低渗透油田水平井重复压裂技术研究与应用

2015-08-10苏良银白晓虎段鹏辉

石油化工应用 2015年12期

苏良银，庞鹏，白晓虎，黄婷，段鹏辉

（中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710018）

近几年来，水平井开发成为动用低渗透油田地质储量和提高单井产量的主要方式，储层改造技术也取得了显著进步[1-4]。以鄂尔多斯盆地为代表的（特）低渗透和致密储层从20 世纪90 年代开始进行水平井开发探索，通过不断开展技术攻关和试验，尤其是近10 年来随着储层改造等技术的不断进步和创新，水平井开发日趋成熟。近5 年来，水平井数量急剧增加，总生产井数接近2 000 口，初期平均单井产能6 t/d～10 t/d，是直井产能的3～4 倍，效果显著。但是，随着生产时间延长，油井开发效果逐渐变差，主要体现在以下方面。

（1）低渗透、超低渗透和致密储层不仅渗透性差，还同时伴随储层压力低的特点（平均地层压力系数0.7～0.8），需要补充能量开发。但是，超前注水后初期单井产能高，但递减快，部分井投产1 年递减达到30 %～40 %。

（2）低渗透储层天然微裂缝较为发育，注入水易沿着天然微裂缝窜入人工裂缝造成油井过早见水，含水≥60 %的井占比近40 %，低产高含水井比例高，堵水治理难度大。

（3）受初期工艺技术不成熟使储层改造不彻底和非均质性强致油井不见效等因素影响，低产低含水井比例占比近1/3，油井产能未能得到有效释放，急需进行重复改造提高单井产能，进一步提升开发效益。

1 重复压裂选井原则

低渗透油田水平井通常需要通过水力压裂来获得工业油流，完井方式大多采用套管固井分段改造工艺。鉴于水平井大规模开发主要集中在近3～5 年，原有裂缝导流能力损失较小，但储层分段改造工艺技术却取得了重大进步，尤其体现在近年来以混合水压裂为代表的体积压裂技术的大规模应用[5-7]。为获得较高的经济效益，确保措施后单井产能提高明显，针对低产低含水水平井，重复压裂选井需要遵循以下基本原则。

（1）选井前应结合初期分段改造工艺，尽可能选择受初期分段封隔工具较差或改造不彻底的井为潜力待选井。

（2）水平井水平段较长，完井时固井难度大，要求重复改造前进行固井质量检测，确保套管未变形及固井质量良好，防止重复改造时发生管外窜等意外风险。

（3）经过长时间生产，水平井压力保持水平较低，地层吐砂、井筒结垢结蜡等问题突出，甚至还残留部分初期改造时遗留下的封隔器胶皮等杂物，因此为保证重复压裂时不发生卡钻等井下复杂状况，要求重复改造前保持水平井井筒畅通。

（4）水平井重复压裂选井应尽可能选择采出程度较低和压力保持水平较高的井，确保一定可采储量和能量保持水平。

（5）受初期射孔方式不同和储层非均质性等影响，水平井各段射孔有效性及产量贡献率等在重复改造前应进行进一步明确，比如采用分段测试工艺等手段，进一步提高重复压裂措施的针对性和有效性。

2 重复压裂效果影响因素

重复压裂效果的影响因素很多，针对水平井而言，需要结合油田的实际情况和储层改造技术进行具体确定。考虑油田前期改造效果和改造手段，结合水平井自身特点和现场专家总结，将影响某油田水平井重复压裂效果因素归结为地层因素、工程因素、开发因素和岩石力学因素4 大类共28 个指标。

地层因素：代表储层物质基础，一定程度上反映了储层向人工裂缝的供油能力。含6 个指标，主要包括储层厚度、储层孔隙度、储层渗透率、初始含油饱和度、流体黏度和电阻率。

工程因素：初次改造程度高低的直接表现，含9 个指标，主要包括水平段长、改造段数、布缝密度，砂量、排量、砂比、入地液量、试油产油量和产液量。

开发因素：代表措施前采出程度和能量保持状况，含7 个指标，主要包括投产初期日产油及含水、措施前日产油及含水、地层压力、累计产油和剩余可采储量等。

岩石力学因素：是重复压裂后复杂裂缝形成的重要指标，是储层能否彻底改造的核心因素。含6 个指标，主要包括岩石脆性、两向应力差、天然裂缝密度、储隔层应力差、杨氏模量和泊松比，通常单井不容易获得，可以以邻井或区块平均代替。

3 重复压裂选井方法

选出最优的候选潜力井是取得重复压裂成功的关键。现场通常采用经验判断来选井不科学，主观性意识较多，措施有效率较低。应用模糊综合评判数学理论来选井是矿场普遍采用的一种方法[8，9]，其科学性和有效性较高，现场应用也比较方便。对于注水开发的油藏来说，指标与效果并不是严格的线性关系，而是一种非线性关系。例如，压力保持水平，当值较小时，重复压裂后随着该值的增加其增油量较好；但当该值较大时，若值越大，见水风险也越大，因此存在一个最佳的值。结合现场效果统计和前人研究成果[10]，采用正态分布含数来作为非线性隶属函数较为贴近实际情况。

每个评价指标根据现场实际进行梳理统计划分为4 个等级区间：最优选择、次优选择、不宜选择和不能选择，当xij=μij时，隶属度为最大值1，因此μij为某等级的数学期望，为某评语等级区间的上下界的算术平均值。

同时，前一评语等级的下限又是后一评语等级的上限，因此取过度点隶属度为0.5，则：

鉴于各影响因素之间关系比较复杂，其重要性无法进行独立评价量化，本文采用比较常用的层次分析法来进行确定。先根据现场实际由两两因素进行对比得到判断对比矩阵：A=［aij］n×n。为了使判断矩阵具有一致性，建立等价矩阵=10tij，其中tij计算公式为：

最后根据该矩阵的特征值求取权重向量W=（w1，w2，……，wn），式中：

因此，按照比较因素间的相对程度，对各项指标进行对比打分（1、3、5 分别表示一个因素与另一个因素相比属同等重要、明显重要、极端重要），第一级评判对比矩阵为：

根据第（4）式和第（6）式便可计算出一级权重为：0.281 8，0.281 8，0.248，0.188 4。同理，便可计算出模型28 个指标的权重为W=［0.014，0.012，0.014，0.014，0.012，0.012，0.01，0.01，0.008，0.008，0.009，0.008，0.009，0.008，0.008，0.008，0.008，0.008，0.008，0.01，0.008，0.01，0.006，0.006，0.006，0.005，0.005，0.005］。

4 重复压裂工艺技术

低渗透油田水平井投产初期通常进行过分段改造，重复压裂工艺应以优选双封单卡工艺为主[10]，这样既能保证有效的进行段间封隔，也可以实现定点重复压裂。核心工具封隔器根据措施工艺进行优选，常规分段压裂可选用K344 型扩张式封隔器，压裂后需要关井实现地层油水置换可选Y211 压缩式封隔器。

重复改造技术可以采用常规压裂，也可以应用大排量混合压裂，优化设计时需要根据注采井网和水线分布具体确定。主体遵循实现储层改造体积最优化和剩余油动用最大化为原则，在初期改造段数少的地方，可以加密补孔布缝，最后进行改造参数优化。

5 现场应用

鄂尔多斯盆地某油田某层油藏属于超低渗透油藏，该区块油藏平均砂层厚度20.0 m，空气渗透率＜0.5 mD，孔隙度11.7 %。储层纵向上、平面上分布相对稳定，层内夹层较少。该区水平井100 余口，目前平均单井日产油3.4 t，综合含水达到40 %，其中低产水平井（≤2 t/d）占总水平井数的近30 %。虽然采用注水补充能量进行开发，但注水后水平井见效比例仅20 %，低产水平井中，低产低液井占比34 %。

2014 年针对该区因初期改造程度较低的3 口水平井，开展重复压裂提高单井产量，其部分基本参数和各因素等级区间划分（见表1 和表2）。根据（1）式便可计算出3 口井隶属矩阵，结合权重向量进行综合评判，得出其评判结果（见表3）。从概率分布看，评判结果基本在最优选择和次优选择两个区间，表明3 口井均可进行重复压裂。