特低渗油藏裂缝垂向延伸增产技术<br/>——以靖安油田塞392区块为例

特低渗油藏裂缝垂向延伸增产技术
——以靖安油田塞392区块为例

2010-08-31陈建宏李传浩沈焕文王碧涛王高强

石油地质与工程 2010年1期

关键词：加砂排量单井

陈建宏,李传浩,沈焕文,王凯,王碧涛,王高强

(中国石油长庆油田公司采油三厂,陕西吴起717600)

特低渗油藏裂缝垂向延伸增产技术
——以靖安油田塞392区块为例

陈建宏,李传浩,沈焕文,王凯,王碧涛,王高强

(中国石油长庆油田公司采油三厂,陕西吴起717600)

随着特低渗油藏开发规模的扩大,特低渗油藏提高单井产量是目前各油田面临的重要研究课题。为此,对裂缝垂向延伸的增产机理、影响裂缝垂向延伸的主要因素以及裂缝垂向延伸适应油藏条件开展了深入分析研究,提出了裂缝垂向延伸增产技术和实施条件。该技术为特低渗油藏提高单井产量提供了一种有效途径,对此类油田的开发具有重要意义。

特低渗油藏,裂缝垂向延伸,多级加砂,增产机理

1 裂缝垂向延伸增产机理分析

储层在酸化压裂过程中,由于上下遮挡层的好坏以及不同液体流变性能的不同,裂缝在垂向上的延伸存在穿层和不穿层两种情况[1]。在缝长方向上将裂缝分为无数个相互独立的垂直剖面,每个垂直剖面均可看成二维线性裂纹。当裂缝沿高度方向尖端处的应力强度因子达到其断裂韧性裂缝就会垂向扩展延伸[1]。

1.1 提高泄油面积,提高单井产能

裂缝的泄油面积和导流能力是油井增产的主要因素,而裂缝泄油面积在长6油层主要决定于裂缝的数目和缝长。在特低渗油藏中,由于水平微裂缝的存在,通过人工压裂开启微裂缝,裂缝沿水平方向不断延伸,沟通油水井,使油井见水,造成油井产量下降,所以对于水平微裂缝发育的油藏,利用转向剂的加入,在裂缝内形成高压环境,使缝高增加,垂向裂缝延伸与水平微裂缝沟通,再通过压裂施工参数的控制,最终形成多条裂缝,从而提高单井产量。

1.2 延长裂缝闭合周期,减缓油井递减

在地层中孔隙流体压力作用下,部分上覆岩层的重力被孔隙流体压力所支撑。而压裂后上覆岩层的重力由填充砂和工作液所支撑。根据经验得出,地层深度越深,通过人工压裂的水平裂缝受上覆岩层重力作用越大,裂缝闭合周期越短,随着裂缝导流能力的快速下降,产量递减越大。而在垂直方向上的裂缝受地壳内部的水平运动及其它因素综合作用影响明显小于水平裂缝的上覆岩层重力作用,相应的裂缝闭合周期较长,产量递减小。

1.3 提高小油层剖面动用程度

由于特低渗油藏隔夹层发育(表1),油井压裂后裂缝沿单一的层段或沿层理不断水平延伸,而其它层未能动用,通过裂缝的垂向延伸,裂缝穿过隔夹层屏障,沟通各小层,提高油层剖面动用程度,提高单井产能。

1.4 提高导流能力

在油田开发过程中,由于压力、温度等环境条件的改变,必然引起油井产量的下降,例如化学结垢和沉积引起堵塞、微粒运移引起堵塞或者压裂裂缝闭合,而裂缝垂向延伸可以撑开垂向上的裂缝,减小在开发过程中形成的堵塞和裂缝闭合,从而达到增产的目的。

2 影响裂缝垂向延伸因素分析

影响裂缝垂向延伸的因素主要可归结为两类,一是不可控因素,包括地层应力、岩石性质、天然裂缝和储层的沉积构造;二是可控因素,即施工参数,包括施工泵压、施工排量和液体粘度。

2.1 储层沉积特征对裂缝垂向延伸的影响

沉积特征受水动力条件的影响,表现为隔夹层发育,非均值性强,不同的小层间渗透率存在差异,所以,在储层酸化压裂过程中裂缝易沿一个方向延伸,对于水平层理和平行层理,裂缝易沿较高渗透层单向延伸,造成油水井沟通,油井见水,减弱了裂缝的垂向延伸。因此,储层的沉积特征及其对人为干扰因素影响的敏感程度,决定了裂缝在垂向上可能延伸的程度。

表1 靖安油田塞388-30井长6油层数据

2.2 地层应力对裂缝垂向延伸的影响

断裂力学表明裂缝延伸的形状取决于裂缝尖端处的应力强度因子。在裂缝向前延伸的过程中,水平方向有一个应力强度因子,垂直方向有两个应力强度因子,这三个应力强度因子的对比,决定了裂缝的几何形状。因此,查明地层应力的大小,并分析其与人工压裂时施工压力的共同作用下,对垂向上应力强度因子的影响,对于提高裂缝垂向延伸有较大的定性作用。

2.3 天然裂缝对裂缝垂向延伸的影响

对于天然裂缝不发育的地层,压裂裂缝形态取决于其三向应力状态。根据最小主应力原理,水力压裂裂缝总是产生于强度最弱、阻力最小的方向,即岩石破裂面垂直于最小主应力方向。当Sz最小时,形成水平裂缝;当Sy最小时,形成垂直裂缝[2]。

对于显裂缝发育地层很难出现人工裂缝。而微裂缝地层可能出现多种情况,人工裂缝面可以垂直于最小主应力方向;也可能基本上沿微裂缝的方向发展,把微裂缝串成显裂缝。

对于天然微裂缝发育油藏,由于天然微裂缝的存在,通过人工压裂开启水平微裂缝,使裂缝不断向前延伸,而裂缝高度延伸很小,水平方向的延伸导致油水井间沟通,油井投产即水淹,影响油井产能。

2.4 岩石物性对裂缝垂向延伸的影响

Terzaghi认为[3]:地层岩石变形由有效应力引起。假设地层岩石为理想的均质各向同性线弹性体,弹性状态下垂向载荷产生的水平主应力分量由广义胡克(Hook)定律计算。

E和v为岩石力学参数,典型值见表2。它们与岩石类型和所受到的围压、温度有关。

就岩石物性来讲,对垂向裂缝的延伸影响较大的是岩石的塑性、韧性以及是否存在滑移现象。遮挡层的塑性表现为泊松比,此值越大,对裂缝延伸幅度的影响越大。

表2 常见岩石的泊松比与杨氏模量

在酸化压裂施工期间,隔层和产层是否存在滑移现象,表现为隔层和产层结合是否牢固衡量标准是钝化系数,此系数越大,遮挡层与产层界面结合越不牢固,在施工时越容易产生滑移现象,裂缝的垂向延伸越不容易。

2.5 施工参数对裂缝垂向延伸的影响

影响裂缝几何形状的施工参数,包括流体的粘度和密度、施工排量和射孔孔眼的布置。射孔孔眼的布置可以确保裂缝在油藏内产生,压裂液粘度无论对大型压裂或常规压裂都是非常重要的。理论和实践证明粘度对缝高延伸的影响要比排量大的多。然而,对于形成一定的压裂规模的油田,其压裂液的性能和使用具有相当的稳定性,故压裂液粘度对裂缝高度延伸的影响可看作是一个定量。这样,针对某一区块的酸化压裂施工,影响裂缝垂向延伸的动态因素只有施工排量和施工压力。

(1)施工排量的影响。施工排量与裂缝高度的关系是排量越大,裂缝越高。不同地区由于地层情况不同,施工排量对裂缝高度的影响也不同。根据各个区块压裂施工前后测得的井温数据并参照综合测井图,确定实际压开缝高。根据所得资料采用回归分析的方法,确定各区块排量与缝高的关系:

式中:h——裂缝高度,m;Q——施工排量,m3/min;a,b——回归系数。

在液体粘度一定的条件下,施工排量增加一倍,缝宽仅仅增加18%左右。施工排量一定的条件下,液体粘度增加一倍,缝宽增加达到80%左右[4]。

(2)施工泵压的影响。施工泵压直接决定井底裂缝延伸压力。假设目的层裂缝端点的有效应力为σ1,而遮挡层的有效应力为σ2,H0为油层厚度,则延伸压力Pn与垂向高度h0有如下关系:

因此,在目的层与遮挡层之间,在有效应力差一定的情况下,当裂缝的垂向高度达到油层厚度时,依据上述公式可以确定出可施加的最大延伸压力,从而为裂缝垂向高度最大限度的控制在目的层内所需的延伸压力的选取提供必要的参数。

3 提高裂缝垂向延伸技术

3.1 裂缝垂向延伸适应油藏条件

(1)叠合程度高、砂体厚度大(大于30m),边底水不发育。

(2)泥质薄夹层发育的砂泥岩互层,剖面动用程度低。

(3)岩性致密,水平层间微裂缝发育。

(4)沉积过程中受水动力作用大,层理明显,主要发育水平层理和平行层理。

(5)储层渗流能力差,油井投产后递减大,稳定后产量低。

3.2 优化施工参数

施工规模、排量、泵压等施工参数对裂缝高度的延伸至关重要,进行酸化压裂施工设计时,应依靠现有的模拟技术手段,优化施工参数设计。

3.3 工作液体系优化

采用高粘度压裂液体系和高滤失酸液体系[4],通过增加裂缝在垂向延伸,延长裂缝的闭合周期,减小油井递减周期,提高单井产量。

3.4 采用多级加砂压裂工艺

多级加砂压裂就是对同一井层段进行两次重复压裂。第一次主压裂作业程序完成后,关井45min,使入井液体充分扩散,再视井口压力情况决定是否放喷,然后进行第二次压裂作业程序。每次加砂结束前,要在混砂车按0.01%-0.03%-0.05%楔型梯度加入过硫酸铵12kg。压裂结束后,关井20min进行压力扩散,再采用井口控制返排措施强制裂缝闭合。

多级加砂压裂目的是,在第一次压裂形成主裂缝并充分造缝延伸后停泵,让裂缝内混砂液体滤失扩散,使裂缝闭合,然后用比第一次压裂作业更高的排量进行第二次压裂施工程序,使裂缝重新开启[5],向更宽更高方向发展(图1),取得更好的改造效果。

另外,在第二主压裂程序开始之前,可加入裂缝控制剂对已经形成的裂缝进行暂时性堵塞,以期造开新裂缝,提高改造效果。即便不能形成新裂缝,暂堵剂可以对微裂缝进行堵塞,降低液体的滤失,使主裂缝向前延伸、向宽发展。

图1 多级加砂压裂示意图

2007-2009年在靖安油田塞392区开展了多级加砂压裂、定向射孔、水力喷射等新工艺新技术试验,其中,多级加砂压裂技术取得了很好的应用效果,实施33口多级加砂压裂,一级砂量30～35m3,二级砂量20～25m3,排量2～2.4m3/min,试油平均单井日产油23.2m3,日产水1.5m3,增油效果明显(表 3)。