紅河油田長(zhǎng)8油藏水平井分段壓裂參數(shù)優(yōu)化研究

胡艾國，何 青，陳付虎，姚昌宇，熊 娟

（1.中國石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州450006；2.國內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)三所）

1 儲(chǔ)層地質(zhì)特征

紅河油田位于鄂爾多斯盆地西緣天環(huán)向斜的南段，地層平緩西傾，構(gòu)造南東高，北西低，在西傾單斜背景上由差異壓實(shí)作用形成了由東向西傾沒的系列低幅鼻狀隆起。水平井開發(fā)目的層主要為長(zhǎng)8、長(zhǎng)9儲(chǔ)層，其中，長(zhǎng)8后期沉積演化為湖相三角洲平原亞相沉積，儲(chǔ)集砂體為湖泊三角洲分流河道砂體，砂體的空間展布特征直接受沉積相帶控制，并受河道發(fā)育規(guī)模和展布方向的制約［1-3］。長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖主要由細(xì)砂和少量中砂組成，儲(chǔ)集層砂巖的巖石類型以長(zhǎng)石巖屑、巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，孔隙度為4.4%～14%，平均孔隙度為10.8%，滲透率0.10～0.64×10-3μm2，平均滲透率為0.4×10-3μm2，普遍具有低孔特低滲透特點(diǎn)，儲(chǔ)層部分區(qū)域天然裂縫發(fā)育，平面上非均質(zhì)性強(qiáng)。

2 水平井分段壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化

水平井分段壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)是水平井分段壓裂配套技術(shù)之一，也是決定壓裂增產(chǎn)效果的關(guān)鍵技術(shù)。該優(yōu)化技術(shù)在水平井分段壓裂產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)油田典型工程地質(zhì)參數(shù)，如油藏壓力、深度、厚度、孔隙度和滲透率等，開展了各項(xiàng)壓裂設(shè)計(jì)變量對(duì)產(chǎn)能影響的數(shù)值模擬研究［4-6］，通過優(yōu)選經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，為紅河油田的水平井分段壓裂設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

2.1 裂縫方位優(yōu)化

根據(jù)裂縫起裂理論，當(dāng)水平井井筒與水平最大主應(yīng)力方向一致時(shí)，壓后產(chǎn)生縱向單裂縫；當(dāng)井筒與最小主應(yīng)力方向一致時(shí)，壓后產(chǎn)生橫向裂縫。利用數(shù)值模擬方法對(duì)不同井筒方向與裂縫方位夾角對(duì)產(chǎn)量的影響進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明當(dāng)井筒方向與裂縫方位垂直時(shí)累計(jì)產(chǎn)油量最高。

2.2 裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化

裂縫導(dǎo)流能力主要影響壓后的穩(wěn)產(chǎn)期［7］，對(duì)特低滲透油藏而言，隨著裂縫導(dǎo)流能力的逐漸升高，壓后產(chǎn)量也逐漸升高；但增加到一定程度時(shí)，壓后產(chǎn)量的增幅越來越小。研究選取一個(gè)基本的單段水平井模型（水平段長(zhǎng)120 m，裂縫半長(zhǎng)150 m），進(jìn)行了單段裂縫導(dǎo)流能力優(yōu)化（圖1）。

從圖1中可看出，裂縫導(dǎo)流能力對(duì)日產(chǎn)油量的影響期為1年內(nèi)，結(jié)合紅河油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層物性特征，推薦基質(zhì)層段裂縫導(dǎo)流能力為25～35μm2·cm，裂縫發(fā)育層段裂縫導(dǎo)流能力為40～50μm2·cm。

2.3 裂縫半長(zhǎng)優(yōu)化

選取水平段模型（水平段長(zhǎng)120 m），在不同滲透率條件下，開展了裂縫長(zhǎng)度對(duì)壓裂產(chǎn)能影響模擬研究，模擬結(jié)果見圖2。

從圖2中可看出，優(yōu)化的裂縫半長(zhǎng)與儲(chǔ)層滲透率成反比，即儲(chǔ)層滲透率越低，所需裂縫半長(zhǎng)越長(zhǎng)，且裂縫長(zhǎng)度對(duì)單井產(chǎn)量的影響越明顯，根據(jù)紅河油田長(zhǎng)8油藏儲(chǔ)層物性特征，推薦基質(zhì)層段壓裂裂縫半長(zhǎng)為130～170 m，裂縫發(fā)育段壓裂裂縫半長(zhǎng)為90～120 m。

圖1 不同滲透率條件下日產(chǎn)油量增加倍數(shù)與導(dǎo)流能力的關(guān)系

圖2 不同滲透率條件下日產(chǎn)油量增加倍數(shù)與裂縫長(zhǎng)度的關(guān)系

2.4 裂縫間距優(yōu)化

根據(jù)裂縫導(dǎo)流能力和裂縫半長(zhǎng)的優(yōu)化結(jié)果，對(duì)三種不同物性條件下的模型開展了不同裂縫間距對(duì)壓后產(chǎn)能影響的模擬研究（表1、圖3）。

從圖3中可看出，裂縫間距與儲(chǔ)層滲透率成反比，儲(chǔ)層滲透率越低，所需裂縫條數(shù)越多，間距越短，同時(shí)裂縫條數(shù)的增加，極大地增大了壓力波及面積，這將有效地提高油井的產(chǎn)油能力，并且隨著裂縫條數(shù)的增加，裂縫之間的壓力干擾作用也在增強(qiáng)。根據(jù)紅河油田長(zhǎng)8油藏儲(chǔ)層物性特征，優(yōu)化基質(zhì)區(qū)裂縫間距為90～110 m，裂縫發(fā)育區(qū)裂縫間距120～140 m。

3 水平井分段壓裂施工參數(shù)優(yōu)化

3.1 施工排量?jī)?yōu)化

壓裂施工排量的選擇取決于多種因素。通常情況下高排量可以提高裂縫寬度，降低濾失時(shí)間，提高壓裂效率，但壓裂管柱的尺寸及相應(yīng)的摩阻和費(fèi)用限制了泵注排量，為此開展了不同施工排量對(duì)裂縫幾何參數(shù)和導(dǎo)流能力影響的模擬研究（圖4～5）。

表1 裂縫間距優(yōu)化模型及基本參數(shù)

圖3 不同物性條件下日產(chǎn)油量增加倍數(shù)與裂縫條數(shù)的關(guān)系

圖4 不同排量下裂縫幾何形態(tài)的變化情況

圖5 縫高隨排量的變化情況

由圖4可知：裂縫導(dǎo)流能力隨排量的增加先減小后增大，但都能滿足設(shè)計(jì)要求。動(dòng)態(tài)縫長(zhǎng)隨著排量的增大而增大，支撐縫長(zhǎng)隨著排量的增加先增大后減小，在排量為3.5～4.0m3／d時(shí)達(dá)到最大。由圖5可知：隨著排量的增大，縫高增大，因此，對(duì)于要求控制縫高的儲(chǔ)層，壓裂應(yīng)選用較低的排量。結(jié)合紅河油田長(zhǎng)8油藏儲(chǔ)層物性特征，基質(zhì)型施工的施工排量為2.5～3.5 m3／min，裂縫區(qū)施工排量為3～4 m3／min。

3.2 前置液比例優(yōu)化

選取紅河油田水平井壓裂常用的入井材料和泵注程序，模擬不同濾失系數(shù)下前置液比例對(duì)裂縫形態(tài)的影響（表2）。從中可知，當(dāng)濾失系數(shù)為3 時(shí)，隨著前置液比例的增加，動(dòng)態(tài)縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力也在增加，但支撐縫長(zhǎng)減小；當(dāng)濾失系數(shù)為5時(shí)，隨著前置液比例的增加，動(dòng)態(tài)縫長(zhǎng)和支撐縫長(zhǎng)都相應(yīng)增加，裂縫導(dǎo)流能力減小。根據(jù)前面數(shù)值模擬優(yōu)化結(jié)果，當(dāng)縫長(zhǎng)130～170 m，導(dǎo)流能力25～35μm2·cm 時(shí)，目前的設(shè)計(jì)都能達(dá)到裂縫導(dǎo)流能力的需要。建議采用較低級(jí)別的支撐劑或降低砂比以降低成本，因此，當(dāng)濾失系數(shù)為3時(shí)，優(yōu)化前置液比例為35%；當(dāng)濾失系數(shù)為5時(shí)，優(yōu)化前置液比例為40%，當(dāng)濾失系數(shù)達(dá)7時(shí)，建議采用綜合降濾失技術(shù)并提高排量，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表2 前置液比例對(duì)裂縫形態(tài)的影響

3.3 平均砂比優(yōu)化

砂比是壓裂施工過程中一項(xiàng)重要參數(shù)，因此，開展了平均砂比對(duì)裂縫參數(shù)影響的數(shù)值模擬研究。

砂比對(duì)動(dòng)態(tài)縫長(zhǎng)、支撐縫長(zhǎng)和縫高的影響甚微，但隨著砂比提高，裂縫導(dǎo)流能力顯著增大，在砂比為20.4%時(shí)，模擬導(dǎo)流能力也可滿足壓裂對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的需求，綜合分析砂比對(duì)施工過程的影響，優(yōu)化基質(zhì)儲(chǔ)層的平均砂比為22%～24%，裂縫區(qū)平均砂比為24%～26%。

3.4 分段加砂量?jī)?yōu)化

通過數(shù)值模擬得到加砂量對(duì)裂縫參數(shù)的影響情況。支撐裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力隨著砂量增加而增大，在相同砂量、砂比和前置液的情況下，儲(chǔ)層滲透性越好，支撐縫長(zhǎng)越短，導(dǎo)流能力越好。根據(jù)紅河油田長(zhǎng)8油藏儲(chǔ)層特征和優(yōu)化的導(dǎo)流能力、裂縫半長(zhǎng)，優(yōu)化基質(zhì)區(qū)加砂量為30 m3，裂縫發(fā)育區(qū)加砂量為20 m3。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

HHxPx井是紅河油田的一口水平井，水平段長(zhǎng)1 014 m，鉆遇砂巖962 m，水平段方位165°，與裂縫夾角為90°，利用裸眼封隔器對(duì)該井進(jìn)行10段壓裂，其優(yōu)化后的施工參數(shù)見表3。

該井壓裂施工后壓力正常，壓后關(guān)井2 h放噴，初期最高日產(chǎn)油34.1 t，目前日產(chǎn)液18.1 m3，日產(chǎn)油9.39t，累計(jì)生產(chǎn)301 d，累積產(chǎn)油5 108t，增產(chǎn)效果顯著（圖6）。

表3 HHxPx井壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)

圖6 HHxPx井生產(chǎn)曲線情況

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)紅河油田長(zhǎng)8油藏水平井分段壓裂參數(shù)的優(yōu)化，明確了基質(zhì)型儲(chǔ)層和裂縫性儲(chǔ)層的施工規(guī)模，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明參數(shù)優(yōu)化合理，增產(chǎn)效果明顯。

（2）目前參數(shù)優(yōu)化技術(shù)只是針對(duì)管外封隔器分段壓裂工藝的，對(duì)于水力噴射以及套管固井完井壓裂工藝的參數(shù)優(yōu)化還有待進(jìn)一步研究。

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