低滲油藏壓裂改造工藝的研究與應用

楊建華 楊蘇南

（1.中原油田分公司采油二廠；2.重慶大學城重慶科技學院石油與天然氣工程學院）

低滲油藏壓裂改造工藝的研究與應用

楊建華1楊蘇南2

（1.中原油田分公司采油二廠；2.重慶大學城重慶科技學院石油與天然氣工程學院）

濮城油田W42、W43斷塊屬于典型的低孔、低滲、非均質油藏，采取常規開發方案無法對其進行經濟有效的開采。通過油藏地質特征、開發歷程及現狀分析，區塊油井普遍存在“四低”現象（產能低、液面低、含水低、采出程度低）。從油藏壓裂改造工藝研究出發，對油藏油水井相繼實施壓裂改造，實施油水井均取得了良好的開發效果，區塊油藏開發指標得到明顯改善。

濮城油田 低滲油藏 壓裂改造 效果

1 油藏概況及地質特征

1.1 油藏概況

濮城油田W42、W43斷塊區油藏區域構造位于東濮凹陷中央隆起帶北部，文、衛、濮構造的結合部。西以衛東斷層為界，東部為濮衛次洼。斷塊平面上呈北北東-南南西向延伸的長條狀，含油面積5.4 km2，探明石油地質儲量226×104t，油藏平均有效厚度13.5 m，平均孔隙度11.2%～14%。沙三中3油藏空氣滲透率為（0.56～1.7）×10-3μm2，沙三中4油藏空氣滲透率為（0.49～1.44）×10-3μm2，該區屬于低孔低滲型儲層。W42塊儲層縱向分布比較集中，含油井段僅60～90 m，這是該區儲層發育的最大特點。W43塊儲層平面上、縱向上都表現出較強的非均質性，平面上儲層物性表現為由西向東、由北向南逐漸變差。

1.2 構造特征

W42、W43斷塊區構造處于衛東斷層下降盤，主要表現為由衛東斷層及其伴生的西傾斷層構成反“Y”型結構而形成的若干反向屋脊，構造走向北北東。

1.3 儲層分布

W42、W43斷塊區儲層巖性為砂巖，油藏油層埋深3 150～3 600 m，儲集類型為孔隙型，該塊儲層處于衛城上鹽與下鹽之間，油層縱向上分布比較集中，含油井段僅60 m，該區儲層在平面上由西向東發育變差，在構造高部位發育較好，向低部位變差，砂巖連通狀況中等，砂層厚度連通率50.1%～83.2%，砂層層數連通率62.0%～77.1%。

W42塊主要含油層位于沙三中3-4砂組和沙三中8-10。沙三中3-4砂組儲層發育較好，物源來自北東方向，由北東向南西方向砂巖發育程度逐漸變差；沙三中8-10儲層主要分布在W42井附近，向南砂巖逐漸尖滅。

W43塊主要含油層位于沙三中3-4、沙三中8-10。沙三中3-4油藏為構造油藏，沙三中8-10油藏屬于構造-巖性油藏。

1.4 儲層物性

W42、W43斷塊區沙三中3－4砂層組平均孔隙度為14.0%，平均空氣滲透率為3.5×10-3μm2，碳酸鹽含量14.6%，泥質含量10.2%，屬于低孔、低滲型儲層。

儲層物性在平面上、縱向上都表現出非均質性，物性的好壞與物源方向及埋深有關。平面上儲層物性表現為由西向東逐漸變差的特點?？v向上物性變化規律不明顯。該塊流體分布受斷層、構造、地層、巖性等因素的控制。平面上油層富集于構造高部位。剖面上衛城上鹽形成良好的蓋層，油氣富集井段較為集中。

據試油資料分析，地面原油密度0.851 4 g/cm3，黏度9 mPa·s，含硫0.31%，凝固點33.7℃；地層水總礦化度27×104mg/L，氯離子16.7×104mg/L，水型CaCl2。

據RFT測壓資料，油藏原始地層壓力34.5～41.8 MPa，壓力系數一般在1.0～1.24之間，油藏溫度l14～128℃。

2 油藏開發歷程及開發現狀

W42、W43塊的開發經過了試油、試采、試注和滾動開發等四個階段[1]。

2.1 試油

W42、W43塊從1984年就開始了勘探工作，到1992年先后部署了3口探井，逐步落實了油藏構造形態、油層分布及儲層物性。W42、W350井試油獲工業油流。W42井于1984年11月試油，射孔沙三中4，抽汲求產，日產油3.8 t，壓裂改造后，日產油12 t；W350井1992年4月試油，射孔沙三中4，井段3 575.5～3 585.5 m，砂層厚度4.5 m/2層，地層測試日產油1.84 t，通過壓裂改造后，抽汲求產，日產油9.77 t。

從試油試采資料表明，W42塊油層物性差，單井產能低，單井日產油均在4 t以下，要獲得工業油流必須通過壓裂改造。

2.2 試采

1991—2000年，W320、濮82井等相繼投產試采。W320井投產初期日產能力低，僅2～4 t，濮82井日產油為20 t，產能相對較高，但產量下降較快，僅3個月后日產油就下降到3 t。由于該塊井較少，資料缺乏，無法進一步深入細致的研究，加上構造和儲層分布不均。因此，W42、W43塊作為難采儲量長期未能投入開發。

2.3 試注

2000年，W42-5水井試注，初期油壓為38 MPa，日注水量44 m3，對應油井W42-3、W 42-2。由于儲層物性差，井下虧空大，對應油井沒有明顯的見效現象。W42-5井于2000年9月轉抽，階段累計注水量2 994 m3，從而了解了水井的注水情況，為以后水井的正式注水創造了條件。

2.4 滾動開發

隨著濮城油田老區采出程度越來越高，尋找新的產能接替區塊顯得越來越重要。文衛濮結合部地震資料的錄取和地震數據處理工作的完成、三維地震資料解釋系統的引進為結合部的滾動勘探開發創造了條件。多年來從地質及油藏工程方面不斷深入研究，特別是油層大型壓裂改造工藝技術的進步，給W42、W43塊油藏的開發帶來了曙光。2007年在構造的相對高部位部署了一口開發井W42－1井，在鉆井和投產過程中，采用了大量的新技術、新工藝：降低鉆井泥漿密度，減少油層污染；改用新型射孔槍，提高對地層穿透能力；提高壓裂排量和規模，造寬縫長縫；采用全陶粒充填，改進支撐能力，有效提高了井的完善程度，增加了油層的導流能力，解放了生產層；同時加深泵掛，放大生產壓差，該井投產射開沙三中3-4，18.4 m/12層壓裂，日產油20 t以上，比該塊日產水平有了很大程度的提高。

通過滾動開發，W42、W43塊難動用儲量得到了動用，動用地質儲量226×104t，動用含油面積5.4 km2，為濮城油田的穩產起到了積極的作用。

2.5 開發現狀

截至2009年12月，W42、W43斷塊共有油水井27口，其中油井19口、水井8口，注采井數比1∶2.38，油井實際開井16口，日產液水平84 t，日產油水平59 t，綜合含水30%，平均單井日產液水平5.3 t，平均單井日產油水平3.7 t，折算年采油速度1.25%，折算年采液速度4.8%，地質采出程度只有6.8%，水井開井6口，單元日注水平522 m3，單井日注水平87 m3。

3 油藏壓裂改造的必要性

該油藏油井存在著“四低”現象，即產能低、液面低、含水低、采出程度低。針對這一狀況，有必要采取壓裂改造方法來滿足當前該油藏開發的需要，進一步提高油藏開發效果。

采取壓裂改造有以下理由：

◇油藏儲層物性差，只有進行壓裂改造才能充分釋放油層潛力；

◇油井單井產能低，只有進行壓裂改造才能提高油井產能；

◇油藏采油速度低，采出程度低，開發效果差，只有進行壓裂改造才能提高油藏整體開發效果；

◇油藏注采井網基本完善且構造相對簡單，儲層縱向和平面上分布穩定，油水井連通性好，能量供給充分，非常適合壓裂改造引效；

◇油藏儲量規模小，豐度高，油水井數少，壓裂規模小，投入少，見效快；

◇目前壓裂工藝技術得到了長足發展和完善，能夠較好地滿足該油藏油水井壓裂改造的需要，并從以往的壓裂效果也得到了證實。

4 油藏壓裂改造研究

4.1 油藏壓裂改造設計原則[2]

1）針對油藏地質條件，遵循少投入、多產出的經濟原則，采用先進可行的工藝技術。

2）最大限度地提高單井產量，并使壓后產量保持較長時期的增產、穩產，以保證產能建設和配產任務的完成，并盡可能地減少井數，降低開發費用，增加效益。

3）與井網部署相結合，優化裂縫方位和縫長，最大限度地提高水驅效果，改善產油剖面，以提高最終采收率。

4）在對油藏整體壓裂后的一次采油和二次采油動態預測的基礎上，對油田注水和油藏壓力保持水平提出要求。

4.2 油藏壓裂改造工藝研究[3]

壓裂改造其直接對象是油藏，整體壓裂設計的首項工作便是全面了解油藏地質特征，以使整體壓裂設計建立在較為可靠的地質基礎之上。油藏地質研究主要包括儲量（剩余儲量）分析、油層展布及連通和隔層情況等。

4.2.1 油藏地質研究

該區塊含油面積5.4 km2，探明石油地質儲量226×104t，標定可采儲量47×104t。截至2009年12月底累計產油13.21×104t，地質采出程度只有5.85%，剩余可采儲量達33.79×104t，占可采儲量的71.9%，平均單井（油井）剩余可采儲量達2.25×104t，而且油井平均含水只有33.8%，有很好的儲量挖潛基礎。從油水井連通狀況看，油水井砂層厚度連通率平均達70%以上，油水井對應關系好，能量供給充分，隔層以泥巖為主，隔層厚度大，非常適合壓裂引效。

4.2.2 壓裂改造工藝研究

壓裂方式的選擇：要根據油層套管結構、儲層縱向分布特點、固井質量、井況以及施工壓力而確定。W42、W43塊套管為P110×139.7 mm×9.17 mm和N80×139.7 mm×9.17 mm，P110×139.7 mm×10.54 mm和N80×139.7 mm×10.54 mm，其內徑為121.36 mm和118.62 mm。由于該塊破裂壓力一般大于60 MPa，所以主要采用油管注入合層壓裂和卡封壓裂方式。對于固井質量不好的井以油管注入卡封壓裂方式；對油層跨度大、縱向非均質而且隔層條件較好的井，則采用卡雙封分壓的方式；對于新井及壓裂層段跨度不大的井則采用油管注入合層壓裂的方式。

壓裂液選擇：由于該區塊高溫高鹽，深層低滲，建議壓裂液使用高溫低傷害羥丙基胍膠+有機硼膠聯劑+膠囊破膠劑的水基壓裂液體系，壓裂液耐溫130℃，破膠水化時間4 h，能夠滿足深層低滲油藏壓裂施工的需要，要求壓裂液黏度控制在140～170 mPa·s左右，破膠后水化液黏度低，壓裂液殘渣少，壓裂液與地層配伍性好。

支撐劑選擇：由于該區塊閉合壓力在50 MPa以上，建議支撐劑使用粒徑0.45～0.90 mm高強度陶粒以及0.09～0.224 mm高強度陶粒，陶粒在69 MPa下破碎率5%。

5 壓裂改造工藝實施效果

5.1 油井壓裂

2010—2011年5月，濮城油田W42、W43塊共實施油水井壓裂18井次，完成計劃井次的100%。其中新井4井次，老井13井次，工藝成功率100%，見表1。4口新井壓后初期日產液92.7 t，日產油74.0 t，平均單井日產液23.2 t，平均單井日增油11.75 t，含水49.3%，截至目前已累計增油2 940 t。

表1 W42、W43塊油水井壓裂改造實施效果

13口老井壓后有效13口井，有效率100%，壓后日增液199.8 t，日增油133.3 t，平均單井日增液15.4 t，平均單井日增油10.25 t，含水下降了10個百分點，截至目前已累計增油10 548 t，平均單井累計增油811 t，平均單井有效期159 d。

13口老井共用前置液量1 597.9 m3，攜砂液量為1 509 m3，頂替液337.2 m3；支撐劑為0.45～0.90 mm的陶粒，總體積457.1 m3，平均單井加砂35.2 m3，平均砂比30.3%。4口新井共用前置液量425 m3，攜砂液量323 m3，頂替液152 m3；支撐劑為0.45～0.90 mm的陶粒，總體積98 m3，平均單井加砂24.5 m3，平均砂比30.3%。

5.2 水井壓裂

該塊共壓裂注水井1口，壓裂時采用卡雙封壓裂。第一層設計縫長100 m，縫高24.3 m，加0.45～0.90 mm的陶粒20 m3，平均砂比30.1%；第二層設計縫長90 m，縫高11.6 m，加0.45～0.90 mm的陶粒15 m3，平均砂比30.1%；施工時兩層的破裂壓力分別為74.5 MPa和73.3 MPa，攜砂壓力為63.5 MPa和64.9 MPa，施工順利。

壓前該井由于注水壓力偏高，注不進水，壓后注水壓力降為40 MPa，配注60 m3，實際日注69 m3，日增注量69 m3，對應油井42-1井日產油量也由最初的2.7 t上升到6.1 t，取得了較好的壓裂效果。

5.3 效果分析與經濟效益

該塊壓裂增產效果好的原因除剩余油富集、地層能量充沛外，大量壓裂新工藝、新技術的推廣應用是很重要的一個方面。

從區塊近兩年的開發形勢看，W42、W43塊日產液量、日產油量穩步上升，綜合遞減、自然遞減不斷下降。日產液水平由2009年12月份的84 t逐步上升到目前的148 t，上升了64 t，上升幅度達88.9%；日產油水平由2009年12月份的59 t逐步上升到目前的106 t，上升了47 t，上升幅度達85.5%；綜合含水由2009年12月份的30%下降到目前的23.08%，保持了穩定并略有下降。

通過壓裂改造和治理，區塊開發指標明顯改善，年產液比2009年增加了0.47×104t，年產油比2009年增加了0.87×104t，年均含水下降了14個百分點，采油速度由2009年的0.98%提高到1.37%，提高了0.37百分點，綜合遞減由2009年的18.9%下降到2011年的-28.4%，下降了47.3個百分點，自然遞減由2002年的20.38%下降到2003年的12.7%，下降了7.68個百分點，同時，增加可采儲量8.99×104t。

區塊壓裂17口井，累計增油13 488 t，共投入壓裂費用850×104元，若每噸原油價格按4 000元人民幣折算，則產出效益為5 395.2×104元，投入產出比為1∶6.35。

6 認識

1）區塊壓裂改造是改善深層低滲油藏開發效果的有效方法，尤其適用于小斷塊油藏。

2）區塊壓裂改造需要建立在注采較為完善的基礎上，以確保有充足的地層能量，延長有效期。

3）搞清楚剩余油分布以及儲層能量情況是提高壓裂效果的重要技術前提。

[1]劉一江.壓裂工藝技術的發展和提高壓裂工藝效果的對策.中原油田采油新技術文集[C].北京:石油工業出版社,2000:234-240.

[2]徐樹漢.低滲透油藏提高開發效果配套技術研究與應用.濮城油田高含水期開發技術論文集[C].北京:石油工業出版社,2002:63-68.

[3]劉月臣.濮城油田壓裂改造工藝配套技術.中原油田科技論文集[C].北京:石油工業出版社,2002:285-288.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.006

楊建華，1987年畢業于重慶石油學校，工程師，從事采油技術研究管理工作，E-mail：Yangyang8058@sina.com，地址：河南省范縣中原油田分公司采油二廠工藝研究所，457532。

2011-08-04）