集约式体积改造工艺技术在Z区块的应用

尹虎琛，赵 飞，彭国勋，李 祎，刘孟升

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；3.中国石油长庆油田分公司第二采油厂产建项目组，甘肃庆阳 745100；4.中国石油长庆油田分公司第十采油厂五蛟作业区，甘肃庆阳 745100；5.中国石油长庆油田分公司工程监督处，陕西西安 710018）

集约式体积改造工艺技术在Z区块的应用

尹虎琛1，2，赵 飞3，彭国勋3，李 祎4，刘孟升5

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；3.中国石油长庆油田分公司第二采油厂产建项目组，甘肃庆阳 745100；4.中国石油长庆油田分公司第十采油厂五蛟作业区，甘肃庆阳 745100；5.中国石油长庆油田分公司工程监督处，陕西西安 710018）

长庆油田致密砂岩储层体积压裂技术由于受到施工场地、措施成本、返排液处理等方面因素的制约，存在施工组织困难、施工流程复杂、措施后高含水等技术特点和难点，一直以来未能在超低渗储层进行大规模应用。为此，开展集约化体积改造技术试验，通过对现有多裂缝压裂成熟工艺进行革新，在实现体积压裂工艺目的的同时，节约了作业成本，实现了开采效益最大化。Z区块井组丛式井场较多，所在平台面积小，施工条件受限，而集约式体积改造技术针对该区块压裂施工特点和难点，充分调动整合平台现有设备、设施及空间资源，通过生产组织、设备配置、施工规模、施工程序以及平台设施综合利用等诸多环节的优化，成功实现了在Z区块进行工厂化水力压裂的目的，投产35口井，初期平均单井日产液5.7 m3，日产油3.6 t，取得了较好的改造效果。实践证明，平台集约化压裂技术对开发低渗透油田具有较好的适用性，并可以为今后陆上低渗透油气田定向井开发提供借鉴。

低渗透油田；集约式改造；多缝压裂

1 Z区块的地质特征

Z区块属于马岭油田，马岭油田延长组长8油层组是鄂尔多斯盆地老区未来油气勘探和开发的重要补充层系之一，马岭地区长81油层段油藏平均埋深2400m，油层平均厚度6.2 m，砂岩孔隙度主要分布于0.21%～15.31%，平均值为9.4%；渗透率分布在4.482×10-3μm2～0.0014×10-3μm2，平均值为 0.254×10-3μm2。该区长813油层稳定，物性较差，平面非均质性强，主河道油层厚度在12 m～20 m，声波时差在225 μs/m～230 μs/m，局部物性较差。该油层段砂岩储层总体属于特低孔-低渗储层。

2 集约式体积改造的优点

2.1 与常规体积压裂相比，节约了作业成本，提升油藏开发价值

常规体积压裂常借鉴于北美页岩气改造技术特点，采用“大排量、大液量、大砂量、低砂比”工艺模式，改造规模大，增加了油气开采成本。集约式体积改造在控制成本的前提下，从微裂缝开启机理、增加储层泄油面积出发，通过在储层地质特征认识与压裂工艺上的改进和创新，实现了储层集约式改造的目的。

2.2 工艺实现程度、应用效果上能够达到体积压裂的效果

图1 基于多裂缝压裂工艺原理的三种工艺

储层改造以造多缝为目的，通过斜井多段、定向射孔多缝、多级暂堵多缝压裂3种工艺达到集约式体积改造的目的，增加储层泄油面积，有效形成复杂缝网。

3 三种集约式体积改造工艺

三种工艺基于多裂缝压裂工艺原理（见图1），从储层特征认识、射孔方位优化、裂缝扩展与地应力关系等方面进行研究，在考虑完井条件、投资成本等因素后，用这三种工艺方式达到体积改造的目的。

3.1 斜井多段压裂工艺

3.1.1 工艺原理 借鉴水平井分段压裂改造工艺，充分利用定向井的井斜和方位，通过分段射孔、分段压裂在平行于裂缝主应力方位上实现多条独立的人工裂缝，增加井筒与油藏的接触面积，提高单井产量。

3.1.2 斜井多段压裂选井选层条件 受水平井多段压裂启发，可利用井眼轨迹条件在定向井中实现多段压裂，扩大井筒与油层接触面积，增大改造，提高单井产量。垂直于最大水平主应力的水平井形成的裂缝是横切缝，利于多段改造。笔者通过对定向井层内分层压裂施工压力分析及裂缝测试建立了斜井多段压裂选井选层条件。

通过大量矿场数据统计，确定影响多缝形成的主要因素为井斜角（见图2）以及井眼方位与最大主应力方位之间的方位夹角（见图3）。即：（1）当井斜角≥15°（图 2 区域 1），形成两条独立裂缝；（2）当 5°＜井斜角＜15°，方位夹角也对裂缝有显著影响；方位夹角大于40°形成两条独立裂缝（图2区域2）；方位夹角小于40°存在不确定性，可采用水力射孔射流等特殊工艺提高形成两条独立裂缝的几率（图2区域3）；（3）井斜角≤5°，不确定性增加，且缝间距小，增产潜力小（图2区域 4）。

图2 井斜角与方位夹角交汇图

图3 定向井井身轨迹（左）及井斜角和平面投影方位夹角（右）示意图

3.2 定向射孔多缝压裂

室内物模试验研究射孔方位与地层破裂压力之间的关系时发现，如果射孔方位与水平最大主应力方向之间存在夹角，压裂裂缝首先沿着射孔方向延伸，之后转向水平最大主应力方向[1]。在同一油层内上下各射一排孔，两排孔方位与最大主应力方向呈一定夹角，一排偏右，一排偏左。分别对两排孔眼进行压裂，这样由于初始裂缝转向导致两条裂缝在井眼处虚拟相交，但在地层内不会重合，形成近井类似于“X”形4条裂缝，远井形成2条近于平行的裂缝。受此启发，通过定向射孔诱导裂缝定向起裂，迫使裂缝转向，配合分段压裂工艺，在层内形成多裂缝[2，3]（见图4）。

图4 定向射孔多缝压裂示意图

3.3 爆燃+多级暂堵多缝压裂

在储层厚度大，物性好的储层可以开展定向射孔多缝压裂和斜井多段多缝压裂，但在砂体边部，薄差层这类储层，受储层厚度制约，以上两种工艺有一定局限性。为此，建立多级暂堵多缝工艺思路，在主缝进行延伸的同时，提高缝内净压力开启更多微裂缝，有效增加储层泄油面积，达到改造目的。

首先对原射孔段进行爆燃压裂[4-8]，利用火药燃烧时产生大量高温、高压气体，作用在油层近井地带，形成放射状裂缝；然后实施暂堵压裂，通过油溶性暂堵剂加入，在主裂缝内形成桥堵，强制裂缝在端部向放射状短裂缝方位延伸，沟通更多微裂缝，产生更多新裂缝与微裂缝形成的立体网状裂缝，增加裂缝侧向动用程度，提升油井单井产量（见图5）。

图5 爆燃+多级暂堵多缝压裂示意图

研究区长8储层物性差，破裂压力及施工压力高，前期施工中加砂困难，容易砂堵，压后产能低，生产效果较差。

分析认为，采用高能气体压裂在井筒周围形成较多的微裂缝，可以降低施工的破裂压力，同时井筒周围微裂缝的产生，也使得水力压裂施工中除了主裂缝延伸，微裂缝张开的可能性也增加了。因此通过采用多裂缝压裂工艺，应可以产生支裂缝，增加较多的泄油面积，实现提高油井产能。

3.3.1 高能气体压裂原理 高能气体压裂利用火药或火箭推进剂燃烧产生的高温、高压气体处理油层以取得增产效果的方法就叫高能气体压裂。

理论计算和现场试验都证明，采用高能气体压裂作业，随着井筒内升压速率的增高，在井附近不仅在垂直最小地应力方向产生两条缝，而是产生多条径向缝，在离井筒较远处，这些径向缝仍按最大主应力方向延伸。裂缝条数主要取决于升压速率。

火药或推进剂燃烧产生的高压气体，在超过岩石的破裂压力的条件下，在井附近产生多条径向裂缝。由于裂缝不都是在垂直于地层的最小主应力方向，裂缝面上的切应力不为零，一旦裂开就会错动，而不会闭合。其次压力超过一定限度后，岩石会产生塑性变形，所以当压力下降后仍有残余裂缝。

因此采用高能气体压裂可以明显降低储层破裂压力，可以部分降低压裂时启裂裂缝的高度延伸，降低裂缝沟通底水的几率。

3.3.2 高能气体＋多裂缝压裂复合工艺增产可行性分析 根据高能气体压裂机理，由于火药燃烧时间较快，压力瞬间升高，使得井筒周围形成了不同方向的微裂缝。

由于井筒周围不同方向的微裂缝的形成，在水力压裂过程中，通过多裂缝压裂时，在转向剂的作用下，井底压力提高后，井筒周围与主裂缝不同方向的微裂缝张开，形成支裂缝，就可以沟通储层中更多的原始微裂缝，实现油井的增产。

分析认为，通过高能气体＋多裂缝压裂复合工艺可以实现高破裂压力区块特低渗储层油井的生产效果。

现场试验证明，多裂缝复合工艺现场完全可以实现，同时对于高破裂压力的储层明显降低了水力压裂的破裂压力，对于有底水的储层，通过高能气体压裂，通过降低水力压裂的破裂压力，控制了裂缝的启裂高度，减小了裂缝与底水沟通的几率。

4 现场应用效果

现场采用集约式改造工艺思路，共进行35口井试验，施工井有效率97.5%，其中定向射孔多缝压裂13口，改造效果最好，投产初期单井平均日产液6.8 m3，日产油4.2 t，含水28.5%，爆燃+多级暂堵多缝压裂7口，平均日产液5.4 m3，日产油3.4 t，含水23.3%，斜井多段压裂应用15口，平均单井日产液4.9 m3，日产油3.1 t，含水28.3%。从三种工艺效果对比发现（见表1），在Z区块长8层超低渗储层，定向射孔多缝压裂效果最佳，在多缝压裂的思路下，达到了体积改造的目的。

图6 Z区块集约式体积改造试验井情况

表1 集约式体积改造工艺效果对比

从图6可以看出，多缝压裂改造工艺取得了显著效果，其中斜井多段、定向射孔主要应用集中在砂体较厚，物性较好的油藏中部，而在物性较差、注水受效低的砂体边部，实施多级暂堵多缝压裂工艺，同样达到了良好的增油效果。从实施井数看，2016年实施多缝压裂改造共34口，占总井数的75.6%。

5 认识

（1）集约式体积改造在马岭长8油藏超低渗储层可以实现体积压裂的工艺目的，且集约式体积改造是应对目前低油价挑战的一项有效措施，在有限的作业成本范围内，可以达到增油效益良好效果。

（2）将定向井井斜因素和地层厚度结合起来，开展多缝改造工艺研究，借鉴水平井分段改造思路，在储层厚度大，井斜角与方位角匹配的基础上，开展斜井多段压裂工艺试验，取得了良好的改造效果。

（3）集约式体积改造工艺配套技术是超低渗储层改造的一项有效技术，该工艺核心是多裂缝改造思路，通过利用大斜度井厚油层、定向射孔转变初始裂缝方位，缝内压力升高等方式，形成了径向的缝网系统和天然微裂缝沟通，改进了油藏的渗流状况和渗流条件。

（4）集约式体积改造技术工艺流程简单方便，实施过程安全可靠，所需成本低廉，是低油价形势下控制开采成本的有效途径，应用前景广泛。

［1]刘建中，刘继民，刘志鹏，等．用微地震法监测压裂裂缝转向过程［J］．石油勘探与开发，2005，32（2）：75-77．

［2]唐梅荣.定向射孔多缝压裂工艺案例分析［J］.中国工程科学，2012，14（5）：105-112.

［3]Economides，M.J.，Nolte，K.G.著.张保平，等.译.油藏增产措施（第三版）［M］.北京：石油工业出版社，2002.

［4]李海涛，罗伟，姜雨省，等.复合射孔爆燃气体压裂裂缝起裂扩展研究［J］.爆炸与冲击，2014，34（3）：307-314.

［5]王忍峰，付振银，等.多裂缝压裂工艺在超低渗储层中的应用［J］.钻采工艺，2010，33（增）：41-43.

［6]杜现飞，李建山，等.致密厚油层斜井多段压裂技术［J］.石油钻采工艺，2012，34（4）：61-63.

［7]李培超，吴增智，等.The Effect of Microfractures on Hydraulic Fracturing Treatments in Low Permeability Reservoirs［C］.世界工程师大会，2004.

［8]米卡尔J埃克诺米德斯．油藏增产措施（Ⅲ版）［M］．北京：石油工业出版社，2002．

Application of intensive volume reconstruction technology in Z block

YIN Huchen1，2，ZHAO Fei3，PENG Guoxun3，LI Yi4，LIU Mengsheng5
（1.Drilling&Production Engineering Technology Research Institute，Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Xi'an Shanxi 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil&Gas Fields，Xi'an Shanxi 710018，China；3.Oil Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Qingyang Gansu 745100，China；4.Oil Production Plant 10 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Qingyang Gansu 745100，China；5.Engineering Supervision Office of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China）

The fracturing technology of the tight sandstone reservoir in Changqing oilfield is due to the technical characteristics and difficulties of the construction site,the cost of the measures,the disposal of the waste treatment and other aspects of the constraints,there aredifficulties in the construction organization,the construction process is complex,high water content and other measures failed to carry out large-scale development in ultra-low permeability reservoirs.To this end,to carry out intensive volume transformation technology test,through the existing multi-fracturing fracturing mature process innovation,in the realization of the purpose of volume fracturing process at the same time,saving operating costs,to maximize the efficiency ofmining.There are more cluster wells in the Z block wells,the platform area is small,the construction conditions are limited,and the intensive volume transformation technology is suitable for the fracturing construction characteristics and difficulties of the block,and fully mobilize the existing equipment,facilities and space resources.Through the production organization,equipment configuration,construction scale,construction procedures and comprehensive utilization of platform facilities and many other aspects of the optimization,the successful realization of the Z block for the purpose of industrial fracturing,put into operation 35 wells,the initial average single well Nissan liquid 5.7 m3,Nissan oil 3.6 t,and achieved a better transformation effect.It is proved that the platform intensive fracturing technology has good applicability to the development of low permeability oilfield and can be used as a reference for future development of directional wells in low permeability oil and gas fields.

low permeability oilfield；intensive reconstruction；multiple fractures fracturing

TE357.13

A

1673-5285（2017）09-0062-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.016

2017－08-03