張永飛，閆鈺琦，劉磊峰，高彥兵，趙世軍

(延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000)

水平井壓裂增產(chǎn)技術(shù)作為國(guó)內(nèi)外油氣田勘探開發(fā)的重要內(nèi)容而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，隨著常規(guī)油氣的不斷開發(fā)，致密油的發(fā)現(xiàn)為延長(zhǎng)油田增添了新的活力，但同時(shí)為開發(fā)技術(shù)提出了更高的要求[1,2]。目前，延長(zhǎng)油田水平井常規(guī)壓裂工藝對(duì)致密油藏儲(chǔ)層的改造能力有限，效果不佳。因此，開展延長(zhǎng)油田體積壓裂可行性研究非常必要，進(jìn)一步明確縫網(wǎng)形成條件，探索體積壓裂改造工藝，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層動(dòng)用最大化，保證改造規(guī)模，為致密油水平井科學(xué)高效壓裂開發(fā)提供技術(shù)支持，同時(shí)為同類油藏壓裂開發(fā)起到一定的借鑒作用。

1 體積壓裂工藝技術(shù)及實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)條件

1.1 體積壓裂工藝技術(shù)

相對(duì)于常規(guī)壓裂形成的單一對(duì)稱縫，體積壓裂是在形成一條或者多條主裂縫的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)天然裂縫與人工裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地層三維方向的全面改造，增大滲流面積及導(dǎo)流能力，提高油井初始產(chǎn)量和最終采收率。從施工工藝上，通過改變常規(guī)油管加砂方式，采用油套環(huán)空或者光套管加砂，配套采用采取大排量、大砂量、低砂比泵注工藝，實(shí)現(xiàn)體積壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

(1)水力噴砂射孔+環(huán)空加砂壓裂工藝(TDY)

水力噴射環(huán)空加砂多簇壓裂工藝技術(shù)采用雙噴射器進(jìn)行兩簇射孔壓裂，上下噴射器間隔20 m左右，噴射器采用四個(gè)6.3 mm的噴孔(圖1)。壓裂作業(yè)時(shí)，首先座封底部封隔器，然后進(jìn)行噴砂射孔，射孔完成后從油套環(huán)空進(jìn)行加砂壓裂，油管進(jìn)行補(bǔ)液，壓后放噴，之后上提管柱進(jìn)行下一層段施工，重復(fù)上述步驟完成多段壓裂。該工藝施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準(zhǔn)確地壓開多條裂縫，水力噴射工具常規(guī)油管相連接入井，施工方便、快捷[3-5]。

(2)橋塞射孔聯(lián)作

泵送橋塞-射孔聯(lián)作技術(shù)是綜合了水力泵送、橋塞座封、多級(jí)分簇射孔等多項(xiàng)技術(shù)。通過一次下井，既可以實(shí)現(xiàn)座封橋塞，又可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)分簇射孔，而且可以實(shí)現(xiàn)帶壓作業(yè)(圖2)。該工藝通過光套管壓裂，適合進(jìn)行大排量、大規(guī)模施工。利用多簇射孔，更易形成復(fù)雜裂縫，提高儲(chǔ)層改造效果。鉆塞后為全通徑井筒，為后期作業(yè)創(chuàng)造便利條件[6]。該工藝可實(shí)現(xiàn)全通徑、無極限施工，可保證套管完整性，連續(xù)油管工具集成了噴砂射孔器，可作為防范措施，一旦滑套無法打開，可以選擇噴砂射孔進(jìn)行壓裂施工。

圖2 連續(xù)油管壓裂工具示意圖

(3)連續(xù)油管帶底封拖動(dòng)壓裂技術(shù)

連續(xù)油管帶底封拖動(dòng)壓裂技術(shù)是用連續(xù)油管將井下工具串輸送到射孔位置進(jìn)行坐封，利用工具串上自帶噴槍進(jìn)行噴砂射孔作業(yè)，射開套管后，從套管環(huán)空進(jìn)行壓裂，壓裂液通過套管射開的孔道進(jìn)入地層；第一段施工結(jié)束后，上提連續(xù)油管解封封隔器，再次定位進(jìn)行下一層施工，下放坐封封隔器對(duì)前一段進(jìn)行封隔后，開始進(jìn)行第二段施工作業(yè)，以此步驟完成所有層段施工。該工藝施工可控，并可以連續(xù)多級(jí)施工，達(dá)到提高改造效率和規(guī)模的目標(biāo)[7,8]。

通過對(duì)比分析三種體積壓裂工藝，水力噴射環(huán)空加砂、連續(xù)油管帶底封拖動(dòng)壓裂技術(shù)施工時(shí)由于油管限制，最高排量能達(dá)到8.0 m3/min，橋塞射孔聯(lián)作工藝可實(shí)現(xiàn)光套管壓裂，施工排量可達(dá)到15.0 m3/min，各工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 水平井體積壓裂工藝特點(diǎn)對(duì)比

1.2 體積壓裂實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)條件

影響致密砂巖儲(chǔ)層壓裂縫延伸的地質(zhì)因素主要包括儲(chǔ)層的巖石礦物成分、巖石力學(xué)性質(zhì)、天然裂縫分布以及水平應(yīng)力場(chǎng)等幾個(gè)重要方面。

(1)巖石礦物成分

從致密砂巖礦物學(xué)分析，很大程度上巖石的脆性是由巖石的礦物成分所控制，通常以致密砂巖中石英的含量占全部礦物成分的百分比來判斷該地層是否有利于在儲(chǔ)層改造中形成裂縫網(wǎng)絡(luò)。通常認(rèn)為，泊松比越小、彈性模量越大，巖石的脆性則越大，儲(chǔ)層改造中油層越容易形成復(fù)雜縫網(wǎng)。當(dāng)前，通過礦物組成含量比例以及泊松比和彈性模量來計(jì)算脆性指數(shù)是目前現(xiàn)場(chǎng)工程施工中常用的表征砂巖塑性與脆性計(jì)算的重要方法。

(2)天然裂縫發(fā)育程度

研究認(rèn)為，在天然裂縫或?qū)永戆l(fā)育儲(chǔ)層中，體積壓裂更易形成復(fù)雜縫網(wǎng)[9]。因此，天然裂縫的存在在一定程度上可以提高水力壓裂的有效性，改善砂巖基質(zhì)的滲流能力，增大儲(chǔ)層的有效滲流面積。微裂縫將是致密砂巖油氣滲流的主要通道，天然裂縫的走向、密度、寬度等特征在很大程度上決定了致密砂巖油氣是否具有勘探開發(fā)價(jià)值。

(3)水平應(yīng)力差

水平應(yīng)力差是指最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力之差，它是影響體積壓裂縫網(wǎng)能否形成的重要條件，特別是對(duì)裂縫性發(fā)育砂巖儲(chǔ)層更為明顯。實(shí)驗(yàn)得出，高逼近角低應(yīng)力差下，水力裂縫將發(fā)生沿天然裂縫延伸或穿過天然裂縫的混合模式；低逼近角和中逼近角低應(yīng)力差下，水力裂縫容易沿天然裂縫起裂延伸，因此可得出儲(chǔ)層改造中，在低水平應(yīng)力差下體積壓裂更易形成復(fù)雜縫網(wǎng)[10]。

2 延長(zhǎng)油田體積壓裂可壓性分析

2.1 儲(chǔ)層巖石的礦物組分及脆性特征

儲(chǔ)層巖性具有顯著的脆性特征，是實(shí)現(xiàn)體積改造的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過取樣分析，大量研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：延長(zhǎng)油田不同區(qū)域，儲(chǔ)層巖石礦物組分差異較大，富含石英或者碳酸鹽巖等脆性礦物的儲(chǔ)層有利于產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，黏土礦物含量高的塑性地層不易形成復(fù)雜縫網(wǎng)。延長(zhǎng)油田致密油礦物分析見表2。

表2 全巖礦物組分分析統(tǒng)計(jì)表

2.2 儲(chǔ)層天然裂縫

圖3 致密儲(chǔ)層巖心裂縫情況

通過延長(zhǎng)油田致密油層試井資料分析與巖芯試驗(yàn)表明：在地層條件下這些微裂縫是閉合的，對(duì)油氣滲流影響不大(圖3)。但壓裂時(shí)，可將人工裂縫與天然縫溝通。從區(qū)域裂縫特征看，天然裂縫主要為垂直裂縫。天然裂縫的存在使得人工改造后的裂縫系統(tǒng)更加復(fù)雜，對(duì)體積壓裂、縫網(wǎng)形成極為有利。

通過對(duì)比國(guó)外體積壓裂典型地質(zhì)特征參數(shù)(表4)，延長(zhǎng)油田致密油藏與國(guó)外致密油層相比，脆性程度、物性條件、天然裂縫特征等方面有一定的相似性，在一定程度上有利于形成縫網(wǎng)，具備體積壓裂地層條件，可以進(jìn)行體積壓裂探索試驗(yàn)。

表4 國(guó)外體積壓裂典型地質(zhì)特征與延長(zhǎng)地質(zhì)特征對(duì)比

3 現(xiàn)場(chǎng)施工分析

3.1 單井產(chǎn)量分析

以黃陵區(qū)塊為例，通過對(duì)比同一井組不同壓裂工藝生產(chǎn)曲線(圖4)，SP4井采用常規(guī)壓裂工藝，平均日常油3.2 t，SP5井采用體積壓裂(射孔橋塞)工藝，平均日常油10.4 t，是常規(guī)壓裂的3.1倍。充分說明體積壓裂能夠明顯提高單井產(chǎn)量。

3.2 整體效益分析

該區(qū)塊共有水平井52口，其中水平井體積壓裂井39口，常規(guī)壓裂14口，雖然體積壓裂較常規(guī)壓裂平均投資較高，但其新建產(chǎn)能大，投資回收期短，通過分析整個(gè)區(qū)域新建產(chǎn)能、投資回收期(表5)，可以得出水平井體積壓裂可實(shí)現(xiàn)致密油的高效開發(fā)。

圖4 SP4井、SP5井生產(chǎn)曲線

表5 體積壓裂與常規(guī)壓裂投資回收期分析表

4 結(jié)論與建議

延長(zhǎng)油田儲(chǔ)層具備實(shí)施體積壓裂的條件，水力泵送橋塞射孔聯(lián)作、水力噴砂環(huán)空加砂壓裂工藝得以應(yīng)用，并已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了體積壓裂技術(shù)對(duì)儲(chǔ)集層的改造，可見，體積壓裂技術(shù)將有望逐步成為致密油藏經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。但是，體積壓裂裂縫形態(tài)、具體施工最優(yōu)參數(shù)值得進(jìn)一步研究。