注采對(duì)應(yīng)井的轉(zhuǎn)向壓裂實(shí)驗(yàn)研究

李 民

(長(zhǎng)城鉆探有限公司壓裂公司壓裂酸化技術(shù)研究所，遼寧盤錦124107)

0 引言

轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的提高壓裂效果、提高油氣采收率的新壓裂工藝。這種壓裂方法在我國(guó)許多油田均有一些實(shí)例，特別是在一些老油田［1］與低滲油田［2～4］中有較好的應(yīng)用效果。

曙光油田低滲油藏存在著老井低產(chǎn)、注水壓力高的雙重難題，需要實(shí)施重復(fù)壓裂提高產(chǎn)能。但是常規(guī)重復(fù)壓裂僅增加施工規(guī)模，會(huì)增加裂縫縫長(zhǎng)，存在快速水竄的風(fēng)險(xiǎn)。而且原有裂縫區(qū)域的采出程度較高，剩余油少，增產(chǎn)效果差。因此需要有針對(duì)性地選擇注采對(duì)應(yīng)井，開展轉(zhuǎn)向壓裂實(shí)驗(yàn)研究，利用轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)在原層段壓開新裂縫，實(shí)現(xiàn)油井動(dòng)用剩余油富集區(qū)、注水井?dāng)U大注水波及面積的改造目標(biāo)，達(dá)到重復(fù)壓裂增產(chǎn)增注、提高低滲油氣田采收率的目的。本文根據(jù)研究區(qū)不同注采井組的特點(diǎn)，提出了注水井與采油井對(duì)應(yīng)井采取不同的轉(zhuǎn)向壓裂方案并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明這種方法提高了注采效率，擴(kuò)大了水驅(qū)波及體積，進(jìn)而增加了剩余油動(dòng)用面積。

1 轉(zhuǎn)向壓裂的簡(jiǎn)要機(jī)理

轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)是在重復(fù)壓裂時(shí)，判斷可能發(fā)生轉(zhuǎn)向的研究基礎(chǔ)上，利用人工暫堵轉(zhuǎn)向劑達(dá)到堵老縫壓新縫，實(shí)現(xiàn)同層內(nèi)裂縫轉(zhuǎn)向或壓開新層的新型壓裂工藝［5］。轉(zhuǎn)向技術(shù)體系通常包括單一的物理轉(zhuǎn)向、單一的化學(xué)轉(zhuǎn)向及復(fù)合轉(zhuǎn)向［6］。在施工過(guò)程中，適時(shí)地向地層中加入暫堵劑，遵循流體向阻力最小方向流動(dòng)的原則，暫堵顆粒從部分射孔孔眼進(jìn)入開啟的老裂縫，在炮眼處和高滲透帶聚集，產(chǎn)生高強(qiáng)度的炮眼堵塞和濾餅橋堵，形成高于其他方向的破裂壓力。后續(xù)工作液不能向老裂縫進(jìn)入，迫使壓裂液進(jìn)入較高應(yīng)力區(qū)。在一定的水平兩向應(yīng)力差條件下產(chǎn)生二次破裂，改變裂縫起裂方位后產(chǎn)生新縫。裂縫起裂后，在應(yīng)力等值線區(qū)域內(nèi)沿起裂的方向繼續(xù)延伸，經(jīng)過(guò)應(yīng)力等值線區(qū)后，回到與老裂縫平行的方向 (見圖1)。轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)利用人工暫堵轉(zhuǎn)向劑迫使裂縫轉(zhuǎn)向并擴(kuò)大轉(zhuǎn)向半徑，擴(kuò)大了剩余油富集區(qū)的動(dòng)用面積。

圖1 轉(zhuǎn)向壓裂地層機(jī)理示意圖Fig.1 Sketch map of mechanism on the formation of deflection fracturing

2 研究區(qū)概況及面臨問(wèn)題

2.1 研究區(qū)概況

曙光油田SX塊開發(fā)目的層為杜家臺(tái)油層，油藏埋深2669.0～3290.0 m，含油面積4.1 km2。該區(qū)塊杜家臺(tái)油層為構(gòu)造傾角11°—13°的單斜構(gòu)造。儲(chǔ)層中孔、低滲，平均孔隙度17.4%，平均有效滲透率7.8 mD。巖性以中細(xì)粒砂巖為主，油品屬稀油。區(qū)塊屬于巖性-構(gòu)造油藏，可劃分杜Ⅰ、杜Ⅱ和杜Ⅲ等3個(gè)砂巖組，其平均厚度分別為18.8 m、22.6 m和13.1 m，曙SX塊3個(gè)砂巖組厚度總計(jì)54.5 m。

2.2 面臨問(wèn)題

目前存在老井低產(chǎn)與注水壓力高的雙重問(wèn)題，并相互影響。一方面油井產(chǎn)能低，區(qū)塊天然能量不足，一次采收率較低 (10.6%)。2007年轉(zhuǎn)注水開發(fā)后，由于油層埋藏深、滲透率低、注壓高、注水量低等原因，油井產(chǎn)能低?，F(xiàn)有油井42口，開井32口，日產(chǎn)液80 t，日產(chǎn)油51 t，采出程度17.27%。

另一方面，注水井壓力高。共有注水井7口，僅開井1口。其中5口井因注壓高 (30 MPa)停注。

3 方案研究

3.1 改造思路

為提高重復(fù)壓裂效果，創(chuàng)新開展了注采對(duì)應(yīng)井轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，注采井均實(shí)施轉(zhuǎn)向壓裂，并根據(jù)井別制訂相應(yīng)的改造方案。同時(shí)根據(jù)區(qū)塊特點(diǎn)，開展轉(zhuǎn)向劑的優(yōu)選研究。

注水井轉(zhuǎn)向壓裂時(shí)分2級(jí)連續(xù)壓裂，形成2條支撐裂縫。首先實(shí)施第一級(jí)重復(fù)壓裂，重新張開原裂縫并鋪置支撐劑;第一級(jí)壓裂結(jié)束后注入轉(zhuǎn)向劑，并實(shí)施第二級(jí)壓裂。轉(zhuǎn)向劑暫堵原裂縫，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向裂縫后鋪置支撐劑，形成新支撐裂縫。原裂縫解除了注水水垢或雜質(zhì)形成的堵塞，提高導(dǎo)流能力;新的轉(zhuǎn)向裂縫擴(kuò)大了注水波及面積，從而綜合降低注水壓力、提高注水效果。

采油井轉(zhuǎn)向壓裂時(shí)實(shí)施一次壓裂，形成一條轉(zhuǎn)向裂縫。首先注入少量的預(yù)前置液、張開原裂縫，然后加入轉(zhuǎn)向劑，暫堵原裂縫并形成新的轉(zhuǎn)向裂縫，再鋪置支撐劑形成支撐裂縫。轉(zhuǎn)向壓裂的主要目的是產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)向裂縫，動(dòng)用剩余油富集區(qū)。

3.2 注采對(duì)應(yīng)情況

3.2.1 平面對(duì)應(yīng)情況

區(qū)塊采用五點(diǎn)法面積注水，初期為350 m正方形井網(wǎng)，經(jīng)井網(wǎng)加密，目前井距為250 m。選擇2對(duì)4口對(duì)應(yīng)井。其中水井SX1對(duì)應(yīng)油井SX2，水井SX3對(duì)應(yīng)油井SX4(見圖2)。

圖2 SX塊注采分布圖Fig.2 Distribution map of injection-production wells in Block SX

3.2.2 層位對(duì)應(yīng)情況

SX1-SX2井組位于區(qū)塊東南部，控制油井2口，SX1井與SX2井對(duì)應(yīng)良好，其中杜Ⅰ組砂體最為發(fā)育 (見圖3a)。SX3-SX4井組位于區(qū)塊西部，控制油井6口，其中SX3井與SX4井對(duì)應(yīng)良好，且杜Ⅱ組及杜Ⅲ組砂體較為為發(fā)育 (見圖3b)。

圖3 油藏剖面連通圖Fig.3 Reservoir profile connected maps

3.2.3 注水及生產(chǎn)情況

SX1井注水井段3322.6～3404.2 m，累注14033 m3，目前因注壓高停注。SX2井生產(chǎn)井段3317.3～3361.1 m，累產(chǎn)油27044 t，目前日產(chǎn)液1.5 m3，日產(chǎn)油1.4 t。

SX3井注水井段2856.8～2993.3 m，累注14524 m3，目前因注壓高停注。SX4井生產(chǎn)井段2875.1～3056.6 m，累產(chǎn)油10803 t，目前日產(chǎn)液0.7 m3，日產(chǎn)油0.6 t。

3.2.4 壓裂方案

以區(qū)內(nèi)2個(gè)注采對(duì)應(yīng)井組 (SX1-SX2井組與SX3-SX4井組)為例進(jìn)行轉(zhuǎn)向壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究。

SX1井于2004年11月補(bǔ)孔壓裂3322.6～3404.2 m。2007年12月轉(zhuǎn)注，2008年4月注壓高停注。本次壓裂3322.6～3372.3 m，29.0 m/11層，目前灰面3391.35 m。計(jì)劃加砂2次共50.0 m3。第一段加砂25.0 m3后，油管擠入轉(zhuǎn)向劑100 kg，然后繼續(xù)加砂25.0 m3。

SX2井于1996年10月補(bǔ)孔，井段3317.3～3361.1 m，35.9 m/2層。2002年5月壓裂3317.3～3361.1 m，加砂25.0 m3。本次壓裂3317.3～3361.1 m。計(jì)劃先注預(yù)處理液20.0 m3，再?gòu)挠凸軘D入轉(zhuǎn)向劑110 kg，然后執(zhí)行泵注程序加砂55.0 m3。

SX3井于2003年12月新井投產(chǎn)時(shí)采用尼龍球分層壓裂，井段2856.8～2931.3 m，24.8 m/10層，投尼龍球300個(gè)，加砂39 m3。2007年12月轉(zhuǎn)注，2011年2月注壓高停注。本次壓裂2856.8～2931.3 m。計(jì)劃分2層4次加砂，共加砂60.0 m3。第一層加砂20 m3后，油管擠入轉(zhuǎn)向劑90 kg，然后繼續(xù)加砂20.0 m3。第二層加砂10.0 m3后，油管擠入轉(zhuǎn)向劑20 kg，然后繼續(xù)加砂10.0 m3。

SX4井于2003年3月新井投產(chǎn)，井段2975.9～3056.6 m，2003年12月尼龍球分層壓裂2975.9～3056.6 m，18.7 m/15層，加砂30.0 m3。2004年5月補(bǔ)孔。本次壓裂2975.9～3015.6 m，18.3 m/14層，填砂砂面3020.0 m。計(jì)劃分2層壓裂共35.0 m3。第一層先注預(yù)處理液20.0 m3，再?gòu)挠凸軘D入轉(zhuǎn)向劑50 kg，然后壓裂加砂23.0 m3。第二層壓裂加砂12.0 m3。

4 轉(zhuǎn)向劑的優(yōu)選

該油藏埋深2850.0～3500.0 m之間，轉(zhuǎn)向劑的篩選條件為:滿足3500 m(120℃)以內(nèi)油水井的轉(zhuǎn)向壓裂改造需要;轉(zhuǎn)向控制劑殘余物含量 (水不溶物)≤4%。

選擇的LH-3型轉(zhuǎn)向劑密度低、易攜帶，規(guī)格適用目前的射孔孔徑。高溫下溶解時(shí)間長(zhǎng)，水不溶物含量≤4%(見圖4)，符合壓裂的需要。

圖4 120℃下LH-3的溶解曲線Fig.4 Solubility curve of LH-3 in 120℃

借鑒相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法［7～9］，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)預(yù)膠結(jié)態(tài)的轉(zhuǎn)向劑進(jìn)行了突破壓力測(cè)試試驗(yàn)，LH-3突破壓力2.74 MPa，試驗(yàn)裝置如圖5。

圖5 測(cè)量轉(zhuǎn)向劑突破壓力試驗(yàn)裝置Fig.5 Leakage test-device for measurement of breakthrough pressure of diverting agent

封堵率的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀上進(jìn)行，LH-3轉(zhuǎn)向劑封堵率在96.1%～97.8%之間，平均97.3%(見表1)。通過(guò)LH-3轉(zhuǎn)向劑的性能評(píng)價(jià)，該暫堵劑完全符合曙光油田油水井轉(zhuǎn)向壓裂的要求。

表1 LH-3轉(zhuǎn)向劑封堵率Table 1 Plugging ratio of Diverting Agent LH-3

5 方案實(shí)施與效果

5.1 SX1-SX2井組

SX1井轉(zhuǎn)向壓裂第一段加砂12.0 m3，因壓力高停止加砂，油管加暫堵轉(zhuǎn)向劑100 kg，第二段加砂13.0 m3，因液量不足停砂頂替。該井因壓力高加砂量不足，壓后轉(zhuǎn)注水，已累注5273.0 m3。

SX2井轉(zhuǎn)向壓裂注預(yù)處理液20.0 m3后，擠入暫堵轉(zhuǎn)向劑110 kg，加砂55.0 m3。加入轉(zhuǎn)向劑后，有較好的暫堵顯示，壓力上升3～4 MPa。該井壓后生產(chǎn)情況較好，累油3533.6 m3，目前日產(chǎn)液2.9 m3，日產(chǎn)油2.2 m3。

5.2 SX3-SX4井組

SX3井轉(zhuǎn)向壓裂第一層加砂20.0 m3，擠入暫堵轉(zhuǎn)向劑90 kg，再次加砂20.0 m3;第二層加砂10.0 m3，擠入暫堵轉(zhuǎn)向劑20 kg，頂替過(guò)程中出現(xiàn)超壓，油管破裂，未施工。該井第二層第二段未加砂。該井壓后轉(zhuǎn)注水，已累注7283.0 m3。

SX4井轉(zhuǎn)向壓裂第一層注預(yù)處理液20.0 m3，再?gòu)挠凸軘D入轉(zhuǎn)向劑50 kg，然后繼續(xù)加砂23.0 m3。加入轉(zhuǎn)向劑后，有較好的暫堵顯示，壓力上升2～3 MPa。第二層加砂12.0 m3。該井壓后累油675.6 m3，目前日產(chǎn)液1.5 m3，日產(chǎn)油1.1 m3。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

選擇注采對(duì)應(yīng)井開展針對(duì)性的轉(zhuǎn)向壓裂實(shí)驗(yàn)研究，拓寬了轉(zhuǎn)向壓裂應(yīng)用思路，進(jìn)一步驗(yàn)證了轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)具有老井挖潛增產(chǎn)、提高低滲油氣田采收率的作用。實(shí)施后取得較好的增產(chǎn)增注效果。2口注水井均實(shí)現(xiàn)壓后重新注水，2口油井增油效果顯著。

針對(duì)不同井別，開展了多種轉(zhuǎn)向壓裂方案設(shè)計(jì)，提高了轉(zhuǎn)向壓裂效果。

優(yōu)選的LH-3型轉(zhuǎn)向劑性能滿足了該油田轉(zhuǎn)向壓裂的需要，施工中有明顯的暫堵顯示。

在多層壓裂管柱中加入轉(zhuǎn)向劑存在施工風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)謹(jǐn)慎實(shí)施。

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