徑向縫網壓裂工藝技術在超低滲儲層的應用

尹虎琛, 徐 洋, 王忍峰

(1川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院 2低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室)

一、Z區儲層特征

1. 儲層特征

Z區塊屬于馬嶺油田，馬嶺油田延長組是鄂爾多斯盆地老區未來油氣勘探和開發的重要補充層系之一，馬嶺地區長81油層段油藏平均埋深2 400 m，油層平均厚度6.2 m，砂巖孔隙度主要分布于0.21%～15.31%之間，平均值為9.4%；滲透率4.482～0.0014 mD，平均值為0.254 mD。該區長813油層局部物性較差，平面非均質性強，主河道油層厚度12～20 m，聲波時差225～230 μs/m。該油層段砂巖儲層總體屬于特低孔—低滲儲層。

2. 裂縫發育程度及地應力情況

從安塞長6、西峰長8和吳旗長6儲層巖心看出，長慶特低滲透油田儲層微裂縫發育，天然裂縫以微小直立縫為主[1-2]。地應力差值越低越有利于徑向縫網的形成[3],有利于多裂縫的形成，可以使支裂縫重新定向的過程變慢；其次，地應力差值越小，開啟不同方位微裂縫所需要的升壓幅度就越小[4]，有利于開啟更多的微裂縫數量(見表1)。

表1 長慶油田隴東部分區塊儲層地應力測試結果

二、徑向縫網壓裂工藝技術

高能氣體壓裂工藝主要采用高能氣體壓裂+多級暫堵聯作工藝思路，首先進行高能氣體壓裂，在近井區域形成多條長度為2～10 m的徑向裂縫，改善了近井帶的導流能力[3]。此后進行多級暫堵壓裂，近井地層裂縫沿高能氣體已形成的多條徑向裂縫延伸，當裂縫延伸到徑向裂縫末端時，受到本身地應力及其分布的控制，而沿與最大主應力方向延伸。再通過暫堵劑多次投加，強制主縫在端部向放射狀短裂縫方位延伸，溝通更多微裂縫。此時主裂縫、徑向短裂縫以及微裂縫三者形成溝通，即可形成徑向網狀裂縫。井筒周圍就會形成多條填砂裂縫，遠離井筒地層的滲透性也得到有效的改善。

根據不同儲層的物點，在現場開展了三種類型的暫堵段塞試驗，經過現場應用，可以滿足多裂縫壓裂工藝的要求(見表2)。

表2 G519-ZDJ暫堵劑常規性能表

注:密度為1.1～1.2 g/cm3。

1. 封堵性能評價

該區塊在井筒結構、液體性能等參數相同情況下，對暫堵劑進行封堵性能驗證，結果表明，升壓效果明顯，平均堵劑用量543 kg，設計封堵24次，成功升壓20次，封堵成功率達到83.3%，平均升壓幅度達到6.3 MPa，采用CQZ-2+CQZ-3交替式混合加入，封堵效果最佳，升壓幅度達到7.2 MPa。

2. 儲層傷害性評價

CQZ系列暫堵劑是以油溶性樹脂為主、從原油內提煉出的可溶性混合材料顆粒，該系列堵劑具有易泵送、油溶性好、易返排、無傷害的特點，在地層內遇油即溶化的特性可以有效保證儲層孔道不會被長期堵塞和傷害地層。

泵入地層后會隨著地層溫度升高逐漸軟化，加之與地層內原油混合后，50 min內會徹底溶解,無殘渣存留。

3. 破碎率和耐壓強度測試

研發的堵劑具有良好的耐壓強度，室內實驗表明破碎率可以滿足現場應用要求(見圖1)，超過10 MPa后破碎率大幅增加。說明該堵劑具有一定的抗壓強度能力，可滿足4～10 MPa的升壓要求。

三、現場試驗效果

1. 試驗效果

在Z區塊實施試驗井7口，加砂規模43.4 m3，平均砂比24%，排量2.8 m3/min，投產初期平均單井產液4.7 m3/d，產油3.2 t/d，含水18.1%。對比鄰井，試驗井投產初期單井產液比鄰井高1.5 m3/d，單井產油比鄰井高1.4 t/d，單井產量提高43.7%,取得了良好的試驗效果。

圖1 不同規格暫堵劑破碎率測試圖

2. 典型井分析

試驗井是Z區塊一口定向井，生產層位長8，儲層埋深2 232～2 254 m，儲層物性較差，平均孔隙度12.5%、滲透率0.92 mD，聲波時差224.6 μs/m，含油飽和度53.2%。采用?244.475 mm表層套管與?139.7 mm油層套管，射孔段位置2 232.0～2 242.0 m，采用復合射孔加電纜傳輸高能氣體壓裂后投產，采用YL100-3C彈，藥量45 kg。此次試驗采用單上封?73 mm油管注入，入地液量293.4 m3，油溶性暫堵劑用量500 kg(見表3)。

從施工曲線(見圖2)看出，砂比10%的段塞結束，首次加入100 kg暫堵劑，升壓效果顯著，地面油壓由31.3 MPa升至40.8 MPa，升高9.5 MPa，且出現階梯式升壓，說明有明顯微裂縫開啟的特征；砂比15%的段塞結束時，加入第二級暫堵劑150 kg，油壓由30.3 MPa升至35.2 MPa，升高4.9 MPa，第三次加入暫堵劑150 kg，升高3.5 MPa，第四次加入100 kg暫堵劑,油壓無明顯變化。可見暫堵劑的加入升壓效果明顯，可以判斷有新的裂縫開啟, 實現多裂縫和降低施工風險的目的。

表3 徑向縫網壓裂試驗井與對比井改造情況對比表

圖2 試驗井壓裂施工曲線

從圖3可見，當第一次暫堵劑進入地層后，井底壓力升高6.0 MPa后又迅速下降，壓力響應具有明顯的新縫形成、突破夾層限制的特點；第二次暫堵劑進入地層后，縫內凈壓力升高5 MPa，明顯有“壓力臺階”，表現出徑向多裂縫共同延伸的特點。

3. 裂縫監測

表4表明，徑向縫網壓裂工藝中，形成主裂縫產生了明顯的支裂縫，部分井裂縫方位變化幅度達到90°左右。說明以提升裂縫內凈壓力為目標的徑向縫網壓裂工藝達到擴大油井泄油面積的目的。

圖3 試驗井井底壓力曲線

表4 徑向縫網壓裂井裂縫監測結果統計表

圖4 Z552-104井裂縫監測示意圖

例如，在Z552-104井，第70 min裂縫監測結果表明(見圖4a)，裂縫主要沿最大主應力方向延伸，有部分支裂縫開啟的特征，第95 min監測結果表明(見圖4b)，主裂縫延伸程度明顯減弱，但支裂縫仍然有開啟的跡象，可以看出達到了主裂縫與支裂縫共同延伸的徑向縫網。

四、結論

(1)徑向縫網壓裂工藝技術的核心是經過高能氣體壓裂首先形成徑向預置多裂縫，再通過多級暫堵工藝使徑向多裂縫得以延伸，從而實現支撐縫網結構，充分動用儲層平面。

(2)長慶低滲儲層水平兩向應力差在5～7 MPa、天然微裂縫發育、良好的儲隔層遮擋等地質條件為徑向縫網壓裂技術實現提供了有利的地質條件，應力差值越小，天然微裂縫越容易開啟，徑向縫網結構越容易形成。

(3)通過裂縫監測及現場試驗表明，該技術取得了良好的增產效果，徑向縫網壓裂可以成為低滲儲層改造的一項有效增產技術。

(4)徑向縫網壓裂技術通過多種工藝聯作可以實現儲層體積改造的目的，該工藝成本低、易實施，并且改造效果明顯，是實現單井經濟化增產的有效途徑。