三塘湖油田非常規(guī)油藏水平井復(fù)合重復(fù)壓裂技術(shù)

向洪 張堅(jiān)平 張?zhí)锾? 楊飛 崔翔

關(guān)鍵詞：三塘湖；非常規(guī)油藏；水平井；重復(fù)壓裂；細(xì)分補(bǔ)孔；壓前補(bǔ)能；驅(qū)油

0 引言

三塘湖油田的馬56 區(qū)塊P2t 儲(chǔ)層和牛東區(qū)塊C2k 儲(chǔ)層為典型的裂縫型非常規(guī)油藏［1］，儲(chǔ)層物性極差，非均質(zhì)較強(qiáng)，無(wú)自然產(chǎn)能，常規(guī)直井壓裂開(kāi)發(fā)效果較差， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量的有效動(dòng)用［ 2］。自2013 年起，吐哈油田公司通過(guò)勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐證實(shí)，水平井體積壓裂技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這類非常規(guī)油藏有效動(dòng)用的關(guān)鍵［3］。然而，勘探開(kāi)發(fā)初期體積壓裂技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果并不理想，首次壓裂改造規(guī)模小、排量低，“縫控儲(chǔ)量”低［4］；實(shí)施大段少簇路線，段距和簇間距較大，存在未動(dòng)用層段，儲(chǔ)層動(dòng)用程度比較低［5］；同時(shí)由于油藏采取衰竭式開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育，地層壓力降低后未能及時(shí)補(bǔ)充地層能量，導(dǎo)致部分井存在初產(chǎn)高，產(chǎn)量下降快，采收率低的問(wèn)題［6］。針對(duì)該類低產(chǎn)低效水平井，如何通過(guò)重復(fù)壓裂改造實(shí)現(xiàn)單井日產(chǎn)油量和累產(chǎn)油量的提高，延緩產(chǎn)量遞減，進(jìn)一步提高采收率和經(jīng)濟(jì)性，成為了油田開(kāi)發(fā)這類非常規(guī)油藏面臨的重要問(wèn)題。

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣藏技術(shù)與認(rèn)識(shí)水平的不斷進(jìn)步和發(fā)展［7］，水平井重復(fù)壓裂技術(shù)越來(lái)越受到各油田的重視，礦場(chǎng)實(shí)施取得了一定的增產(chǎn)效果［8］。如國(guó)內(nèi)大慶、長(zhǎng)慶、吉林、新疆等油田開(kāi)展了低改造程度水平井重復(fù)壓裂探索試驗(yàn)，主體采用雙封單卡、套內(nèi)封隔器滑套等機(jī)械封隔分段壓裂工藝，單井產(chǎn)量達(dá)到復(fù)壓前的 2～3 倍［9］，但存在油管注入排量低、施工規(guī)模受限、拖動(dòng)作業(yè)效率較低等問(wèn)題，一定程度上影響增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果和效益［10］。筆者以三塘湖油田非常規(guī)油藏低產(chǎn)低效水平井為研究對(duì)象，圍繞提高單井產(chǎn)量和采出程度目標(biāo)，在分析水平井低產(chǎn)低效原因基礎(chǔ)上，以剩余油研究為基礎(chǔ)，在剖析儲(chǔ)層剩余油分布特征評(píng)價(jià)和前期重復(fù)壓裂總結(jié)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，從2021 年起配套形成了細(xì)分補(bǔ)孔、壓前補(bǔ)能、擴(kuò)大改造體積、提高滲吸驅(qū)油效率以及裂縫導(dǎo)流能力的復(fù)合重復(fù)壓裂技術(shù)，取得了較好的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1 水平井低產(chǎn)低效原因及剩余油潛力分析

三塘湖油田自2013 年應(yīng)用“水平井+體積壓裂”技術(shù)開(kāi)發(fā)非常規(guī)油藏以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)量的有效動(dòng)用，但是存在單井產(chǎn)量差異較大，產(chǎn)量遞減快，累計(jì)產(chǎn)量低的問(wèn)題（一般低于1×104 t）。以馬56 區(qū)塊致密油為例，在2013?2016 年期間共投產(chǎn)水平井55 口， 投產(chǎn)初期平均單井日產(chǎn)油達(dá)到13.5 t，但存在高產(chǎn)井少，產(chǎn)量遞減快，大部分井一次投產(chǎn)累產(chǎn)油和采收率低的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，其中初期日產(chǎn)油＜5 t 的井為邊部井和套損井。

通過(guò)對(duì)前期投產(chǎn)水平井壓裂效果分析，導(dǎo)致水平井低產(chǎn)低效的主要原因有3 個(gè)方面。

（1） 初次改造規(guī)模小、排量低，井間存在大量未動(dòng)用剩余油。三塘湖油田非常規(guī)油藏在開(kāi)發(fā)初期采取400 m 排距布井，受當(dāng)時(shí)體積壓裂理論認(rèn)識(shí)及施工條件等客觀因素限制，改造規(guī)模較小（單段加砂量50～60 m3 之間， 加砂強(qiáng)度1～1.2 t/m 之間），施工排量低（11～12 m3/min 之間），整體改造程度低，有效縫網(wǎng)延伸規(guī)模有限，采出程度低，井間仍存在大量未動(dòng)用剩余油。根據(jù)壓恢試井解釋，馬56 塊致密油人工裂縫半長(zhǎng)僅41～89 m，遠(yuǎn)小于400 m 排距，“縫控”儲(chǔ)量低；井間生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反應(yīng)表明，絕大部分基礎(chǔ)井網(wǎng)井壓裂或吞吐時(shí)鄰井無(wú)動(dòng)態(tài)反應(yīng)，有動(dòng)態(tài)反應(yīng)的井組僅占9.1%，井間動(dòng)態(tài)反應(yīng)低； 水平井取心資料表明， 在排距僅為70～85 m 條件下，未發(fā)現(xiàn)前期鄰井壓裂施工時(shí)支撐劑，取心巖心可見(jiàn)明顯的油跡滲出特征，含油性較好，證實(shí)了井間還存在未波及到剩余油儲(chǔ)量。

（2） 大段少簇，段、簇間距較大，儲(chǔ)層有效動(dòng)用程度低，段、簇間存在遺留“甜點(diǎn)”。在2016 年以前，水平井體積改造以大段少簇為指導(dǎo)思路，單段段長(zhǎng)大都在100～120 m 之間，平均簇間距30～40 m 之間。根據(jù)產(chǎn)液剖面測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表2），部分射孔簇未能得到有效動(dòng)用，統(tǒng)計(jì)4 口井共射孔82 簇，射孔簇動(dòng)用率僅為64.6%，射孔厚度動(dòng)用程度63.5%，近30% 的簇未得到動(dòng)用，且低產(chǎn)油簇比例高，存在未動(dòng)用潛力區(qū)［11］。同時(shí)由于采取大簇距射孔，裂縫間距大，存在未改造區(qū)域，人工裂縫不能完全控制段簇間的流體流動(dòng)，導(dǎo)致該區(qū)域地層原油滲流阻力增大、有效滲流距離減小而遞減幅度大［12］。

（3） 開(kāi)發(fā)早期由于改造強(qiáng)度低、施工液量少，同時(shí)采取衰竭式開(kāi)采，隨著地層壓力的不斷降低，在缺少外來(lái)能量補(bǔ)充和驅(qū)替條件下，地層中原油流動(dòng)能力不足，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。遞減規(guī)律分析表明，馬56 區(qū)塊致密油首年遞減率大于50%，預(yù)測(cè)一次采收率僅有2.47%。

（4） 裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力下降。隨著開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，人工裂縫內(nèi)的導(dǎo)流能力不斷下降，導(dǎo)致已改造儲(chǔ)層內(nèi)流體滲流通道逐漸失效，裂縫遠(yuǎn)端的流體更加難以流動(dòng)，產(chǎn)量下降。研究表明，對(duì)于低滲透油藏，裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力僅為短期導(dǎo)流能力的10%～20%［13］。

2 水平井復(fù)合重復(fù)壓裂技術(shù)路線

針對(duì)三塘湖油田非常規(guī)油藏水平井低產(chǎn)低效原因，在剩余油潛力評(píng)價(jià)以及前期重復(fù)壓裂總結(jié)的基礎(chǔ)上，重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)思路主要圍繞擴(kuò)大改造體積、補(bǔ)充地層能量、提高滲吸效率及裂縫支撐效果共4 個(gè)方面進(jìn)行3 個(gè)結(jié)合開(kāi)展優(yōu)化。一是將原有裂縫重復(fù)改造與細(xì)分補(bǔ)孔加密新縫相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水平段縫內(nèi)、縫間以及井間剩余油的充分動(dòng)用，提高“縫控儲(chǔ)量”；二是將補(bǔ)充地層能量和滲吸驅(qū)替相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地層能量的有效補(bǔ)充以及復(fù)雜縫網(wǎng)條件下原油的高效滲吸置換，提高滲吸驅(qū)替效率；三是將擴(kuò)大改造體積與提高裂縫有效支撐效果相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)重復(fù)壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)條件下裂縫的有效支撐和高導(dǎo)流能力，提高長(zhǎng)期增產(chǎn)效果，如圖1 所示。

3 水平井復(fù)合重復(fù)壓裂關(guān)鍵技術(shù)

3.1 細(xì)分補(bǔ)孔

由于在開(kāi)發(fā)初期，水平井初次改造存在壓裂規(guī)模小以及段、簇間距大的問(wèn)題，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層整體動(dòng)用程度低。通過(guò)數(shù)值模擬和礦場(chǎng)實(shí)踐證實(shí)，當(dāng)水平段簇間或者段間距離比較大時(shí)，通過(guò)第一輪注水吞吐后，在裂縫附近及縫間仍具有較高的含油飽和度（So） 分布，儲(chǔ)層動(dòng)用程度較低，剩余油潛力依然較大。多輪次吞吐之后，儲(chǔ)層動(dòng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，裂縫附近的含油飽和度降低，在此情況下，常規(guī)吞吐難以繼續(xù)挖潛剩余油，隨后通過(guò)提壓注水吞吐，形成裂縫溝通新縫洞后，裂縫附近含油飽和度重復(fù)進(jìn)行分布，可明顯改善吞吐效果，如圖2 所示。因此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，制定了三塘湖油田非常規(guī)油藏水平井細(xì)分補(bǔ)孔原則：（1） 初次改造時(shí)段間距＞30 m，簇間距大于25 m；（2） 優(yōu)選氣測(cè)值高、油氣顯示好的位置補(bǔ)孔；（3） 補(bǔ)孔層段套管及固井質(zhì)量情況良好，避開(kāi)套管接箍； （4） 射孔方式采取多簇射孔， 5～6 簇/段， 1m/簇；（5） 補(bǔ)孔后段、簇間距控制在10 m 以內(nèi)。通過(guò)細(xì)分補(bǔ)孔+改造后，能夠提高人工裂縫所控制的段、簇間流體的流動(dòng)范圍，減小流動(dòng)阻力和滲流距離，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提升。

3.2 壓前補(bǔ)能優(yōu)化

低壓低滲油藏在生產(chǎn)后期，地層能量快速下降是遞減難以控制的主要原因之一。根據(jù)滲流力學(xué)基本理論，壓前和壓裂過(guò)程中注入大規(guī)模液體并燜井增壓，能大幅提高近井地帶的水相飽和度、水相壓力和低壓區(qū)的儲(chǔ)層孔隙壓力，從而提高地層壓力保持水平，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的［14］。因此，為了提高重復(fù)壓裂效果，壓前進(jìn)行有效的能量補(bǔ)充是關(guān)鍵。采用數(shù)值模擬可知：向地層注入液量越大，地層壓力上升越高。當(dāng)注入5 000 m3 液體時(shí)，30 d 后地層壓力上升1.10 MPa；當(dāng)注入15 000 m3 液體后，30 d 后地層壓力上升3.13 MPa，隨著地層壓力的升高，單井累計(jì)產(chǎn)液量也越高。在補(bǔ)能液量?jī)?yōu)化方面，主要基于單井虧空體積以及注液壓力，形成了注采比和注水壓力2 個(gè)關(guān)鍵判別參數(shù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，要求注采比＞2，注水停泵壓力大于上次壓裂停泵壓力，可實(shí)現(xiàn)有效的地層能量補(bǔ)充。

3.3 縫內(nèi)+縫間多級(jí)暫堵壓裂技術(shù)

3.3.1 暫堵劑的選擇及用量?jī)?yōu)化

由于初次壓裂改造規(guī)模小，并且段、簇間距較大，重復(fù)壓裂思路將原有裂縫重復(fù)改造與細(xì)分補(bǔ)孔加密新縫相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水平段縫內(nèi)、縫間以及井間剩余油的充分動(dòng)用。優(yōu)選了高強(qiáng)度水溶性暫堵劑，承壓能力達(dá)到40 MPa，24 h 內(nèi)可完全降解，內(nèi)含表面活性劑，有利于返排。結(jié)合縫內(nèi)+縫間暫堵工藝技術(shù)需求，配套1～5 mm、5～8 mm 和11～13 mm 組合粒徑暫堵劑，其中1～5 mm 和5～8 mm 小粒徑暫堵劑主要為縫內(nèi)暫堵，11～13 mm 大粒徑暫堵劑主要為縫間暫堵，根據(jù)不同粒徑暫堵劑的封堵作用，形成了分級(jí)優(yōu)化和用量?jī)?yōu)化依據(jù)，提高暫堵效果。在分級(jí)優(yōu)化方面，以首次壓裂停泵壓力為基礎(chǔ)，結(jié)合前期認(rèn)識(shí)按照停泵壓力差值3 MPa 以內(nèi)以及物性條件相近的層段進(jìn)行分級(jí)暫堵優(yōu)化，提高重復(fù)壓裂改造均勻性，考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工因素，分級(jí)數(shù)量最多不超過(guò)4 級(jí)。而在用量?jī)?yōu)化方面，則形成各種暫堵劑用量計(jì)算公式，指導(dǎo)重復(fù)壓裂方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3.2 加砂方式優(yōu)化

為了提高重復(fù)壓裂改造體積及支撐劑遠(yuǎn)端支撐效果，加砂方式由前期的多段塞+連續(xù)加砂施工工藝優(yōu)化為全程連續(xù)加砂施工工藝，盡可能將更多的支撐劑在施工早期往裂縫遠(yuǎn)端輸送，進(jìn)一步提高支撐裂縫縫長(zhǎng)，同時(shí)也使裂縫支撐剖面更加均勻，中遠(yuǎn)端裂縫導(dǎo)流能力得到提高，延長(zhǎng)裂縫有效期。為配合全程連續(xù)加砂工藝，提高施工排量，由初期的10～12m3/min 提高至15～16 m3/min，進(jìn)一步提高儲(chǔ)層改造體積和縫網(wǎng)復(fù)雜程度，通過(guò)軟件模擬不同加砂方式和排量下的支撐劑裂縫半長(zhǎng)結(jié)果見(jiàn)表3，按照單簇液量300 m3，加砂量30 m3 進(jìn)行模擬。

3.4 滲吸驅(qū)油與燜井時(shí)間優(yōu)化

隨著水平井生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)致在近井筒和裂縫區(qū)域儲(chǔ)層含油飽和度以及地層壓力下降后，常規(guī)滲吸采油方式難以挖潛剩余油［15］。為了進(jìn)一步提高老井采收率，需要采用驅(qū)油劑等新的注入介質(zhì)提高驅(qū)替效果［16］。針對(duì)牛東區(qū)塊和馬56 區(qū)塊原油，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)分別優(yōu)選了超低界面張力的表面活性劑類驅(qū)油劑GX-1、GX-2，如圖3 所示，可以看出，超低界面張力驅(qū)油劑GX-1、GX-2 在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%～0.80% 范圍內(nèi)，油水界面張力可達(dá)到10?2 mN/m 級(jí)別，具有優(yōu)良的降低油水界面張力效果［17］。該驅(qū)油劑系列還可有效改變巖石潤(rùn)濕性，將巖樣表面的潤(rùn)濕性由中性弱親油改變?yōu)槿跤H水，從而提高壓裂作業(yè)后的水驅(qū)油動(dòng)力，利于提高水驅(qū)油采收率［18］。

此外該驅(qū)油劑與壓裂液具有良好的配伍性能，懸砂實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，經(jīng)該超低界面張力活性劑改性后支撐劑的沉降速度較改性前降低22.6%，可以提高壓裂液的懸砂性能，支撐劑沉降時(shí)間變長(zhǎng)后，有利于增加支撐縫半長(zhǎng)［19］。在滑溜水和壓裂液中復(fù)配質(zhì)量濃度為0.3%～0.5% 驅(qū)油劑，大排量注入儲(chǔ)層中，通過(guò)壓裂進(jìn)行二次補(bǔ)能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜縫網(wǎng)條件下原油的高效滲吸置換，進(jìn)一步提高滲吸驅(qū)替效率［20］。在壓裂完成后進(jìn)行合理燜井，確保油水充分滲吸置換和壓力擴(kuò)散［21］。依據(jù)驅(qū)油劑室內(nèi)滲吸置換平衡時(shí)間和燜井期間不同區(qū)塊壓力下降情況，綜合優(yōu)化牛東區(qū)塊燜井時(shí)間為20～30 d 之間，馬中區(qū)塊燜井時(shí)間為10～15 d 之間。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

2021?2022 年期間，在三塘湖盆地馬中和牛東區(qū)塊非常規(guī)油藏共實(shí)施水平井細(xì)分補(bǔ)孔+多級(jí)暫堵重復(fù)壓裂23 井次，壓前各井根據(jù)儲(chǔ)層虧空情況及井組注水吞吐量?jī)?yōu)化補(bǔ)能液量1 000～8 000 m3 之間，保證單井注采比2 以上，主壓裂階段平均單井用液量1 600 m3，加砂量122.7 m3，暫堵劑455 kg，暫堵級(jí)數(shù)2～3 級(jí)，施工排量14～16 m3/min 之間，暫堵升壓值由前期3～5 MPa 提高至5～10 MPa，升壓持續(xù)時(shí)間大幅度提升，說(shuō)明實(shí)現(xiàn)了新縫的有效開(kāi)啟。重復(fù)壓裂后根據(jù)不同的區(qū)塊優(yōu)化燜井10～30 d，有效率100%，單井產(chǎn)量大幅提高，平均單井日產(chǎn)油量由復(fù)壓前2.2 t/d 提高至10.5 t/d，日增油達(dá)到8.3 t。截止目前大部分井仍在有效期內(nèi)，平均單井累計(jì)增油已超過(guò)1 400 t，單井最高累計(jì)增油超過(guò)3 000 t，顯示了良好的增產(chǎn)效果。按照油價(jià)40 美元/桶計(jì)算，平均單井投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶1.2 以上，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

（1） 針對(duì)三塘湖油田非常規(guī)油藏水平井首次改造程度低、段簇間距較大的井，通過(guò)細(xì)分補(bǔ)孔+壓前補(bǔ)能+滲吸驅(qū)油+多級(jí)暫堵重復(fù)改造組合技術(shù)可以有效地提高單井產(chǎn)量和采收率，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)其他類似的非常規(guī)油藏水平井老井提高產(chǎn)量及最終采出程度具有一定的借鑒作用。

（2） 暫堵轉(zhuǎn)向工藝是水平井重復(fù)壓裂技術(shù)的關(guān)鍵，通過(guò)優(yōu)選高強(qiáng)度水溶性暫堵劑，并配套不同粒徑類型的暫堵劑，能夠滿足縫內(nèi)+縫間暫堵壓裂的需求，暫堵升壓值和持續(xù)時(shí)間得到提高，保證了暫堵工藝的有效性。

（3） 壓前有效的能量補(bǔ)充是保證重復(fù)壓裂效果的關(guān)鍵，通過(guò)實(shí)踐確立了以注采比和注水壓力兩個(gè)核心參數(shù)來(lái)優(yōu)化單井補(bǔ)能液量，滿足了三塘湖油田非常規(guī)油藏壓前補(bǔ)能的需求。