文南油田文33块压裂改造技术

文 33块 油藏 压裂改造技术 采油四厂 二三年十月 目 录 前言 1 一、 油藏 开发 地质概况 1、 油藏 基本特征 2、 储层岩性特征 3、 储层物性特征 4、 储层敏感性分析 二、油藏开发简况及存在问题 1、油藏开发简况 2、存在问题 三、文 33块沙三上 油藏整体压裂方案的制定 1、剩余油分布规律研究 2、人工裂缝监测 3、 文 33块沙三上 油藏整体压裂方案部署 四、文 33块沙三上 油藏整体压裂优选设计 1、确定设计参数 2、压裂方式的选择 3、裂缝长度的优化 4、施工参数设计 5、压 裂效果和经济效益预测 五、压裂新工艺的应用 1、双封分层压裂技术 2、压裂液加液氮助排技术 3、裂缝强制闭合技术 六、区块整体压裂改造技术的应用 1、现场应用情况 2、单井压裂效果 3、区块压裂效果 4、经济、社会效益分析 七、结论及存在问题 前 言 2 区块整体压裂改造技术通过压前地层评估，应用地质、油藏描述、测井等资料，取得油藏整体数据，考虑注采井网以及水力裂缝系统的优化组合，使用水力裂缝与油藏模拟确定优化组合结果，取得最优化设计方案，使整体压裂优化设计覆盖油藏整体，达到最佳的经济效果。 文 33块沙 三上 油藏是文南油田主力区块之一，属于低渗、非均质油藏，水驱动用程度低、注水井高压欠注等矛盾突出。 2003 年，采油四厂借助油田三年科技攻关会战的东风，开展文 33块沙三上 油藏整体压裂改造技术的应用，通过油藏精细描述，综合两个剖面，精选压裂井，运用 裂设计软件优选压裂参数，区块整体压裂 17 井次，累计增油 吨，与 2002 年底对比，区块日产油量上升，自然递减缓，提高采收率 百分点。 一、 油藏 开发 地质概况 1、 油藏 基本特征 文 33块沙三上油藏位于东濮凹陷中央隆起带文留构造的西南部，由文东断层和文 86 断 层所夹持的次一级地堑带，沿北北东呈条带状展布。分 10 个砂层组，含油面积 油地质储量 36810 4t，标定可采储量 12310 4t，标定采收率 2、 储层岩性特征 文 33断块区沙三上油藏储层岩性为：长石石英粉砂岩，石英含量 6070%，长石含量 1530%。粒度中值 选较好，分选系数 道主峰位在 间，喉道半径中值 根据文三口取芯井的粘土矿物分析：主要粘土矿物是伊利石，其含量最高，占总含量的 77%， 其次是绿泥石，占总含量的 23其它粘土矿物占 15%。 井 号 层位 样 井深 粘土矿物含量（ %） 备 注 3 号 （ m） I K 文333 上2 16 3 34 18 15 I:伊利石 K：高岭石 泥石 M：蒙脱石 蒙混层 蒙混层 27 5 21 34 10 文 140 2 177 7 15 18 3 182 0 6 14 196 7 53 文 152 1 609 3 8 19 643 3 56 21 2 676 7 6 7 3 717 1 11 48 7 744 8 32 776 4 26 804 7 23 孔隙类型以粒间孔隙为 主，胶结物以泥质为主，胶结类型以孔隙式为主，其次为孔隙 接触式。 3、 储层物性特征 文 33断块区沙三上油 层埋深 2880沙三上 1层孔隙度 17%，空气渗透率为 0 ，沙三上 4层孔隙度 16%，0 。渗透率变异系数：沙三上 1 三上 4 层水总矿化度为 260 4mg/l，水型为 始地层压力 力系数为 层温度为 110 为异常高温高压油藏 。 4、 储层敏感性分析 根据文 33 152 井实验结果：水敏系数 W=中等水敏，速敏较强，也存在酸敏现象。 表 3 文 33断块沙三上储层物性表 4 层 位 孔隙度 （ %） 渗透率 10 粒度中值(分选系数 变异系数 碳酸盐（ %） 喉道半径(m) 高峰值 峰值 13 3 上 410 、油藏开发简况及存在问题 1、油藏开发简历况 文 33 块沙三上油藏于 1983 年 4 月正式投入开发，其开发历程可分为三个阶段： 400距试采试注阶段 , 200距逐层上返注水开发试验阶段 ,注采调整完善阶段。 2003 年 6月，文 33块沙三上油藏共有油水井 66 口，其中采油井 45 口，开 43 口，日产液 760t，日产油 275t，含水 注水井21 口，开 19 口，日注水 单井平均日注 0 4计注采比 表 5 文 33块沙三上油藏开发现状 总井数 采油井 生产现状 产油 采油速度 (%) 采出程度 (%) 注水井 日注水平 m3/d 累积注采比 递 减 总井数 开井 日产液 t/d 日产油 t/d 综合含水 (%) 年 104t 累积 104t 总井数 开井 综合 % 自然 % 66 45 43 760 275 1 19 、存在问题 （ 1）初期产能高，产量下 降快 统计 10 口可对比井，初期平均日产 年后降至 d，递减达 76%。另据 12 口井统计，平均静压 产一年后，平均静压降至 量及压力的大幅度下降，反映了该油藏边水不活跃的特点。 （ 2）注水压力高，吸水能力差，注水困难 文 33沙三上油藏 高压低渗的储层特征，在注水井上表现为储层的启动压力 5 较高，统计 14 口注水井，在笼统注水条件下，启动压力为 33平均注水压力 39单井吸水日益变差 ，致使分注、调剖工艺措施难以开展，水驱动用程度低， 部分油井见效差，供液严重供 液不足。 三、文 33块沙三上 油藏整体压裂方案的制定 1、剩余油分布规律研究 文 33 沙三上油藏目前处于中含水期，为了提高该油藏的开发效果，在建立可靠的油藏地质模型基础上，利用动态综合分析等方法定性研究剩余油的宏观分布，利用生产动态资料、吸水剖面、调整井水淹层解释等监测资料为依据进行数值模拟研究，绘制出小层水淹图。根据小层水淹图，从而研究各小层剩余油分布。 文 33沙三上油藏 10 个砂层组，水驱控制 程度 水驱动用程度 采出程度 水淹程度 水淹程度较低。 油藏还有 801 04t 剩余可采储量的潜力。 从平面上来看，剩余油主要分布西块、主块注采未完善区和构造高部位，向东及东南方向构造的低部位，油层逐渐减薄 并过渡为水层。 表 14 文 33 沙三上油藏 平面 剩余油分布 情况 表 开发 层系 地质储量 剩余可采储量 剩 余 可 采 储 量 分 布 主 块 北部 西块 井网未控制和注采不完善 构造高部位 断层遮挡部 非主流线滞留区 可采储量 可采储量 可采储量 可采储量 可采储量 可采储量 104t 104t 104t 104t 104t 104t 104t 104t 199 23 40 23 645 34 合计 534 80 27 13 4 8 8 19 从纵向上来看，剩余油主要分布在 、 、 砂组。 6 表 15 文 33 沙三上油藏分砂组剩余油分布情况表 层位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总计 剩余可采储量 总体上，文 33块沙三上采出程度低，综合含水 62%， 水淹程度较低。 油藏剩余可采储量的潜力 大 。 2、 人工裂缝监测 在压裂施工过程中，随着裂缝的向前扩展，必将沿裂缝面边缘形成一系列微震，利用 工裂缝监测系统记录下那些较大的微震源，用计算机处理记录到的数据，就可以得出微震源的位置，确 定出裂缝的方位、长度、高度和地应力方向。根据压裂井附近已监测的主裂缝方位，优化压裂规模，合理设计压裂缝长，避免压裂引效井过早见水，延长压裂井有效期。 2002 年 33 块沙三上裂缝监测结果 由表可以看出，文 33 块沙三上人工裂缝优势走向： 40，受断层控制。与注水水线方向不一致，区块整体压裂后，不至于暴性水淹。 3、 文 33块沙三上 油藏整体压裂方案部署 在 剩余油研究 的基础上，结合区块目前开发中存在的问题，通过整体技术改造，提高油 藏开发水平。 （ 1）在文 33 西块沙三中 油 藏部署优质高效调整井，并对新井压裂投产； 序号 井号 压裂层位 压裂井段 裂缝监测结果 东翼缝长(m) 西翼缝长(m) 裂缝 方位 裂缝高度(m) 裂缝 产状 1 333上 7 立 2 333上 7 5 直立 3 333上 73 直立 4 333上 61 直立 5 3上 59 直立 7 （ 2）在文 33 西块沙三上主块， 注采不完善和构造高部位， 可通过注采完善，压裂引效，提高水驱动用程度； （ 3）纵向上可通过分层压裂改造，强化差层动用，提高油井产能。重点改造 、 7、 砂组。 （ 4） 压裂工作量安排和预期效果 2003 年， 文 33块沙三上 油藏整体压裂 10 井次，单井增油 800 吨，累计增油8000吨，提高采收率 2 个百分点。 表 文 33 沙三上油 藏 压裂工作量安排 表 开发层系 小计 井 号 主 块 西块 井网未控制和 注采不完善 构造高部位 3 1 5 1 33 上 6 33 333723333 上 8 33合计 10 3 4 3 四、文 33块沙三上 油藏整体压裂优选设计 1、确定设计参数 （ 1）有效渗透率，依据 料和邻井解释结果。 （ 2）孔隙度与有 效厚度 孔隙度与有效厚度取自小层数据表。 （ 3）杨氏模量与泊桑比 压裂设计时所用的杨氏模量是静态杨氏模量。采用长源距数字声波测井（ 全声波形，经算法处理取得剪切波速和压缩波速，借助密度测井数据计算岩石波桑比和杨氏模量。岩石波桑比取值 氏模量取值42000 8 （ 4）地层最小水平主应力 裂缝闭合压力数值上等于地层的最小水平主应力，是压裂液能产生裂缝所必须克服的地层力。在软件设计中，它是一个重要的压裂控制参数，它直接影响裂缝的高度、地面施工压力、支撑剂的积压和嵌入所受应力等许多数据。 对于最小主应力的确定，有如下公式： PP o )(21 2 式中： 地层最小水平主应力； v. . 数，无因次，约为 对于地层的最小水平主应力的获取。由于公式中获取比较困难，采用同区块以往压裂施工井反推来获取。该参数有一定的误差。 （ 5）地层的其他设计所需参数 除了上述几个重要参数外，在设计中还需要其他的几个物性参数，如：压裂层净厚度、含油饱和度、地层流压、驱油面积、流体粘度、表皮因子等参数。 2、裂缝长度的优化 压裂 长度 是利用压裂软件，综合考虑井网特征，储层物性等诸多因素，反复模拟，优选出最佳的施工参数组合， 裂 缝缝隙长应控制在供给半径之内。裂缝隙过长则施工规模过大，造成不必要的经济损失，也不利于后期开采，裂缝隙过小，虽然规模减少，投入降低，但压后产量将受到很大影响，因此应进行裂缝优化。从增产效果与压裂缝长的关系曲线上可以得出，裂缝半长控制在 100m 9 左右效果较好。 增产效果与半缝长关系 3、 压裂方式的选择 压裂施工泵注方式油管注入、油套混注，在满足泵注参数和施工管柱安全的条件下，尽量采用简单的施工注入方式。 4、施工参数设计 （ 1）施工排量 施工排量的选择取决多种因素，通常，提高裂缝宽度，降低滤失时间，提高压裂液效率无原则用高排量，高排量也直接孜善携砂能力。压裂管柱和相应的摩阻压力限制了泵注排量，裂缝宽度和高度的增加导致支撑剂用量增加和缝长缩短。 根据地层情况，应用三维压裂设计软件进行设计模拟，优选最佳施工排量， 缝高与施工排量关系式如下： 式中： m； Q 施工排量， m3/e 自然对数的底。 分析文 33 块沙三上的地质情况，为了避免裂缝过高，针对不同油水界面和油层厚度，施工排量应确定在 宜。 （ 2）平均砂比 10 施工砂比决定着裂缝的支撑剂浓度，而支撑剂浓度又决定了裂缝的导流能力，因此施工砂比对施工后效果影响较大，另外合理的砂比既要保证裂缝有足够的导流能力，又要保证施工顺利 3 块沙三上的地质资料，结合历年该块压裂施工经验，此地区油层埋藏深，地层致密，破裂压力梯度高，水敏、速敏强，施工时最高砂比不 超过 45%，平均砂比 28%。 （ 3）施工泵压预测 地面施工压力可按下式计算： P=f+中 :块破裂压力梯度 流体力学理论或实验方法得到； 美国埃索公司计算孔眼摩阻公式： 其中 孔眼摩阻， Q 注入排量， m3/ 液体密度， Kg/孔眼直径， m; n 有效孔数。 孔眼流量系数，一般取 5、压裂效果和经济效益预测 通过计算机模拟，对本地区进行压裂改造压后增产倍数可达到 。 五、压裂新工艺的应用 1、双封分层压裂技术 双封压裂是通过封隔器分层压裂管柱来实现，是通过封隔器和喷砂器将压裂目的层分 11 开，实现分层压裂的目的。 双封压裂的工作原理：双封分层压裂管柱在下入后，压裂前投入钢球，打压坐封，然后加压打掉一级滑套，压裂第一层。第一层压 完后再投入球杆，加压打掉二级滑套，封闭第一层，压裂第二层。压后待压力扩散后大排量返洗井，上提解封。使用的工具有 水力锚 安全接头 喷砂器：割缝喷砂器 滑套喷砂器 封隔器； 裂封隔器 工作原理： 压裂时，用两级封隔器将待压裂层分开，先压裂下层，然后投入球杆至滑套喷砂器处，油管蹩压打开滑套喷砂器进行第二层压裂。该管柱可以不动管柱压裂压裂两层。 文 33块沙三上 油藏采用双封压裂 2 井次，文 333，成功2井次，累计增油 840吨。文 33裂 ，井段： n， 第二层 压裂 6，井段： n ，设计砂量8+14 方。 5 月 19 日现场施工，破裂压力 73/际加砂 ，平均砂比 停泵压力： 工顺利。压后 4 小时排液，上提管柱 60 吨解封，下泵抽油生产，初期日产液 产油 2、压裂液加液氮助排技术 在今年的压裂施工中，尝试了在压裂液中加入适量的液氮，在压裂后由于压力扩散，温度升高，分散在液体中的液氮体积膨胀，有利于 液体的返排，提高液体返排率，减少压裂液的滤失量及对地层的伤害，提高压裂效果。 压裂层位 3，井段： n ，设计水力锚 89 水力锚 座封球座 割缝喷砂器 滑套喷砂器 12 砂量 20 方，设计加入液氮 7 方， 压裂方式油套混注合层压裂。 7 月 11 日现场施工，破裂压力 泵压力： 砂 20 方，前置液和携砂液各加入一半，共加入液氮 7 方，施工中液氮加入速度为： 80 标方 /分钟，施工顺利。压后自喷，初期日产油量 前日产油量 12t。 3、裂缝强制闭合技术 影响压裂效果的一个主要因素是压后 液体返排率低，特别是文 33块沙三上 储层水敏、速敏强，压裂液滞留地层时间长，容易造成对地层的伤害和井底积液，影响压裂效果。采用裂缝强制闭合技术 ,可以有效地提高液体返排率，减少地层凝胶残渣和遗留在地层中压裂液引起的地层伤害和裂缝伤害，减少支撑剂在裂缝中的沉降，改善压后支撑裂缝的导流能力。 用软件对强制闭合与自然闭合后缝口处导流能力损失情况进行了模拟 ，其结果如下图所示： 强制闭合与自然闭合缝口导流能力对比 由此可知，采用强制闭合工艺技术，可以减少裂缝尤其是缝口处的导流能力损失。 从 4 月份开始，在 11 口井 油井上应用裂缝强制闭合技术，主要采取复合破胶剂，加大破胶剂用量，压后 3嘴立即放喷，并且采用两套流程，保强制闭合与自然闭合缝口处导流能力示意图05101520253035400 30 60 90 120 160压 开 半 长 ， ( m )导流能力，（制闭合 自然闭合 13 证连续放喷，提高压裂液返排率，减少液体对地层的伤害。压降解释表明，裂缝在 15闭合，保证了支撑裂缝剖面的合理性。通过 8口井压裂前后砂面对比，压裂后砂面仅上升 六、区块整体压裂改造技术的应用 1、现场应用情况 截止 2003年 10月， 文 33块沙三上 油藏整体压裂改造，共完成压裂工作量 17 井次，方案对号率 100%，完成率 170%，成功率 100%，有效率，日增油 平均单井日增油 累计增油 ，平均单井增油 ，见附表。 压裂液总用量 3367.7 置比 支撑剂用量 373.1 井支撑剂用量 22 井加砂强度 m3/m,平均砂比 破裂压力 工排量 4.0 m3/场裂缝监测 8井次， 检验实际的水力裂缝偏离优化设计所预测的程度，以及压后实际效果偏离优化设计预测的程度，并为进一步改进设计方案与认识地层系性质提供有关资料。 2、单井压裂效果分析 (1)加砂量与压裂效果的关系 14 （