薄差储层压裂改造技术在海拉尔油田的应用

2015-07-02王贤君肖丹凤尚立涛

石油地质与工程 2015年5期

关键词：海拉尔岩性力学

王贤君，肖丹凤，尚立涛

(中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆 163453)

薄差储层压裂改造技术在海拉尔油田的应用

王贤君，肖丹凤，尚立涛

(中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆 163453)

海拉尔油田贝中、乌东区块南屯组储层主要以0.5～2.0 m的薄差层为主，采用大段合层压裂导致部分层段压不开、压裂效果差。通过实验分析不同岩性岩石力学参数特征，应用复杂岩性储层地应力解释系统，提高不同层段不同岩性地应力解释精度，确定了薄差储层改造合理的细分层标准；采用不动管柱多层细分压裂技术，提高了薄差储层的有效改造程度，增油增注效果明显。

海拉尔油田；薄差层；解释精度；细分多层压裂

海拉尔油田贝中、乌东区块南屯组油层厚度薄，主要是0.5～2.0 m的薄差层，占总层数的90.9%，占总厚度的73.4%。该区块地层岩性复杂、砂体零散、薄差储层纵向无应力遮挡[1]，常规地应力模型纵向地应力剖面解释精度低[2-9]。为进一步提高海拉尔油田薄差层压裂效果，开展了薄差储层压裂改造技术研究。

1 不同岩性岩石力学参数解释校正方法

海拉尔油田发育多套沉积岩，常规解释方法忽略了不同储层及同一储层内岩性变化对模型精度的影响；采用的测井动态参数，不能反映地层真实情况，导致复杂岩性储层岩石力学解释存在局限性，需要动静态模量转化[7-8]。因此，对不同区块不同岩性的岩心，开展了岩石力学实验测试，获得了静态参数(表1)。

根据不同岩性的岩石力学实验结果，将测井动态参数与岩石力学静态参数相结合，在统计分析的基础上，分岩性对动-静态弹性模量进行相关性分析，弹性模量动静态相关性较好；回归形成了动-静态弹性模量关系式(表2)，使计算的静态岩石力学参数更接近实测岩石力学参数，满足了更精确解释地应力的需求。

表1 乌134-85井三轴实验测试结果

表2 不同区块、不同岩性动静态弹性模量关系

2 复杂岩性地应力解释

以往常规岩石力学参数模型计算结果与实测结果误差较大，且无法实现校正功能。基于大量岩石力学参数实验结果，具备了分区块、分层位、分岩性建立新型地应力及岩石力学参数解释模型的条件，因此，在大量前期实验结果与理论计算的基础上，建立了复杂岩性储层地应力模型系统，该系统能够精确解释复杂岩性储层的岩石力学参数，并能通过实测值校正得到近似真实的岩石力学参数。为了验证该模型系统的可靠性，选取W11井115.4 m井段的数据，对常规测井计算岩石力学参数与系统模型计算岩石力学参数进行对比(表3)，其岩石力学参数计算误差仅为6.8%；地应力解释误差8.8%。解释精度进一步提高，能够为优化分层改造提供准确的基础数据。

表3 W11井模型计算与实测岩石力学参数、地应力数值对比结果

3 薄差层压裂及隔层选层标准

通过提高不同层段不同岩性地应力解释精度，确定薄差层压裂及隔层选层标准，首先选择大于2 m的隔层，但如果隔层具有渗透性，压裂液进入隔层，隔层对人工裂缝不具有隔挡作用，人工裂缝高度扩展较大，通过结合深浅侧向和深浅(中)感应测井曲线，来判断地层的可渗透性。如图1，83和84号层之间的隔层深感应和中感应曲线之间不存在差值，表明该隔层不具有渗透性，能够隔挡人工裂缝；而84和85号层之间的隔层深感应和中感应曲线之间存在差值，表明该隔层具有渗透性，不能隔挡人工裂缝。隔层和储层岩性差别越大，即力学性质差别越大，综合地应力剖面中弹性模量(杨氏模量)参数，用弹性模量差表示力学性质差。利用公式(1)回归弹性模量差和应力差关系，得到不穿层工况的弹性模量差和应力差关系图版(图2)。

ΔE=-2Δσ+12

(1)

式中：ΔE——弹性模量差，GPa；Δσ——层间应力差，MPa。

图1 XI井隔层可渗透性判断依据

图2 隔层应力差和模量差联合分隔图版

针对海拉尔盆地大段油层组内发育多薄层的地层特点，通过精细的岩性识别、准确的岩石力学参数及地应力计算，形成了应力分层剖面优化技术，提高了储层纵向上有效改造程度；应用精细的岩性识别，把地质分层与应力分层有机结合，形成裂缝剖面优化技术。利用所建立的复杂岩性模型输出连续剖面的解释结果，再结合公式(1)，建立分层曲线。

根据分层曲线实现有效分层，由隔层厚度、有无渗透性，再确定应力差和弹性模量差组合，并确定分层压裂隔层厚度和射孔跨距，薄差层垂向多段压裂分层参数(表4)，形成了高效多层压裂技术。

表4 薄差层垂向多段压裂分层参数

4 薄差储层高效压裂技术

4.1 不动管柱逐级投球打滑套压裂工艺

海拉尔油田乌东及贝中区块纵向上小层多、且主力与非主力油层交互存在，需要细分压裂以提高产能。因此，研究应用了不动管柱逐级投球打滑套压裂工艺。该工艺单趟管柱可压裂10个层段，最高耐温120 ℃，承压60 MPa；工艺管柱结构简单，内通径大，稳定性强；封隔器胶筒短、易于解封，不沉砂，工艺管柱设计有反循环通道，具有冲砂解堵功能。该项技术解决了大段射孔部分层段压不开或多段压裂窜槽丢层的问题，大大提高了储层动用程度。

4.2 可降解纤维压裂液技术

针对薄差储层纵向无应力遮挡，导致有效支撑剖面较差、压裂效果不理想的问题，研究应用了可降解纤维压裂液技术。可降解纤维压裂液技术的主要特点是纤维既可以提高压裂液的悬砂性能，保持较理想的铺砂剖面，又可以完全溶解而不影响裂缝的导流能力。

纤维压裂液具有较好的悬砂性能，在加入纤维的溶液和备用溶液中以0.38 g /mL的支撑剂(粒径大小40～20目)，静置12 h后，0.1 %纤维基液中的陶粒沉降3 cm，0.3 %纤维基液中的陶粒沉降1 cm，纤维悬砂性能好。纤维的高携砂和固砂能力可将支撑剂带到更深的压裂裂缝中，能有效改善铺砂剖面。

5 现场应用

利用不动管柱一次坐压多层技术和有效改善薄差层裂缝支撑剖面，薄差储层通过提高储层分层效率和有效支撑，改造效果明显提高。现场压裂应用36口井，油井压裂15口51层；水井压裂21口69层。油井压后初期平均单井增油3.1 t/d，累积增油1.48×104t；水井改造后平均单井注水由3.8 m3/d提高到到23.9 m3/d, 累积增注14.71×104t。

现场7口井产液、吸水剖面测试结果表明，56层中的53层有明显的产液、吸水显示，计算薄差储层压裂纵向上压裂储层总改造层数有效率达到94.6%，解决了直井大段压裂部分储层无法有效改造的难题。