注采对应井的转向压裂实验研究

李 民

(长城钻探有限公司压裂公司压裂酸化技术研究所，辽宁盘锦124107)

0 引言

转向压裂技术是近年发展起来的提高压裂效果、提高油气采收率的新压裂工艺。这种压裂方法在我国许多油田均有一些实例，特别是在一些老油田［1］与低渗油田［2～4］中有较好的应用效果。

曙光油田低渗油藏存在着老井低产、注水压力高的双重难题，需要实施重复压裂提高产能。但是常规重复压裂仅增加施工规模，会增加裂缝缝长，存在快速水窜的风险。而且原有裂缝区域的采出程度较高，剩余油少，增产效果差。因此需要有针对性地选择注采对应井，开展转向压裂实验研究，利用转向压裂技术在原层段压开新裂缝，实现油井动用剩余油富集区、注水井扩大注水波及面积的改造目标，达到重复压裂增产增注、提高低渗油气田采收率的目的。本文根据研究区不同注采井组的特点，提出了注水井与采油井对应井采取不同的转向压裂方案并进行现场实验，实验表明这种方法提高了注采效率，扩大了水驱波及体积，进而增加了剩余油动用面积。

1 转向压裂的简要机理

转向压裂技术是在重复压裂时，判断可能发生转向的研究基础上，利用人工暂堵转向剂达到堵老缝压新缝，实现同层内裂缝转向或压开新层的新型压裂工艺［5］。转向技术体系通常包括单一的物理转向、单一的化学转向及复合转向［6］。在施工过程中，适时地向地层中加入暂堵剂，遵循流体向阻力最小方向流动的原则，暂堵颗粒从部分射孔孔眼进入开启的老裂缝，在炮眼处和高渗透带聚集，产生高强度的炮眼堵塞和滤饼桥堵，形成高于其他方向的破裂压力。后续工作液不能向老裂缝进入，迫使压裂液进入较高应力区。在一定的水平两向应力差条件下产生二次破裂，改变裂缝起裂方位后产生新缝。裂缝起裂后，在应力等值线区域内沿起裂的方向继续延伸，经过应力等值线区后，回到与老裂缝平行的方向 (见图1)。转向压裂技术利用人工暂堵转向剂迫使裂缝转向并扩大转向半径，扩大了剩余油富集区的动用面积。

图1 转向压裂地层机理示意图Fig.1 Sketch map of mechanism on the formation of deflection fracturing

2 研究区概况及面临问题

2.1 研究区概况

曙光油田SX块开发目的层为杜家台油层，油藏埋深2669.0～3290.0 m，含油面积4.1 km2。该区块杜家台油层为构造倾角11°—13°的单斜构造。储层中孔、低渗，平均孔隙度17.4%，平均有效渗透率7.8 mD。岩性以中细粒砂岩为主，油品属稀油。区块属于岩性-构造油藏，可划分杜Ⅰ、杜Ⅱ和杜Ⅲ等3个砂岩组，其平均厚度分别为18.8 m、22.6 m和13.1 m，曙SX块3个砂岩组厚度总计54.5 m。

2.2 面临问题

目前存在老井低产与注水压力高的双重问题，并相互影响。一方面油井产能低，区块天然能量不足，一次采收率较低 (10.6%)。2007年转注水开发后，由于油层埋藏深、渗透率低、注压高、注水量低等原因，油井产能低。现有油井42口，开井32口，日产液80 t，日产油51 t，采出程度17.27%。

另一方面，注水井压力高。共有注水井7口，仅开井1口。其中5口井因注压高 (30 MPa)停注。

3 方案研究

3.1 改造思路

为提高重复压裂效果，创新开展了注采对应井转向压裂技术实验。实验中，注采井均实施转向压裂，并根据井别制订相应的改造方案。同时根据区块特点，开展转向剂的优选研究。

注水井转向压裂时分2级连续压裂，形成2条支撑裂缝。首先实施第一级重复压裂，重新张开原裂缝并铺置支撑剂;第一级压裂结束后注入转向剂，并实施第二级压裂。转向剂暂堵原裂缝，产生转向裂缝后铺置支撑剂，形成新支撑裂缝。原裂缝解除了注水水垢或杂质形成的堵塞，提高导流能力;新的转向裂缝扩大了注水波及面积，从而综合降低注水压力、提高注水效果。

采油井转向压裂时实施一次压裂，形成一条转向裂缝。首先注入少量的预前置液、张开原裂缝，然后加入转向剂，暂堵原裂缝并形成新的转向裂缝，再铺置支撑剂形成支撑裂缝。转向压裂的主要目的是产生新的转向裂缝，动用剩余油富集区。

3.2 注采对应情况

3.2.1 平面对应情况

区块采用五点法面积注水，初期为350 m正方形井网，经井网加密，目前井距为250 m。选择2对4口对应井。其中水井SX1对应油井SX2，水井SX3对应油井SX4(见图2)。

图2 SX块注采分布图Fig.2 Distribution map of injection-production wells in Block SX

3.2.2 层位对应情况

SX1-SX2井组位于区块东南部，控制油井2口，SX1井与SX2井对应良好，其中杜Ⅰ组砂体最为发育 (见图3a)。SX3-SX4井组位于区块西部，控制油井6口，其中SX3井与SX4井对应良好，且杜Ⅱ组及杜Ⅲ组砂体较为为发育 (见图3b)。

图3 油藏剖面连通图Fig.3 Reservoir profile connected maps

3.2.3 注水及生产情况

SX1井注水井段3322.6～3404.2 m，累注14033 m3，目前因注压高停注。SX2井生产井段3317.3～3361.1 m，累产油27044 t，目前日产液1.5 m3，日产油1.4 t。

SX3井注水井段2856.8～2993.3 m，累注14524 m3，目前因注压高停注。SX4井生产井段2875.1～3056.6 m，累产油10803 t，目前日产液0.7 m3，日产油0.6 t。

3.2.4 压裂方案

以区内2个注采对应井组 (SX1-SX2井组与SX3-SX4井组)为例进行转向压裂现场实验研究。

SX1井于2004年11月补孔压裂3322.6～3404.2 m。2007年12月转注，2008年4月注压高停注。本次压裂3322.6～3372.3 m，29.0 m/11层，目前灰面3391.35 m。计划加砂2次共50.0 m3。第一段加砂25.0 m3后，油管挤入转向剂100 kg，然后继续加砂25.0 m3。

SX2井于1996年10月补孔，井段3317.3～3361.1 m，35.9 m/2层。2002年5月压裂3317.3～3361.1 m，加砂25.0 m3。本次压裂3317.3～3361.1 m。计划先注预处理液20.0 m3，再从油管挤入转向剂110 kg，然后执行泵注程序加砂55.0 m3。

SX3井于2003年12月新井投产时采用尼龙球分层压裂，井段2856.8～2931.3 m，24.8 m/10层，投尼龙球300个，加砂39 m3。2007年12月转注，2011年2月注压高停注。本次压裂2856.8～2931.3 m。计划分2层4次加砂，共加砂60.0 m3。第一层加砂20 m3后，油管挤入转向剂90 kg，然后继续加砂20.0 m3。第二层加砂10.0 m3后，油管挤入转向剂20 kg，然后继续加砂10.0 m3。

SX4井于2003年3月新井投产，井段2975.9～3056.6 m，2003年12月尼龙球分层压裂2975.9～3056.6 m，18.7 m/15层，加砂30.0 m3。2004年5月补孔。本次压裂2975.9～3015.6 m，18.3 m/14层，填砂砂面3020.0 m。计划分2层压裂共35.0 m3。第一层先注预处理液20.0 m3，再从油管挤入转向剂50 kg，然后压裂加砂23.0 m3。第二层压裂加砂12.0 m3。

4 转向剂的优选

该油藏埋深2850.0～3500.0 m之间，转向剂的筛选条件为:满足3500 m(120℃)以内油水井的转向压裂改造需要;转向控制剂残余物含量 (水不溶物)≤4%。

选择的LH-3型转向剂密度低、易携带，规格适用目前的射孔孔径。高温下溶解时间长，水不溶物含量≤4%(见图4)，符合压裂的需要。

图4 120℃下LH-3的溶解曲线Fig.4 Solubility curve of LH-3 in 120℃

借鉴相关实验方法［7～9］，实验室内对预胶结态的转向剂进行了突破压力测试试验，LH-3突破压力2.74 MPa，试验装置如图5。

图5 测量转向剂突破压力试验装置Fig.5 Leakage test-device for measurement of breakthrough pressure of diverting agent

封堵率的室内实验在岩芯流动实验仪上进行，LH-3转向剂封堵率在96.1%～97.8%之间，平均97.3%(见表1)。通过LH-3转向剂的性能评价，该暂堵剂完全符合曙光油田油水井转向压裂的要求。

表1 LH-3转向剂封堵率Table 1 Plugging ratio of Diverting Agent LH-3

5 方案实施与效果

5.1 SX1-SX2井组

SX1井转向压裂第一段加砂12.0 m3，因压力高停止加砂，油管加暂堵转向剂100 kg，第二段加砂13.0 m3，因液量不足停砂顶替。该井因压力高加砂量不足，压后转注水，已累注5273.0 m3。

SX2井转向压裂注预处理液20.0 m3后，挤入暂堵转向剂110 kg，加砂55.0 m3。加入转向剂后，有较好的暂堵显示，压力上升3～4 MPa。该井压后生产情况较好，累油3533.6 m3，目前日产液2.9 m3，日产油2.2 m3。

5.2 SX3-SX4井组

SX3井转向压裂第一层加砂20.0 m3，挤入暂堵转向剂90 kg，再次加砂20.0 m3;第二层加砂10.0 m3，挤入暂堵转向剂20 kg，顶替过程中出现超压，油管破裂，未施工。该井第二层第二段未加砂。该井压后转注水，已累注7283.0 m3。

SX4井转向压裂第一层注预处理液20.0 m3，再从油管挤入转向剂50 kg，然后继续加砂23.0 m3。加入转向剂后，有较好的暂堵显示，压力上升2～3 MPa。第二层加砂12.0 m3。该井压后累油675.6 m3，目前日产液1.5 m3，日产油1.1 m3。

6 结论与认识

选择注采对应井开展针对性的转向压裂实验研究，拓宽了转向压裂应用思路，进一步验证了转向压裂技术具有老井挖潜增产、提高低渗油气田采收率的作用。实施后取得较好的增产增注效果。2口注水井均实现压后重新注水，2口油井增油效果显著。

针对不同井别，开展了多种转向压裂方案设计，提高了转向压裂效果。

优选的LH-3型转向剂性能满足了该油田转向压裂的需要，施工中有明显的暂堵显示。

在多层压裂管柱中加入转向剂存在施工风险，应谨慎实施。

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