致密油藏水平井分段壓裂集成開采實踐

朱 爭，孫兵華，尹 虎，宋珈萱.

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075；2.延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安 727500)

致密儲層物性差，孔喉細小，非均質性嚴重，裂縫發育，流體在致密儲層條件下流動存在較大的啟動壓力梯度和應力敏感[1-4]。目前在我國很多油田常常采用水平井技術開發致密油藏，壓裂人工造縫可連通天然裂縫，改善儲層流體的滲流條件[5-7]，但水平井壓裂過程中，壓裂液在壓差的作用下會向地層濾失，污染地層，而隨水平段長度的增加，壓裂周期的變長，壓裂液返排率降低，壓裂液在儲層中的長時間滯留給儲層帶來較大的傷害，影響儲層改造效果[8]。為解決壓裂液長期滯留對儲層傷害和產量遞減快的難題，李展縫等[9-15]對其影響機理進行了大量實驗研究，發現各類壓裂液長期滯留均會對儲層造成一定的傷害。同時仲如冰[16]提出了水平井3 段集成分段注水技術，可高效補給地層能量，提高水平井的開發效率。但很少有人研究致密油藏水平井開發隨水平段增長，壓裂液入地液量也隨之增加，壓裂液不能及時返排，會造成一定程度地層污染，影響水平井單井產量的問題。為此，本文提出了致密油藏水平井分段壓裂集成開采方法，將水平段分兩個生產階段開采，并用油藏數值模擬方法進行論證，解決礦場上水平井水平段長度越長，壓裂周期越長，壓裂液返排率越低，壓裂液對儲層傷害越大，產油量低的礦場難題。

1 致密油藏水平井礦場開采存在的問題

通過對延長油田兩個典型區塊致密油藏4口水平井開采效果(表1)和生產曲線圖(圖1)對比分析，表明A區塊的兩口鄰井P-8井與P-11井，開發層位相同，壓裂方式相同，累產時間相差不大，而P-11井水平段長度幾乎是P-8井的2倍，壓裂段數比P-8井多2段，但單井累產油量卻相差不大，僅33.65t； B區塊兩口鄰井H-1井與H-5井，開發層位相同，壓裂方式相同，累產時間僅差10天，而H-5井水平段長度幾乎是H-1井的1.5倍，壓裂段數比H-1井多3段，單井累產油量卻減少367.03t，日產油量低于H-1井。因此，通過礦場生產數據分析發現水平井水平段越長，壓裂段數多，單井產油效果不一定越好。依據滲流理論推算，水平段越長，水平井產油效果越好，而以上生產數據表明，水平段長度越大，產油效果不一定越好，甚至出現產油效果差的問題[17-18]。出現理論研究與礦場實際偏差核心原因是現場壓裂施工過程中，水平井水平段長度越長，壓裂段數增多，壓裂周期越長(水平井分段壓裂施工周期最長可達30天左右)，壓裂液抽汲返排率越低，滯留在儲層中壓裂液越多，長期滯留的壓裂液會對儲層滲透率造成不同程度的傷害，影響儲層改造效果[9]。

表1 致密油藏水平井礦場開采效果對比Table 1 Comparison of effect of horizontal well exploitation in production field

注：4口水平井選取2個代表性區塊，P-8井與P-11井相距1.5公里， H-1井與H-5井同一鉆臺的井。

圖1 代表性區塊相鄰水平井日產油量對比Fig.1 Comparison of oil production rate of adjacent horizontal wells

2 水平井分段壓裂集成開采方法數值模擬研究

為了解決致密油藏施工現場水平井開發中存在的難題：隨水平段長度的增大，壓裂施工周期越長，壓裂液抽汲返排率越低，對儲層滲透性傷害越大，進而開發效果變差，因此提出了水平井分段壓裂集成開采方法(圖2)。水平井分段壓裂集成開采是指1口水平井套管完井后，將水平段分兩個生產階段進行分段壓裂，第一生產階段：先在水平段中部設置可鉆橋塞將水平段中部與趾部隔離，將水平井水平段跟部至中部進行壓裂，抽汲返排，生產一段時間。第二生產階段：待水平井產油量大幅遞減后，將水平段中部至趾部進行壓裂，抽汲返排，水平段集成開采。水平井分段壓裂集成開采方法原理：將過長的水平段分段壓裂集成開采，有效縮短壓裂施工周期，提高壓裂液抽汲返排率，最大限度降低壓裂液滯留對儲層的不可逆傷害，保證較好的壓裂效果，提高致密油藏最終采收率。

圖2 水平井分段壓裂集成開采方法示意圖Fig.2 Schematic diagram of horizontal well multistage fracturing integrated exploitation

為了驗證水平井分段壓裂集成開采方法對水平井開發效果的影響，本文采用油藏數值模擬軟件以延長油田某致密油藏為背景建立致密油藏流線模型，水平井部署模型中間，模擬生產時間為15年，模型其他參數見表2。

表2 油藏流線模型相關參數Table 2 The relative parameters of the reservoir simulation model

2.1 分段壓裂集成開采與常規開采(全井段壓裂)效果對比

小學教師在開展語文教學的過程中，要想將小組合作的效用展現出來，師生間的密切配合，往往是必不可少的。至此，在這其中，教師一定要充分地發揮出自身的效用，來輔助學生找尋角色定位，使學習目標得到進一步地明確，保障小組合作的順利開展，使每位學生都有所收獲，將該模式的效用展現出來。

圖3 水平井分段集成開采與常規開采(全井段壓裂)產油量對比Fig.3 Comparison of oil production by horizontal well multistage fracturing integrated exploitation and that of conventional(all well fracturing) exploitation

2.2 分段壓裂集成開采與常規開采流線分布對比

床體結構是否有利于通風復氧，特別是大氣向淺層和墊層部分擴散和對流的效率如何，是好氧、兼氧微生物降解污染物，維持床層性能的關鍵；而滲瀝液中溶解氧（DO） 含量大于2 mg/L時，將會大大促進好氧菌的生命活動。

通過對比兩種開采方法下20年后剩余油飽和度和地層壓力分布發現，兩種方法水平井周圍含油飽和度均降低，沿壓裂裂縫方向降低幅度更大。分段壓裂集成開采的水平井壓力波及范圍比常規開采(全井段壓裂)大得多且近井地帶含油飽和度降低更大，提高采出程度，累計增油963 t，因此采用水平井分段壓裂集成開采方法進行致密油藏開發比較合理。依據模擬結果，發現該區塊仍有較多的剩余油分布，天然能量衰竭式開發后期可通過直井注水-水平井采油聯合開發，提高該區塊的可采儲量的動用程度。

將水平井分段壓裂集成開采與水平井常規開采(全井段壓裂)產油量(圖3)進行對比，數值模擬計算結果表明：采用分段壓裂集成開采方法的開發效果明顯優于常規開采方法。分段集成開采方法的日產油量明顯高于常規開采(全井段壓裂)，初期日產油量常規開采(全井段壓裂)比分段壓裂集成開采(第一生產階段)高5 t左右，但分段壓裂集成開采(第二生產階段)后日產油量高達24 t，是常規開采(全井段壓裂)日產油量的2.5倍，且有效延緩水平井產量遞減速度。預測生產時間為15年，分段壓裂集成開采方法的累產油量較常規開采增產效果顯著，共增油2 477 t。水平井分段壓裂集成開采效果較好的原因是礦場分段壓裂集成開采，水平段分段壓裂，壓裂施工周期短，分段抽汲，壓裂液抽汲返排率較高，壓裂液在儲層中滯留時間縮短一半，對儲層的傷害降到最低，壓裂改造效果好。

圖4 不同開采方法水平井開發流線分布圖(第15年)Fig.4 The streamline distribution of horizontal well with different exploitation method (The 15th year)

3 實際模型應用效果

為了分析該方法在實際致密油藏水平井礦場的應用效果，將該方法運用到實際地質模型中，采用數值模擬方法模擬20年，并與常規開采(全井段壓裂)生產20年的開發效果進行對比研究，分析區塊地層含油飽和度(圖5)和地層壓力(圖6)的變化情況。

圖5 不同開采方法開發20年后含油飽和度分布Fig.5 Oil saturation distribution after 20 years in two different methods

圖6 不同開采方法開發20年后地層壓力分布Fig.6 Pressure distribution after 20 years in two different methods

由表8說明，土樣2土壤中添加2%活性炭(B)化學修復劑時土壤中的重金屬鋅、鉛、鉻、銅、砷、鎘含量均有所下降。其中在種有狼尾草的土壤區域主要污染物鋅含量下降幅度最大，下降值為132.6mg/L。在種有狼尾草的土壤區域主要污染物砷含量下降幅度最大，最大值為3.3mg/L。

對比兩種方法第15年流線分布圖(圖4)，發現水平井流線分布特征相似之處在于：水平段兩側裂縫處流線分布較密集，裂縫間流線分布較稀疏，說明裂縫處為滲流主要通道；水平段兩側基質流線分布最密集，水平井跟部和趾部周圍基質流線分布較密集，基質和裂縫存在明顯的流線過渡調整區。兩種開采方法流線分布特征不同之處在于：分段壓裂集成開采方法因將壓裂液滯留對儲層滲透性傷害降到最低，壓裂造縫效果最佳，裂縫的延伸范圍更大，裂縫流線分布范圍更大，裂縫處流線分布更密集，說明致密油藏中分段壓裂集成開采壓裂造縫效果好，在儲層中形成較好的滲流通道。

4 結論

(1)通過水平井開發理論與礦場生產的對比分析，出現“水平段越長，壓裂段數增多，產油效果不一定越好”問題的主要原因是隨水平段長度的增加，壓裂段數增多，壓裂施工周期變長，壓裂液抽汲返排率降低，壓裂液長期滯留對儲層造成了不可逆的傷害。

將試驗數據用Excel2013進行處理，計算出不同處理下的吸力值和實測體積含水率。將實測體積含水率與相應的吸力值作為輸入值，用Origin擬合曲線，將擬合參數代入Van-Genuchten模型、Gardner模型得到與吸力值對應的擬合土壤含水率，并與實測結果進行比較，直到滿足精度要求。

(2)本文提出了水平井分段壓裂集成開采方法，并運用油藏數值模擬方法進行對比分析，結果表明：第一生產階段日產油量低于常規開采(全井段壓裂)的，但第二生產階段日產油量高達24 t，是常規開采(全井段壓裂)的2.5倍，增產效果顯著，預測生產15年，共增油2 477 t。該方法可更好解決水平段長度越長，壓裂液抽汲返排率低，產油量低的礦場開發難題。

(3)將水平井分段壓裂集成開采方法應用到實際區塊地質模型，預測生產20年，分析區塊剩余油飽和度和地層壓力分布特征，結果發現該方法可較大幅度增大水平井在致密油藏開發中壓力波及范圍，降低近井地帶含油飽和度，提高采出程度，累計增油963 t。針對該區塊仍有較多的剩余油分布，天然能量衰竭式開發后期可通過直井注水-水平井采油聯合開發，提高可采儲量的動用程度。