均砂比的增加，導(dǎo)流能力也隨之增加，當(dāng)平均砂比達(dá)到30%～35%，導(dǎo)流能力趨于平穩(wěn)，平均砂比反應(yīng)了支撐劑的鋪置濃度，鋪置濃度增加有助于支撐劑在裂縫中得到較好鋪置，可以有效降低支撐劑在裂縫中的嵌入程度[8]，特別對(duì)于泌304區(qū)的砂礫巖油藏，效果更加顯著。因此綜合壓裂成本考慮，控制平均砂比在30%左右。

圖7 前置液比例對(duì)支撐縫長(zhǎng)的影響

圖8 平均砂比對(duì)導(dǎo)流能力的影響

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

通過(guò)優(yōu)化裂縫參數(shù)，優(yōu)化壓裂液，優(yōu)選支撐劑以及壓裂施工參數(shù)，近兩年在泌304區(qū)塊實(shí)施壓裂24井次，共計(jì)壓裂層數(shù)152層，降本達(dá)到129萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；茝V應(yīng)用。在扇根區(qū)域壓裂9井次，單井增油1 066 t；扇中西部壓裂7井次，單井增油2 659 t；扇中東部壓裂8井次，單井增油618 t。

安4022井是泌304區(qū)中層系的一口采油井，縱向上需改造8個(gè)小層，縱向跨度54.2 m。通過(guò)地應(yīng)力剖面計(jì)算分析，改造思路以兩段集中射孔和機(jī)械分層壓裂為主。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，配套機(jī)械分層壓裂管柱和低成本低傷害壓裂體系，成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該井累計(jì)擠入壓裂液303.9 m3，加砂量52.0 m3，平均砂比30.5%，施工排量3.0～3.5 m3/min。

該井壓前日產(chǎn)油1.7 t，日產(chǎn)水1.0 m3，含水37%，動(dòng)液面1 049.0 m；壓后日產(chǎn)液15.5 t，日產(chǎn)油9.0 t，含水42%；截至目前累計(jì)增產(chǎn)原油1 751.4 t，取得了較好的改造效果。

4 結(jié)論及建議

（1）以“多層壓裂”為主導(dǎo)的改造工藝，在泌304井區(qū)實(shí)施具有可規(guī)模化和可推廣性，可達(dá)到降本增效目的。

（2）導(dǎo)流能力對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)影響較大，而縫長(zhǎng)影響相對(duì)較小，為了提高泌304井區(qū)壓后效果，壓裂應(yīng)以短寬縫為主。

（3）分層壓裂效果及有效期優(yōu)于單層壓裂，同時(shí)分層壓裂還具有占產(chǎn)時(shí)間短，車(chē)組和作業(yè)次數(shù)少、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，總體上分層壓裂費(fèi)用比全部單層壓裂可節(jié)約40萬(wàn)。