AN區塊致密油藏低產水平井裂縫診斷方法

白曉虎龐鵬蘇良銀達引朋趙伯平吳甫讓

1. 中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田開發國家工程重點實驗室

AN區塊致密油藏低產水平井裂縫診斷方法

白曉虎1，2龐鵬1，2蘇良銀1，2達引朋1，2趙伯平1，2吳甫讓1，2

1. 中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田開發國家工程重點實驗室

常規測試技術難以評價鄂爾多斯盆地AN區塊致密油藏低產水平井長期生產狀態下的各段裂縫狀況。為準確掌握低產水平井措施前各段裂縫關鍵信息，設計了壓縮式雙封單卡管柱，獲取水平井分段變排量擠注壓力和關井后壓降數據，應用裂縫擠注指示曲線、瞬時停泵壓力和裂縫擴散壓力綜合評價水平井初次改造充分性、射孔孔眼堵塞情況，并求取水平井分段油藏壓力和產量。在AN區塊致密油藏水平井開展了測試及分析，結果表明該裂縫診斷方法可判識分段裂縫的初次改造程度、孔眼堵塞情況，且3種油藏壓力分析方法計算結果基本一致，可相互驗證。診斷結果為措施潛力井段篩選、工藝優選及參數優化提供指導。對開展了診斷測試的4口致密油藏低產水平井實施重復改造，與未測試的措施水平井相比單井產量提高了70%。該方法對其他非常規儲層低產水平井措施前的裂縫診斷具有一定的借鑒意義。

致密油藏；水平井；裂縫診斷；重復改造

鄂爾多斯盆地AN區塊長7致密油藏位于伊陜斜坡西南部，為陸相碎屑巖儲層，以細砂巖為主。油層厚度約10～15 m，平面上連片性好；平均孔隙度8.9%，氣測滲透率0.17 mD，天然裂縫發育；油藏原始地層壓力16.9 MPa，地層壓力系數為0.77，為異常低壓油藏。該區塊早期采用低滲透低壓油藏菱形反九點井網超前注水開發的模式，注水開發效果較差［1］。隨著水平井鉆井和體積壓裂工藝的成熟，該區形成了以水平井體積壓裂后衰竭式開發為主的開發方式，水平井平均水平段長度800～1 000 m。AN區塊水平井采用水力噴砂分段多簇體積壓裂技術改造［2-4］，初期單井產量達10.2 t/d，是直井的10倍。與國內外其他非常規油氣藏類似，隨著開發時間推移和生產過程中壓力等條件的改變［5］，AN區塊水平井產量整體遞減較大，1年后遞減至4～5 t/d，2年后遞減至2～3 t/ d，亟需實施針對性的措施來提高單井產量，改善開發效果，而評價水平井長期生產狀態下各段裂縫的狀況是制定針對性措施的前提。

1　致密油藏低產水平井裂縫診斷難點

Difficulties in fracture diagnosis of low yield horizontal wells in tight oil reservoir

受儲層非均質性、初次改造充分程度、長期生產結垢結蠟等因素影響，致密油水平井長期生產條件下的各段裂縫狀況難以清楚認識。若對分段裂縫信息掌握不清，就難以采取針對性的重復改造措施，往往造成選井選段盲目、設計不夠優化等結果。因此如何獲得致密油藏低產水平井裂縫的關鍵信息是評價增產潛力、選取措施工藝和優化工藝參數的基礎，關鍵信息包括初次是否壓開、孔眼是否堵塞、地層能量、分段產量等。針對水平井分段產量測試，郭洪志［6］、趙政嘉［7］等人研究了產液剖面測試、示蹤劑評價、分段抽汲求產等技術，但主要適用于高液量水平井測試（日產液量大于15～20 m3/d）。趙志紅［8］認為目前水平井測試技術因受儀器精度、樣品選取等諸多外界因素影響，用于低液量低產水平井分段求產的誤差較大，難以準確診斷致密油藏低產水平井裂縫關鍵信息。AN致密油區塊水平井水平段長度800～1 000 m，初次改造10段左右，目前以低液量低產為主（日產液量僅2～3 m3/d），因此常規水平井測試技術難以評價該類水平井的分段裂縫狀況。另一方面，借助小型壓裂測試方法可獲取裂縫和儲層關鍵參數，但該做法主要應用于新區開發的直井壓前測試，水平井應用較少，而水平井老井領域更屬空白。為此借鑒直井小型壓裂測試的思路，提出了“小排量階梯注入-關井測壓降”來分段診斷致密油藏低產水平井裂縫的關鍵信息。

2　致密油藏低產水平井裂縫測試分析

Fracture test of low-yield horizontal wells in tight oil reservoir

結合致密油藏低產水平井裂縫診斷難點，應用不依賴排量坐封和解封的壓縮式雙封單卡管柱，對水平井分段擠注定量的液體，錄取目的井段的擠注壓力和停泵壓降，建立油藏壓力和產量的解釋方法，并基于各段裂縫的認識，對比分析段間差異，優選針對性的重復改造措施，優化關鍵工藝參數，以提高措施針對性和效果。

2.1測試管柱設計

Design of test string

擴張式雙封單卡管柱是水平井拖動分段作業常用的工具［9］。該管柱需達到與噴砂器適配的排量才能坐封，且停泵后易解封，不能實現小排量擠注和定點關井測壓降。為此設計了不依賴排量坐封的壓縮式雙封單卡管柱，管柱組合由上而下為：油管至井口+安全接頭+油管+反洗閥+水力錨+Y111封隔器+調整油管+噴砂器+單流閥+伸縮補償器+Y211封隔器。該管柱操作步驟為：首先預置在目的測試井段，通過井口上提管柱1.5～2.0 m將底部Y211封隔器變換軌道，然后下放管柱壓縮膠筒實現坐封。Y211封隔器坐封后，對上部管柱提供錨定支撐，管柱繼續下放壓縮Y111封隔器膠筒使其坐封。該壓縮式雙封單卡管柱坐封后可實現任意排量擠注，且在停泵后保持坐封，可關井測試目的井段壓力降落。完成測試后上提管柱即可解封，拖動至下一井段重復上述工序來完成多段擠注和關井測壓降作業。該管柱耐壓70 MPa，耐溫120 ℃，滿足鄂爾多斯盆地致密油儲層水平井測試。

2.2測試基本步驟

Test procedures

該測試方法分2步實施：一是小排量階梯注入，即利用壓縮式雙封單卡管柱卡封目的測試井段，通過階梯升或降排量定量注入活性水，錄取不同擠注排量下裂縫吸收壓力；施工排量一般設計為0.2～2.0 m3/min，以0.2～0.3 m3/min排量遞增，擠注液量按照初次壓裂入地液量的5%～10%設計；二是關井測壓降，即在注入階段完成后，井口關井測試裂縫壓力降落情況（測試時間1 h左右）。

2.3裂縫診斷分析

Diagnostic analyses of fractures

基于“小排量階梯注入-關井測壓降”錄取的資料，可直接判斷裂縫初次改造是否充分、孔眼是否堵塞、段間是否竄通等情況，對于分段油藏壓力和產量則需建立數學模型來計算。秦緒英［10］、何青琴［11］、LI P［12］、Hemanta M［13］等人研究表明，對于低孔低滲砂巖、頁巖和碳酸鹽巖地層，最小水平地應力與油藏孔隙壓力直接相關，二者滿足Wright的多孔彈性模型（式1）。AN區塊長7為低孔低滲低壓致密砂巖地層，滿足該式應用條件。

式中，σh為最小水平地應力，MPa；ν為泊松比；α為畢奧特系數；σv為垂向應力，MPa；pr為油藏壓力，MPa。

式（1）可變形為油藏孔隙壓力與最小水平地應力的表達式

對于已壓開的地層，再次壓開地層的壓力為裂縫閉合應力pc，其等于最小水平地應力σh［14］，在常規壓裂分析中瞬時停泵壓力則可直接代表最小水平主應力σh［15-16］。通過裂縫擠注指示曲線獲得裂縫閉合應力，通過單切線法拾取準確的瞬時停泵壓力獲得最小水平主應力，利用式（2）計算分段裂縫油藏壓力，并計算了裂縫擴散壓力進行對比驗證。

2.3.1裂縫擠注指示曲線 在擠注施工曲線上選取不同排量下的裂縫吸收壓力作圖，得到測試井的分段裂縫擠注指示曲線。圖1為鄂爾多斯盆地AN區塊致密油藏HW-1水平井的5段裂縫擠注指示曲線，可以看出，處于下方的曲線表示裂縫導流能力較高、地層能量較低、吸水能力較強，上方的曲線表示裂縫導流能力較低、地層能量較高、吸水能力較弱。

圖1　HW-1水平井各段裂縫指示曲線Fig. 1 Sectional fracture index curve of horizontal well HW 1

為研究水平井各段裂縫擠注曲線差異，首先需認識擠注過程中流體在存在支撐劑的裂縫內的流動規律。通常采用卡佳霍夫公式來判識（式3），當Re≤0.3時流體流態為黏滯力占優勢的層流，服從達西定律；當Re＞0.3時流體流態為慣性力占優勢的層流甚至紊流，達西定律不再適用，而滿足P. Forchheimei非線性（二項式）方程（式4）。AN區塊長7致密油藏水平井采用0.2～2.0 m3/min排量擠注時Re在0.5～2.6之間，滿足非線性（二項式）方程。從圖1中擠注曲線形態及回歸方程也可以看出，AN區塊長7致密油藏流體向裂縫內部流動時壓力與流量之間滿足二項式規律。

式中，Re為雷諾數，其臨界值為0.2～0.3；ν為滲流速度，cm/s；k為滲透率，μm2；μ為擠注液體黏度，mPa·s；ρ為密度，g/cm3；φ為孔隙度，%；Δp為擠注壓差，MPa；q為擠注排量，m3/min；a、b為取決于巖石和流體物理性質的常數。

考慮靜液柱壓力及總摩阻的影響，擠注壓差與井口擠注壓力、閉合應力滿足式（5），與式（4）結合得到地面油管壓力與擠注排量的二項式關系式（式6）。令c=pc+pf- ph，則式（6）可寫為式（7），a、b、c可通過指示曲線回歸二項式方程系數得到。在獲得每段對應的系數后，利用式（8）計算裂縫閉合應力pc，再按式（2）即可計算各段油藏壓力值pr。

式中，pt為地面油管壓力，MPa；ph為靜液柱壓力，MPa；pf為總摩阻，MPa；pc為裂縫閉合應力，MPa。2.3.2 瞬時停泵壓力 瞬時停泵壓力判讀準確與否非常重要，而近井筒摩阻影響以及水擊效應會導致真實瞬時停泵壓力值較難拾取，難以獲得準確的瞬時停泵壓力。關于瞬時停泵壓力的判讀問題，孫翠容［17］、雷群［18］、Lee M Y［19］等國內外從事水力壓裂地應力測量的研究人員針對不同的情況提出了多種確定方法，如拐點法、單切線法、雙切線法、馬斯卡特法等。豐成君［20］研究認為對于巖石完整性差、原生裂隙及節理較發育、巖石結構較破碎的壓裂段，單切線法所取結果比較可靠有效。由于AN區塊致密砂巖初次體積壓裂后裂縫復雜程度較高，采用單切線法求取瞬時停泵壓力比較適用。具體做法是對停泵壓降曲線的穩定段作反向切線，切線與油壓的交點即為瞬時停泵壓力，附加液柱靜壓力即為最小水平主應力，然后可按式（2）計算油藏壓力值pr。

2.3.3裂縫擴散壓力 李宜坤［21］在篩選調剖井時定義注水井關井壓力下降指數（PI）來評價地層優勢竄流通道，PI值越小代表關井壓力下降越快、裂縫竄流通道越發育。本文定義裂縫擴散壓力FPI來表征裂縫吸水和地層擴壓的能力，該值越小，裂縫吸水和地層擴散壓力越容易，即地層能量越低，反之亦然。FPI等于關井壓力降落曲線包絡面積與關井時間比值，表達式為

式中，FPI為裂縫擴散壓力，MPa；p（t）為t時刻井口壓力，MPa；T為關井時間，min。

2.4分段產量計算

Sectional yield computation

利用上述方法求取各段裂縫油藏壓力后，由于水平井各段共用一個井筒，段間裂縫生產流壓基本相同，而生產壓差與產量呈正比，可將壓力值作為權重劈分單井產量而獲得目前各段產量，表達式為

式中，n為剔除初次未壓開或者地層堵塞井段的裂縫條數；Qi為目前正常生產的第i段裂縫產量，m3/d；pri為目前正常生產的第i段裂縫油藏壓力，MPa；Q為水平井目前單井產量，m3/d。

2.5差異化重復改造

Differential repeated stimulation

基于分段裂縫診斷結果，獲得了裂縫初次是否改造充分、射孔孔眼是否堵塞、段間油藏壓力是否平衡等認識。進一步優選針對性的重復改造工藝類型，即初次未壓開的井段采用原井段工藝重復壓裂，孔眼堵塞的井段采用酸化解堵工藝，地層能量偏低的井段采用注水吞吐采油工藝實現油水置換和區域能量補充。關于注水吞吐采油的機理和室內實驗，國內學者已經做了許多研究。黃大志［22］、王鵬志［23］等人認為注入水優先充滿高孔高滲帶、大孔喉或裂縫等有利部位，關井后，在毛細管力的作用下，注入水與中、小孔喉或基質中的油氣產生置換。湯愛云［24］、楊亞東［25］、李忠興［1］等人介紹了注水吞吐采油技術已在牛圈湖油田、塔河油田、長慶油田等礦場實踐中初步取得了成功。通常情況下，水平井控制區域的原始油藏壓力認為是一個定值，所以可結合各段裂縫壓前油藏壓力計算結果確定壓降，進一步優化注水吞吐井段的液量，表達式為

式中，m為剔除初次未壓開的裂縫條數；Vi為第i段裂縫入地液量，m3；pr為原始油藏壓力，MPa；Vpro為本井及鄰井的累產液量，m3。

3　現場應用

Field application

根據建立的低產水平井裂縫測試分析方法，對鄂爾多斯盆地AN區塊致密油藏的重復改造水平井開展了壓前評價，并結合測試診斷結果對低產水平井實施了差異化重復改造。

3.1分段裂縫測試評價

Sectional fracture test evaluation

以鄂爾多斯盆地AN區塊HW1水平井為例，該井初次改造5段，初期產量7.3 m3/d，投產1年后產量遞減至1.8 m3/d，計劃對其實施重復改造，為此開展了壓前分段裂縫診斷測試。

3.1.1初次改造充分性及孔眼堵塞性評價 HW1水平井分段擠注時排量由0.2 m3/min逐級提升至2.0 m3/min，以0.2～0.3 m3/min排量遞增，擠注正常的井段井口壓力基本分布在10～30 MPa，初次改造不充分或孔眼堵塞的井段壓力反應明顯異常。圖2為該井第4段擠注施工曲線，0.2～0.5 m3/min小排量注入時壓力偏高，達30 MPa以上（正常為10 MPa左右），擠注6 min后驟降至7 MPa，后續壓力正常，故判斷該段孔眼堵塞。圖3為該井第5段擠注施工曲線，0.2 m3/min注入時地層破裂壓力明顯（53 MPa），之后維持高壓平臺（工作壓力38～53 MPa）。按照前文第2部分所述方法建立該井分段裂縫擠注指示曲線（圖1），從圖1中5條指示曲線分布特征可以看出，第1～4段裂縫擠注指示曲線比較接近，而第5段明顯上偏，表明該段裂縫導流能力低、吸水能力弱，故該段初次改造未壓開。

圖2　HW1井第4段擠注曲線Fig. 2 Squeeze curve of the fourth section in Well HW 1

圖3　HW1井第5段擠注曲線Fig. 3 Squeeze curve of the fifth section in Well HW 1

3.1.2分段油藏壓力及產量計算 在試擠施工曲線

初步分析的基礎上，采用前文介紹的3種方法計算各段油藏壓力。對于裂縫擠注指示曲線法，首先利用式（6）～（8）計算裂縫閉合應力，再利用式（2）計算油藏壓力；對于瞬時停泵壓力法，首先在各段停泵壓降曲線上畫反向切線截取裂縫閉合應力，再利用式（2）計算油藏壓力；對于裂縫擴散壓力法，直接利用式（9）計算。計算結果見表1，3種方法得到的油藏壓力基本接近，將其平均值作為各段實際油藏壓力。

表1　HW1井各段裂縫不同方法計算的油藏壓力及產量Table 1 Reservoir pressure and output of each section of fracture in Well HW 1 obtained by different methods

從表1可以看出，各段間油藏壓力差異較大，其中第2段油藏壓力偏低，為前期生產主力貢獻層，而第4段孔眼堵塞和第5段初次未壓開，對產量貢獻較小，所以地層壓力偏高。最后利用式（10）計算得到分段產量。

3.2低產水平井重復改造

Repeated stimulation of low yield horizontal wells

根據HW1水平井分段裂縫診斷結果，制定了差異化的重復改造方案。其中，前4段采用注水吞吐采油工藝，利用式（11）優化單段液量為600～1 000 m3，第4段因孔眼堵塞配以前置酸液解堵。第5段因初次未壓開而采用加砂重復壓裂工藝。通過實施針對性的重復改造，該井日產油量由1.8 m3/d提高到6.1 m3/d。措施后對各井段開展與措施前類似的“變排量擠注-關井測壓降”測試，再次計算分段油藏壓力。圖4為該井措施前后的分段油藏壓力柱狀圖，可以看出，各段油藏壓力提高1.5～6.9 MPa，平均油藏壓力由9.3 MPa提高到13.1 MPa，段間趨于平衡，達到了措施目的。

圖4　HW1井措施前后各段裂縫油藏壓力柱狀圖Fig. 4 Reservoir pressure histogram of each section of fracture inWell HW 1 before and after stimulation

目前已在鄂爾多斯盆地的4口重復改造水平井開展了壓前評價測試，并依據診斷結果優化了重復改造方案，平均單井改造4～5段，日產油量由措施前2 m3/d左右提高到6～7 m3/d（如圖5）。

圖5　診斷測試與未診斷測試的水平井重復改造產量對比Fig. 5 Repeated stimulation outputs of horizontal wells with or without diagnostic tests

而同區塊未開展壓前評價測試的低產水平井，僅通過初次壓裂曲線分析制定措施方案，裂縫長期生產狀況認識不清，因此重復改造措施工藝針對性不強，施工參數不夠優化。采用相同的雙封單卡工藝分段重復改造，雖然整體改造段數和規模接近，但措施后單井產量僅為開展測試的重復改造水平井的60%。

4　結論

Conclusions

（1）結合AN致密油區塊特征，基于低產水平井分段“變排量注入-關井測壓降”裂縫診斷資料，集成裂縫擠注指示曲線、瞬時停泵壓力和裂縫擴散壓力三種方法，為評價初次改造充分性、射孔孔眼堵塞情況，求取分段裂縫油藏壓力和產量等關鍵參數提供了手段。

（2）設計的壓縮式雙封單卡管柱，實現了水平井分段小排量注入和定點關井測壓降的測試要求。

（3）在措施前開展裂縫診斷測試評價，可為低產水平井重復改造的潛力井段篩選、工藝優選及參數優化提供直接指導，有效提高措施針對性和增產效果。基于診斷測試的4口重復改造水平井，與未測試的措施水平井相比單井產量提高了70%。

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（修改稿收到日期 2016-04-12）

〔編輯 朱 偉〕

Fracture diagnosis method for low-yield horizontal well in tight oil reservoir of AN block

BAI Xiaohu1，2， PANG Peng1，2， SU Liangyin1，2， DA Yinpeng1，2， ZHAO Boping1，2， WU Furang1，2
1. Oil and Gas Technology Institute， PetroChina Changqing Oilfield Company， Xi’an， Shaanxi 710018， China；2. State Key Laboratory of Low Permeability Field Deνelopment Engineering， Xi’an， Shaanxi 710018， China

In the AN block of the Ordos Basin， the long-term fracture creation in low-yield horizontal wells in tight oil reservoir can not be effectively evaluated by conventional testing techniques. In order to accurately learn the key information of fractures before stimulation in low-yield horizontal wells， the compression type double-sealing & single-stick string was designed to obtain the sectional variable displacement squeeze pressure and shut-in drawdown data of horizontal wells. Then， fracture squeeze index curve， instantaneous pump off pressure and fracture diffusion pressure were used to conduct integrated evaluation on the primary reformation sufficiency and perforation blockage situations of horizontal wells， and thus obtain the sectional reservoir pressure and output of horizontal wells. Test and analysis were conducted in horizontal wells in tight oil reservoir， the AN block， showing that this fracture diagnosis method can be used to discriminate the primary reformation level of sectional fractures and the perforation blockage situations. Furthermore，the calculation results of the 3 kinds of reservoir pressure analysis methods are basically the same， which can be mutually verified. The diagnostic results have provided directions for the screening of potential stimulation section， the technology optimization and the parameter optimization. Repeated stimulation was implemented in 4 low-yield horizontal wells in tight oil reservoir， where diagnostic test

tight oil reservoir； horizontal well； fracture diagnosis； repeated stimulation

白曉虎（1986-），2010年畢業于中國石油大學（北京）油氣田開發工程，現從事壓裂酸化技術研究與應用工作，工程師。通訊地址：（710018）陜西西安未央區明光路長慶油田分公司油氣工藝研究院1102室。電話：029-86590771。Email: baixh_cq@ petrochina.com.cnhad been carried out， and the single well output was increased by 70% than the stimulated horizontal well that had not been tested. This method can provide reference to the pre-stimulation fracture diagnosis of low-yield horizontal wells in other unconventional reservoirs.

TE357.1

A

1000 - 7393（ 2016 ） 03 - 0365- 07

10.13639/j.odpt.2016.03.017

BAI Xiaohu， PANG Peng， SU Liangyin， DA Yinpeng， ZHAO Boping， WU Furang. Fracture diagnosis method for lowyield horizontal well in tight oil reservoir of AN block［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（3）: 365-371.

國家科技重大專項“超低滲透油藏有效開采技術”（編號：2011ZX05013-004）；中石油科技項目“油氣藏儲層改造技術持續攻關專項”（編號：2015CGCGZ004）。

引用格式：白曉虎，龐鵬，蘇良銀，達引朋，趙伯平，吳甫讓. AN區塊致密油藏低產水平井裂縫診斷方法［J］ .石油鉆采工藝，2016，38（3）：365-371.