王靜，蔣明，向洪，段勇成，張寧縣，鄧強(qiáng)

中國石油吐哈油田分公司（新疆鄯善 838299）

在三次采油技術(shù)的應(yīng)用中，壓裂與驅(qū)油的組合一直是提高采收率的有效手段。吐哈油田鄯善老油區(qū)三類砂巖油層常規(guī)壓裂控制較差，由于壓裂裂縫突進(jìn)問題嚴(yán)重，難以建立有效的驅(qū)替關(guān)系；同時(shí)存在非均質(zhì)性較強(qiáng)、微觀特征復(fù)雜、孔喉半徑小、黏土礦物含量高等不利因素，常規(guī)驅(qū)油劑的作用有限[1]。雖然部分井采用驅(qū)油壓裂技術(shù)后產(chǎn)量有一定提高，但遞減較快、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短，開發(fā)效果并不理想。

與添加驅(qū)油劑的驅(qū)油壓裂和“注水蓄能+壓裂”不同，壓驅(qū)工藝是直接以驅(qū)油液替代壓裂液，分為兩個(gè)階段：先壓裂將一定濃度的驅(qū)油液通過裂縫注入到剩余油富集區(qū)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)洗剩余油的同時(shí)補(bǔ)充地層能量；后加砂壓裂，建立驅(qū)洗后剩余油的流動(dòng)聚集通道，以達(dá)到提高這類儲(chǔ)層采收率的目的。

該技術(shù)理念是由大慶油田公司先期提出，通過現(xiàn)場實(shí)施驗(yàn)證了壓驅(qū)工藝提高三類儲(chǔ)層采收率的可行性，并取得了初步成功。但與大慶儲(chǔ)層特性不同，吐哈油田老油區(qū)三類油層物性相對更差（滲透率1×10-3～50×10-3μm2），含油飽和度更低，更主要的是水力壓裂的裂縫為垂直裂縫，又與大慶油田的水平裂縫有所區(qū)別。為了進(jìn)一步提高采收率，開展了適用于吐哈油田老油區(qū)壓驅(qū)工藝的研究與應(yīng)用。

1 壓驅(qū)工藝裂縫擴(kuò)展及滲流機(jī)理研究

壓驅(qū)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“壓裂-滲濾-驅(qū)洗”相結(jié)合的壓裂滲濾提高采收率的技術(shù)。其主要原理是通過壓裂形成裂縫，將驅(qū)油劑經(jīng)裂縫快速送至剩余油富集部位，邊壓裂造縫邊沿程上下濾失，將驅(qū)油劑快速充填到孔隙中，減少化學(xué)劑與地層之間的接觸時(shí)間和接觸距離，提高驅(qū)油效率[2]。同時(shí)，通過注入大量的驅(qū)油液可以短時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充地層能量，達(dá)到壓前蓄能的效果，提高和維持地層壓力，延長穩(wěn)產(chǎn)期。

1.1 壓驅(qū)模型建立

為研究壓驅(qū)工藝裂縫起裂擴(kuò)展規(guī)律及流體滲流規(guī)律，利用Abaqus 軟件的Cohesive 模塊單元，建立包含儲(chǔ)-隔層（邊界條件）的壓裂裂縫擴(kuò)展和壓裂液滲濾數(shù)值模擬的長方體地質(zhì)力學(xué)理想模型，并對儲(chǔ)層區(qū)域進(jìn)行加密，Cohesive 裂縫擴(kuò)展單元位于儲(chǔ)層中部，如圖1所示。

圖1 地質(zhì)力學(xué)理想模型

以鄯善溫米區(qū)塊地質(zhì)情況為依據(jù)，合理選擇儲(chǔ)層、隔層的彈性模量、泊松比、抗張強(qiáng)度、孔隙度、滲透率等參數(shù)（表1）。

表1 地質(zhì)力學(xué)模型參數(shù)

1.2 滲流距離與壓力波及范圍模擬

壓驅(qū)工藝中壓裂液具有較高的滲濾速度，使壓裂液造縫效率變低，裂縫總體積變小。但因?yàn)闉V失速度較快，其壓力較均勻波及到井筒周圍，如圖2、圖3 所示。利用壓驅(qū)模型，模擬同等規(guī)模及施工排量條件下常規(guī)壓裂與壓驅(qū)工藝的壓力波及范圍及滲濾距離（表2）。

圖2 常規(guī)壓裂和壓驅(qū)工藝壓力波及范圍對比

圖3 常規(guī)壓裂和壓驅(qū)工藝滲濾距離對比

表2 不同壓裂工藝的模擬參數(shù)及濾失量占比

從模擬結(jié)果看，相較于常規(guī)壓裂，壓驅(qū)工藝中模型的孔隙壓力縱向分布范圍變大，但由于液體滲濾范圍變大，液體效率降低，縫長變短[3]。

2 影響因素分析

機(jī)理研究表明濾失距離與裂縫長度是制約壓驅(qū)效果的關(guān)鍵因素，為了更好地優(yōu)化壓驅(qū)新工藝的施工參數(shù)，分別對地層影響因素以及工程影響因素進(jìn)行分析，計(jì)算對造縫半長和濾失距離的影響權(quán)重。

2.1 地層影響因素

2.1.1 彈性模量

設(shè)置儲(chǔ)層彈性模量（1.0～3.0 GPa），研究儲(chǔ)層彈性模量對裂縫半徑和壓裂液最大滲濾距離的影響。

隨著儲(chǔ)層彈性模量的增加，裂縫半長非線性增大，壓裂液最大滲濾距離增加，彈性模量繼續(xù)增加，最大滲濾距離增加減緩，如圖4 所示。這是由于隨著彈性模量的增加儲(chǔ)層巖石脆性增加，導(dǎo)致巖石更容易被壓開，因此儲(chǔ)層彈性模量越大越容易造縫，裂縫半長越長[4]。而隨著彈性模量的增加，導(dǎo)致巖石可壓縮性降低，使得儲(chǔ)層滲透率不容易因壓縮而降低，從而增加了濾失距離，但受儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率的限制，濾失距離增加減緩。

圖4 彈性模量對裂縫參數(shù)的影響

2.1.2 滲透率

設(shè)置不同儲(chǔ)層滲透率（20×10-3～40×10-3μm2），研究儲(chǔ)層滲透率對裂縫半長和壓裂液最大滲濾距離的影響。隨著滲透率的增加，裂縫半長逐漸縮短，壓裂液最大滲濾距離增大，如圖5 所示。這是因?yàn)闈B透率越高，壓裂液滲濾量越大，水馬力利用效率越低，裂縫的擴(kuò)展受到限制，進(jìn)而導(dǎo)致改造體積減小，而儲(chǔ)層的滲透率直接影響液體的濾失，導(dǎo)致更多壓裂液滲入地層，增加了最大滲濾距離。

圖5 滲透率對裂縫參數(shù)的影響

2.2 工程影響因素

2.2.1 施工排量

施工總液量不變，設(shè)置不同的施工排量（1～5 m3/min），研究施工排量對裂縫半長和壓裂液最大滲濾距離的影響[5]。隨著施工排量的增加，裂縫半長增加較緩，最大滲濾距離線性增加，如圖6所示。這是因?yàn)楫?dāng)施工排量增大時(shí)，裂縫端部較大的壓力沿壓力梯度傳遞到裂縫尖部，使得壓裂裂縫不斷延伸，然而流體黏度及受巖體骨架強(qiáng)度的限制，此時(shí)其內(nèi)部的壓力增加量不足以使裂縫產(chǎn)生快速擴(kuò)展，因此裂縫長度擴(kuò)展較為緩慢。而濾失速度與驅(qū)動(dòng)液體的壓差線性相關(guān)，較大的施工排量，導(dǎo)致裂縫內(nèi)液體壓力與地層壓力的差值逐漸增大，進(jìn)而壓裂液的最大滲濾距離顯著增加。

圖6 施工排量對裂縫參數(shù)的影響

2.2.2 壓裂液黏度

設(shè)置不同的液體黏度（1～5 mPa·s），研究壓裂液黏度對裂縫半長和最大滲濾距離的影響。

隨著壓裂液的黏度增大裂縫半長逐漸減小，如圖7 所示，這主要是由于黏度的增加實(shí)質(zhì)上是降低了壓裂液在裂縫中的流動(dòng)性，阻力增加導(dǎo)致壓力損失增加，裂縫尖端的壓力降低，進(jìn)而限制裂縫的延伸。隨著壓裂液黏度的增加，最大滲濾距離減小。這是由于黏度增加，降低了壓裂液滲濾速度，進(jìn)而導(dǎo)致壓裂液滲濾距離減小。

圖7 壓裂液黏度對裂縫參數(shù)的影響

2.2.3 施工注入液量

施工排量不變，不斷提高施工注入液量，分別記錄不同注入液量數(shù)據(jù)（2 000～6 000 m3），研究注入液量對裂縫半長和最大滲濾距離的影響。隨著注入液量的增加，裂縫半長持續(xù)延伸，此時(shí)累計(jì)滲濾距離繼續(xù)增加。這主要是因?yàn)殡S著注入量的增加，用于壓裂造縫的液量增多，因此裂縫半長持續(xù)延伸，最大滲濾距離也會(huì)持續(xù)增加，但受限于儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率，濾失距離增加會(huì)減緩。

2.3 影響因素權(quán)重分析

利用熵權(quán)法對造縫半長的5 個(gè)因素進(jìn)行評價(jià)，得出對裂縫半長影響由強(qiáng)到弱的順序是：儲(chǔ)層巖石彈性模量、驅(qū)油液黏度、儲(chǔ)層滲透率、施工注入液量和施工排量，見表3。對濾失距離的5個(gè)影響因素進(jìn)行評價(jià)得出由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋簝?chǔ)層巖石彈性模量、施工注入液量、施工排量、儲(chǔ)層滲透率和驅(qū)油液黏度，見表3。

表3 影響因素的權(quán)重

2.4 最優(yōu)施工方案參數(shù)

通過地質(zhì)力學(xué)模型，以裂縫半長和滲濾距離為特征值，模擬5 個(gè)因素兩兩組合的施工參數(shù)優(yōu)化版圖，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果和施工參數(shù)優(yōu)化版圖，結(jié)合因素權(quán)重分析給出了適合鄯善老油田壓驅(qū)工藝的最優(yōu)施工方案參數(shù)，見表4。施工排量與施工液量決定了施工規(guī)模，驅(qū)油液黏度決定了添加驅(qū)油劑藥品的濃度。

表4 優(yōu)化施工方案參數(shù)

3 壓驅(qū)工藝的應(yīng)用

壓驅(qū)技術(shù)思路提出后，2019年12月和2020年1月在鄯善油區(qū)邊部選取了2口有采無注井WX16-4和S16-7 開展先導(dǎo)試驗(yàn)，兩井分別位于鄯善油田西四塊和溫米區(qū)塊，開發(fā)層系均為侏羅系三間房組，周圍均沒有注水井能量補(bǔ)充，初期產(chǎn)水產(chǎn)油高，但遞減速度較快。

兩井的采收率均較低，截至施工前WX16-4 井采收率僅12.03%，日產(chǎn)液2.57 m3，日產(chǎn)油0.5 t，含水76.3%，施工前該井已經(jīng)停產(chǎn)；S16-7 井處于低產(chǎn)液階段，日產(chǎn)液0.3 m3，日產(chǎn)油0.22 t，含水率12%。

采取先驅(qū)油補(bǔ)能后加砂壓裂的設(shè)計(jì)方式，結(jié)合優(yōu)化施工方案參數(shù)，同時(shí)應(yīng)用前期室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)評價(jià)形成的HLX 驅(qū)油體系，考慮地層吸附損耗后，現(xiàn)場按0.3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)混配驅(qū)油液施工注入，施工參數(shù)具體見表5、表6。

表5 WX16-4井壓驅(qū)注采施工參數(shù)

表6 S16-7井壓驅(qū)注采施工參數(shù)

目前WX16-4 井已連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)120 d，日產(chǎn)液19.62 m3，日產(chǎn)油2 t左右，累計(jì)產(chǎn)油超過150 t；S16-7 井也已初見成效，兩井的成功初步證實(shí)了壓驅(qū)采油技術(shù)在老油田特別是提高三類油層采收率的可行性。油田將繼續(xù)開展多井次試驗(yàn)，以形成適合老油田提高三類砂巖油層采收率的壓驅(qū)技術(shù)體系。

4 結(jié)論

1）壓驅(qū)工藝是實(shí)現(xiàn)壓裂-滲濾-驅(qū)洗相結(jié)合的壓裂滲濾提高采收率的技術(shù)，采取先驅(qū)油補(bǔ)能后加砂壓裂設(shè)計(jì)方式，是提高老油田“薄注厚采、有潛力無能量”三類油層采收率的可行方法。

2）相較于常規(guī)壓裂，壓驅(qū)工藝孔隙壓力縱向分布范圍變大，但液體滲濾范圍變大，液體效率降低，壓裂縫長變短。

3）對裂縫半長影響由強(qiáng)到弱的順序是：儲(chǔ)層巖石彈性模量、驅(qū)油液黏度、儲(chǔ)層滲透率、施工注入液量和施工排量；對滲濾距離影響由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋簝?chǔ)層巖石彈性模量、施工注入液量、施工排量、儲(chǔ)層滲透率和驅(qū)油液黏度。