（油气田开发工程专业论文）安塞油田低渗透长6油层重复压裂技术与应用研究.pdf

英文摘要 s u b j e c t ：as t u d yo nr e f r a c t u r i n go fl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r o fc h a n g6z o n eo f c h a n g q i n g a n s a io i l f i e l d s p e c i a l i t y ：o i la n dg a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g n a m e ：y i nx i a o h o n g ( i n s t r u c t o r ：x uy u a n g a n g a b s t r a c t a i m i n g a tt h ek e yo f r e g o f c h a n g6z o n eo f c h a n g q i n ga n s a io i l f i e l d , w h i c hi s al o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r , t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t st h ec o n t r o l l i n gf a c t o r sf o rr e f r a c t u r i n g s t i m u l a t i o n , a n da n a l y z e st h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nf i r s t - f r a c t u r i n ga n ds e c o n d - f i a c t i x r i n g ，a n d l a y se m p h a s i z e so nf o r m a t i o ne v a l u a t i o na n dh y d r a u l i cf r a c t u r ea n a l y s i sa n dd i a g n o s i s ，a n d d e t e r m i n e st h e r a n g e s o fc h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r s o ft h ef o r m a t i o ni n v o l v e di n s e c o n d - f r a c l u _ d n gb ym e a n so fv a g u ei d e n t i f i c a t i o n b a s e do na na n a l y s i so ft h ei n v a l i d i t y e x t e n to f f n 苫t - f r a c t u r i n g ，c o r r e s p o n d i n gs e c o n d - f m c l u n n gp l a nc a nf i n a l l yb ed e c i d e d t h u sa t i m - f r a c t u r ed i a g n o s t i ct e c h n o l o g yw i t ht h ec o n t e n t so f f r a c t u r es i m u l a t i o n , w e l lt e s ta n a l y s i s ， h i s t o r ym a t c ha n db e h a v i o ri d e n t i f y i n gi sd e v e l o p e da n dac o m b i n i n gs t i m u l a t i o nt e c h n i q u e o f f r a c t u r ep r e - t r e a t i n ga n dp r o p p e df r a c t u r i n ga sw e l la sd i v e r s i o nf r a c t u r i n ga r ep u tf o r w a r d a n dp u ti n t of i e l dt e s tf o rt h ef i r s tt i m e n 坞d i v e r s i o nm e c h a n i s mo fan e wt y p eo fd i v e r t e r w i t h i nt h ef r a c t u r ew a sa l s os t u d i e do ni t sp e r f o r m a n c e t h er e s u l to fi t sf i e l da p p l i c a t i o nw a s a n a l y z e da sw e l l o nt h eb a s i so ft h es u m m a r yo fs t i m u l a t i o nh i s t o ww h i c hr e f i a c t u r e dw e l l so fc h a n g6 z o n ee x p e r i e n c e df o ry e a r s o i lw e l lp l u g g i n gt y p e sa r ea n a l y z e da n dc o r r e s p o n d i n gt r e a t m e n t i ss u g g e s t e da c c o r d i n gt ot h ec o n t r o l l i n gf a c t o r sf o rr e f r a c t u r i n gs t i m u l a t i o n t h ee f f e c to f e a c hf a c t o rt ot h ee f f e c t i v e n e s so f r e f r a c t u r i n gw a ss t u d i e da n daf i 葛c 嘶t r e a t i n gf l u i ds y s t e m w a sd e v e l o p e dw h i c hi sm a i n l yc a p a b l eo fr e m o v i n gp l u g g i n go fc a l c i u ms c a l ea n do w e m u l s i o n c o n c l u s i o n sc a nb ed r a w nf r o ms t u d yo nm e c h a n i s mo f r e f r a c t u r i n g ，l a bs i m u l a t i o na n d e v a l u a t i o no f f i - a c t u r ed i v e r t e ra sf o l l o w i n g s ： ( d f a c t u r ep r e - t r e a t i n gg o e sw e l la l o n gw i t ht h ec o m b i n i n gt r e a t i n gt e c h n i q u e 1 1 h e p r o p p e ds a n da m o u n tm a yb er e d u c e db y1 2t o1 3a n dt h et o t a lc o s td e c r e a s e2 0 t o3 0 ) f r a c t u r eg r o w i n gc o n t r o l l e rc h a n g e ss t r e s sd i s t r i b u t i o no nr e s e r v o i rs u r f e c e ，w h i c h i n d u c e st h en e wf r a c t u r et og r o wi nf o r m a t i o n t h u st h es a t i s f a c t o r yf r a c t u r i n gr e s u l t sy i e l d s k e yw o r d s ：a n s a io i l f l e l d ，l o wp e r m e a b i l i t y ，r e f r a c t u r i n g , c o m b i n i n gt r e a t m e n t , d i v e r s i o nf r a c t u r i n g t h e s i s ：a p p l i e ds t u d y n 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谤 中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：尹吨宏日期：2 。石f i 2 0 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名： 导师签名 闩期：工。- 如 日期：出生! ：型 堕翠 一掣 第一章绪论 第一章绪论 长庆三叠系长6 主要生产区块相继进入开采中期，油田稳产难度日益加大。以安塞 油田为代表的三叠系长6 油层重复压裂，已经走过近1 0 年的研究与实践历程。随着认 识的不断深化，工艺技术水平明显提升，增产效果稳步提高，经济性不断改善。高砂比 的压裂和重复技术已不能适应老油田及低渗区块开发增产稳油的需要。所以重复压裂作 为老油气田综合治理、控水稳油的重要组成部分，所面临的任务更重，急需以技术进步 来扭转我国重复压裂成功率低、增产量低、有效期短、科研落后于现场施工等被动局面。 对于处于高含水期开采阶段的井，由于老裂缝控制的原油已接近全部采出，必须实施压 开新缝的改向重复压裂，才能有效开采出老裂缝控制区以外的油气，提高油气产量和长 庆三叠系长6 主要生产区块相继进入开采中期，油田稳产难度日益加大。重复压裂作为 老油田综合治理、降低递减、提高稳产水平的重要技术手段，在老油田稳产中扮演着越 来越重要的角色。 1 1 研究项目背景、来源和意义 水力压裂技术作为油气井增产、水井增注的主要措施，早期的施工由于受当时压裂 工艺、材料、设备工具等限制，存在规模欠小，材料选用不当，设备功率有限等缺点， 从而导致水力裂缝导流能力降幅较快而逐渐失去作用；有些井由于井层选择不当或作业 方面的原因也未能有效。对以上几类油气井，为了获得高产和经济的开采效益，必须要 进行重复压裂。另外对于处于高含水期开采阶段的井，由于老裂缝控制的原油已接近全 部采出，必须实施压开新缝的改向重复压裂，才能有效开采出老裂缝控制区以外的油气， 提高油气产量和油气田最终采收率。 因此，开展重复压裂技术理论的研究，尤其是加强重复压裂新裂缝造缝机理、延伸 规律的研究，对于指导大量的重复压裂施工，提高其工艺可行性和经济可行性，进一步 提高低渗透油气藏开发水平，具有重要的现实意义和长远意义【1 1 。 本文通过对安塞油田复压井资料的分析，探讨二次改造的时机和裂缝转向机理，研 究影响二次压裂改造效果的主、次要原因，提出最优化的重复改造措施。 本文是长庆油田科研项目的一部分。 1 2 重复压裂历程回顾 1 重复压裂历程回顾 历年长6 油层重复压裂井多集中于投入开发较早的安塞油田，从1 9 8 7 至今，先后 经历了常规复压、大型复压、层内暂堵三个阶段。 西安石油大学硕士学位论文 早期的重复压裂主要针对最先开发的王窑区部分低产井，由于注水滞后，工艺方式 单一，以及在选井选层方面仅单纯考虑工艺因素，加之当时处于油田注水开发初期，对 低渗透油藏开发规律、注采井网适应性等问题的认识有限，重复压裂效果普遍较差，有 效率仅有5 8 3 ，单井增油只有1 9 0 t 。 1 9 9 7 年以后的复压实践，以物性差、天然裂缝见水特征最明显的坪桥区最具代表 性。针对裂缝侧向井重复压裂引效问题，前期试验了以水力脉冲解堵为代表的多种物理、 化学法解堵改造，有定增产效果，但有效期仅有9 0 1 2 0 天，且选井条件苛刻。2 0 0 0 年起较大范围试验了层内暂堵选压技术，取得一定效果，有效期内增油1 0 - 0 4 t d ，相 比其他措施( 如脉冲解堵、酸化等) 有效期长，但经济性差；2 0 0 1 年增油量有所上升， 但脉冲解堵等措施增油量也在上升，分析认为沿裂缝强化注水见效、地层压力上升起了 主导作用。 其中1 9 9 8 年与h a l l i b u r t o n 公司合作，在安塞油田坪桥区进行了2 口井大型重复压 裂试验( 坪2 9 3 2 、坪2 9 - 3 3 ) ，采用进口高强度陶粒，大支撑剂量( 1 0 0 t 陶粒) 、大排 量( 2 5 - 3 0 m 3 m i n ) 施工，至2 0 0 5 年年底分别累积增油7 8 7 t 和4 4 9 t 1 2 。目前产量仍高 于复压前产量，有效期已达8 年，且由于地层压力上升，产量回升，稳产情况良好。 表1 - 1 安塞油田坪桥区大型陶粒复压井复压前后生产动态对比 第一次压后生产第二次压裂后 前3 个月平均复压前产量复压后4 个月平均 2 0 0 6 0 5止嬲 井号 油含水 液面油含水 液面油含水液面油含水液面年增油 t d m t d m伽mt ，dmt 坪2 9 3 22 5 69 0 1 1 9 11 3 6 1 6 81 2 3 93 2 91 0 61 0 6 51 7 54 3 41 1 3 77 8 7 坪2 9 3 32 5 4 4 0 1 1 0 51 5 6 8 41 1 6 73 6 4 9 9 9 9 7 2 7 81 1 41 1 5 44 4 9 侯市区孔隙渗流单元施工的侯6 2 9 井( 地层压力水平9 1 4 ，加砂3 9 m 3 ) ，措施前 产量1 2 1 堋，措施后产量稳定在4 5 - 5 0 t d 左右，含水由措旋前的2 8 降至1 0 以下， 一年后的产量还有5 0 t d ，平均日增油3 0 t 以上。受此启发，2 0 0 3 年起重复压裂全部移 至注水见效程度较高的侯市、杏河区的孔隙渗流单元，加砂量提高到3 0 3 5 m 3 以上， 截至2 0 0 5 年3 月，6 0 口井施平均单井日增油1 2 8 棚，增产效果较前期明显提高。 2 前期重复压裂的主要特点 回顾总结近年来的重复压裂历程，呈现以下特点： 重复压裂效果表现出明显的区域性差异。安塞油田2 0 0 1 年以前主要集中在坪桥 区，2 0 0 2 年以后移至侯市、杏河区，后者增产效果好于前者 随老油田加强注水与注采调整，地层压力逐年上升，同一区块重复压裂效果逐 年趋好。特别是坪桥区，1 9 9 8 年起实施沿裂缝强化注水，侧向井地层压力水平上升， 2 0 0 0 年以后达到原始地层压力的8 0 以上，相应的重复压裂增产效果也由早期的0 4 2 第一章绪论 0 7 t d 上升到0 9 t d 左右。在孔隙渗流区，这一特点更加突出。 各种重复改造措施中，高强度陶粒大型复压增产效果最好，有效期最长。虽因其 经济性差( - - 次投入7 5 万) 而难以大面积推广，但却是后来较大规模重复压裂的发端 目前的焦点在于对增产主控因素的不同认识，即增产效果趋好的主控因素是注水 见效，还是工艺因素，或者重复压裂是否改变了裂缝方向等【3 】。 坪桥区裂缝侧向井、王窑老区的中高含水井依然是二次措施的难点。坪桥区受微 裂缝控制明显，加上井网排距过大，主向高压水淹、侧向低压低效的平面矛盾十分突出， 侧向井重复压裂引效被寄予厚望；而王窑老区则已进入中等含水期，油井大范围见水， 错失了最佳的复压时机 3 前期重复压裂的启示 前期重复压裂的实践，给我们以重要启示： 不同区块重复改造的效果客观上存在差异，这主要受油藏物性、注水先后及平 面上的非均质性、井网适应性等客观因素决定。国内外大量实践表明，并非任何一口井、 在任何时间都可以进行重复压裂，其核心就是选井选层问题。 安塞油田不同时期的复压实践表明，随着认识的深化和工艺技术水平的不断进 步，重复压裂的有效性、经济性得到了实质性改善。 安塞油田不同时期的复压效果还表明，重复压裂确实存在一个时机选择问题 近年来超前注水区压裂改造效果也明显好于未超前注水区，都印证了在低渗透、低压油 藏，建立一定的地层压力驱替系统，不仅是提高单井产能的有效手段，也是改善压裂改 造效果的可控条件【4 用。 重复压裂并非单一的工艺或工程闯题，它涉及油藏开发动态、数值模拟、裂缝 测试诊断、压裂新材料、经济评价等多个方面，是油藏工程、压裂工程、测试技术等多 专业的集成，需要多学科联合攻关 1 3 重复压裂技术难点 1 3 1 重复压裂裂缝形态 重复压裂裂缝延伸特征是识别其增产机理的关键之一。近年来国外数值模拟研究表 明，油井初次压裂及长期开采会产生诱导应力场，引发应力反转，同井同层重复压裂可 以产生新的裂缝，沟通新的泄油区，并在矿场实验中得到了证实。但国内这方面研究很 少。 根据地应力场测试，三迭系长6 油层地应力以垂向为最大，水平方向原始最大，最 小主应力相差不大，为1 2 2 9 m p a ，初次压裂裂缝方位为n e 6 0 8 0 。e 6 。二次压裂中 裂缝的延伸形态如何变化、能否产生新的裂缝、或者产生新裂缝的条件等问题，急需从 理论上弄清，核心是注水开发油田地应力变化规律的研究。 3 西安石油大学硕士学位论文 1 3 2 重复压裂工艺方式 以往复压实践已经证实，在物性相对更差、以孔隙渗流为主、产层平面上各向异性 较好的区块，实施较大规模重复压裂是行之有效的。但对于连通性差、非均质性强、天 然裂缝发育的区块，裂缝受地应力控制明显，二次压裂增产的核心是产生新缝，层内暂 堵( 蜡球暂堵选压) 受材料性能制约、t s o 受储层岩石力学性质制约，成功率低，有 效的工艺方式急需创别7 】。 1 3 3 裂缝测试诊断手段 对于特低渗油藏，应用试井方法对原水力裂缝失效程度进行诊断还很不成熟，裂缝 监测主要还是“地面微地震法”，误差大，精度低i s , 9 1 ，缺少先进的测试手段，以便结合 小型测试压裂，精确监测复压井裂缝延伸过程，以实测数据深化二次压裂裂缝形态的研 究，并指导复压井方案设计。 1 3 4 重复压裂材料 三叠系长6 油层极限闭合应力一般在2 0 3 0 m p a 之间，出于经济上的考虑，目前全 部使用兰州石英砂支撑剂，但随着油田开发的延续，裂缝内压力下降，闭合应力增大， 支撑剂破碎率呈增大趋势。 安塞油田坪桥区2 口大型复压试验井使用高强度陶粒，获得了很好的增产效果。重 复压裂是否改用陶粒支撑剂，需要研究测试加以明确界定。 1 3 5 重复压裂设计 由于重复压裂裂缝形态的不确定性，目前还没有成熟的重复压裂优化设计商业软 件，实践中也没有形成比较成熟的设计模板，实际操作大多依赖经验。 1 3 6 重复压裂的经济性 前期重复压裂的一个突出矛盾，就是“有效果无效益”。即压后增产幅度小、有效 期短，增产收益不足以平衡投入费用。类似坪桥区2 口大型复压试验井一次投入太高， 投入回收期太长。显而易见，经济性是评价重复压裂可行性的重要约束条件，也是工艺 技术试验的最终目的。 4 第二章重复压裂增产控制因素研究组成分析 第二章重复压裂增产控制因素研究组成分析 与初次压裂不同，同井同层重复压裂井不仅要进行单井地层评价，更强调对前次压 裂裂缝的分析诊断。前者构成选井选层的主要依据，后者决定二次压裂的增产潜力，二者 的有机组合成为重复压裂增产的控制因素【10 ，1 1 1 2 1 地层评价 2 1 1 剩余可采储量 目标井剩余可采储量是重复压裂增产的物质基础，决定二次压裂的累计增产量。不 同的开采时期评价标准不同，开发中前期主要评价目标井累计采出水平，并与区块总体 水平对比，直接目的是提高单井产量。开发中后期重点评价剩余油，措施目的在于增加 采收率。 安塞油田总体上处于开发中期，根据标定的采收率( 1 8 ) ，单井采出量应为 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 t ，目前平均单井采出水平侯市区为6 0 0 0 t 左右，杏河区7 0 0 0 t 左右，而王 窑老区则已经达到1 0 0 0 0 t 左右，进入开采后期【1 2 1 。 2 1 2 地层能量 目标井地层压力保持水平，是重复压裂增产的能量基础，决定二次措施能否直接有 效。数值模拟表明，地层压力保持水平越高，措施后产量越高；地层压力保持在原始压 力附近时，复压效果最好。 榔o 蜘 簟瑚 奄 l l 辩 强 ：i为丛 ：7嚣 她屡压力 秘- ) 图2 - 1 地层压力与复压效果 研究表明，地层压力下降使油藏内渗流状况趋于复杂化，主要表现在： 5 西安石油大学硕士学位论文 1 地层压力下降，作用在油层上部的有效压力( 上覆压力与地层孔隙压力之差) 增 大，孔隙度下降，必然引起地层渗透率的下降，使整个油藏孔渗性变差( 见图2 2 ) 。 0 00 51 01 52 o 2 5 3 0 压力梯度( m p a c m ) 图2 - 2安善长6 岩心煤油渗流特征曲线一孔隙压力与流量 2 安塞长6 油层岩岩心渗流实验结果表明，随着地层压力下降，渗透率下降，再提 高地层压力，渗透率只能恢复到初始值的6 0 5 8 7 2 ( 见图2 3 ) 。 2 1 3 油井含水 024881 0 上覆压力( m p a ) 围2 - 3安塞长6 岩，0 煤油渗流特征曲线一上覆压力与流量 1 2 油井含水程度表征着注水开发油田的水驱特征，在一定程度上反映了注入水推进速 度、水驱前缘位置与平面注采关系【13 1 ，是选择重复压裂时机的重要依据。数值模拟及矿 场实践证实，重复压裂效果随含水率的增加而变差，而且对不同的含水阶段敏感程度不 同，高含水井二次措施后含水上升速度快，采收率低。适宜的二次压裂时机，一般应在 油井见水前。 安塞油田长6 油层发育程度不同的天然微裂缝( 坪桥区、王窑区东部最为突出) ， 6 ；g 舛 2 们 0 0 0 0 0 o o ui专v鞠媾 o 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o协叮业 o e ) | 辟蝌拳 第二章重复压裂增产控制因素研究组成分析 局部发育高渗孔隙带( 杏河区) ，各向异性明显，注入水方向性突进，动态上表现为油 井受效程度不一，含水程度差异较大，主向井见水早，侧向井能量低，平面矛盾突出； 加之其相渗特征为陡直型，见水后油相渗透率下降很快，王窑老区3 口见水井复压后含 水上升1 4 3 1 个百分点。 安塞油田油井见水方向基本与最大主应力方向一致，如果二次压裂裂缝难以定位， 在已有井网下，见水井重复压裂有很大的不确定性 2 2 初次压裂裂缝评价 2 2 1 支撑剂 随开发时间延长，支撑剂嵌入量、破碎率均呈增加趋势，裂缝有效导流能力下降甚 至闭合，表现出地层深部堵塞的特征，如试井无线向流、生产动态高压低产( 高静压、 低流压、低液量) 、解堵措施无效等。生产时间越长的井，这一问题更为突出“。 根据闭合应力测试、试井解释及现场监测，安塞油田主要为支撑剂嵌入引起的裂缝 失效( 杨氏模量较低) ，靖安油田支撑剂嵌入、破碎兼而有之，以支撑剂破碎为主( 闭 合应力较高) 。 2 2 2 初次压裂规模 油井投产压裂规模偏小，特别是早期的井，受当时工艺、设备水平局限，改造程度 偏低，水力裂缝长度小，铺砂浓度低，裂缝有效缝长不足。安塞油田早期的油井均存在 改造程度偏低的问题。坪桥区大型复压井证明，实际形成的裂缝并未达到软件预测的长 度。 2 2 3 近井地带堵塞 老井长期生产，不可避免地产生结蜡、结垢等，在近井带形成堵塞。一般对老井应 首先进行近井带解堵措施，无效后再行二次压裂。 2 2 a 压裂液残液伤害 早期的压裂液如甲叉基龙胶、田箐、香豆液等，不仅残渣高，破胶不彻底致使压裂 液残液滞留地层，造成永久伤害。 2 2 5 施工因素 如加砂结束后过量顶替，使缝口导流能力变差；施工规模较大时加砂设备难以实现 7 西安石油大学硕士学位论文 连续、平稳加砂，甚至停砂、停泵，严重影响填砂裂缝的质量等。 综上所述，在设定二次压裂并未改变原裂缝方位的前提下，重复压裂井增产控制因 素为： 剩余可采储量决定二次措施累计增产量； 地层能量( 压力) 决定二次措施增产幅度； 油井含水是选择重复压裂时机的重要表征； 初次压裂裂缝失效程度决定措旌潜力大小及工艺对策。 2 3 重复压裂选井选层模糊识别方法 2 3 1 模糊识别数学模型的建立 设a 是由n 1 个重复压裂待选井层a 1 ，a 2 ，a + 1 及理想的重复压裂井层a n 组成的集合，p 是对应于重复压裂待选井层a 1 ，a 2 ，a n 1 及理想的重复压裂井层 a n 的m 个特征参数p 1 ，p 2 ，e oooo l 9p m 组成的集合1 1 6 切由集合a 到集合p 的一个模 糊关系记为r ，因a 、p 均为有限论域，故r 可用矩阵表示为： f r = h j 。 f = 1 ，2 ，刀；_ = 1 ，2 ，o ooo m 1 嘞= 0 ，1 沼d 其中，i 表示重复压裂待选井层或理想重复压裂井层a i 具有参数p j 特征的隶属度。 按最大最小法求集合a 到集合p 之间的模糊关系r f 0 x 口1 7 ；一( x ) 一 ( x - - 4 i ) ( 4 2 一a 1 ) 4 1 工 d 2 ( 2 - 2 ) 【 1 工2 口2 式中，x 重复压裂待选井层或理想的重复压裂井层的任一特征参数； 皿重复压裂待选井层或理想的重复压裂井层的任一特征参数的最小值； 口，重复压裂待选井层或理想的重复压裂井层的任一特征参数的最大值； 将模糊矩阵r 划分为n 个次级模糊矩阵r 1 ，r 2 ，r n 1 及氏( r 1 ，r 2 ，r + 1 及r 。分别表示重复压裂待选井层及理想的重复压裂井层与其各自特征参数间的模糊关 系) 。现求解r j ( j = 1 ，2 ，n - 1 ) 与r 。的接近程度，可采用欧氏贴近度的办法， r 与r n 的欧氏贴近度的计算公式如下： p ( r ，) 一1 一三萋k ，( 只) 一r 化) 】z ( 2 3 ) 蔓三兰重墨墨型堕兰墼型里墨堑壅丝堕坌堑 有了计算的欧氏贴近度，就可依此判断哪些井层适合于重复压裂，进而可对一批重 复压裂井按优劣进行捧序。 2 3 2 理想重复压裂井层的各项特征参数范围的确定 重复压裂选井选层的实质就是先由选择者提出理想重复压裂井层a n 的特征参数 饥 应具有哪些要求，并将协 中的各项特征参数作为相应的参数指标。然后，在集合 3 0 ，可以满足初期裂缝导流能力要求，但由于地层杨氏模量较低( 安 塞7 9 0 0 1 1 0 0 0 m p a ，五里湾9 1 0 0 1 4 7 0 0 m p a ) ，压裂支撑剂存在嵌入问题，在靖安由于 地层闭合应力较高( 2 8 m p a ) ，还存在支撑剂破碎问题； 3 安塞老井射孔段多( 5 7 段) 、跨度大( 砂层顶部底部) 、射开程度高( 6 0 一踟) ， 但施工排量小，目的层纵向上改造完善程度偏低； 4 早期的香豆粉压裂液残渣高性能差于胍胶； 5 靖安油田物性较好，要求的裂缝穿透比相对较小。 裂缝模拟分析显示，安塞前期的老井，目的层投产压裂在横向、纵向上改造程度明 显偏低，这将成为二次压裂的增产潜力之一。实际上，近年来安塞油田以较大规模为主 的重复压裂改造获得较好效果，也验证了这一点。 3 2 生产历史拟合 在f t a c p r op t 软件上，利用老井生产历史资料，拟合、分析初次压裂效果与裂缝参 数，3 口老井结果见下表3 - 2 、图3 - 1 、图3 - 2 、图3 - 3 。 表3 - 2 目标井初次压裂f r a c p r op t 生产历史拟合 1 1 西安石油大学硕士学位论文 图3 - 1 侯6 2 9 生产历史拟合曲线 图3 - 2 侯9 2 7 生产历史拟合曲线 图3 3 杏1 8 1 l 生产历史拟合曲线 分析拟合中剔除了注水见效因素。可以看出，3 口井生产历史拟合的初次压裂裂缝 参数，半缝长x f = 4 0 5 0 m ，高度覆盖了砂层厚度，裂缝穿透比( x f r ) 为3 2 4 0 ， 略低于软件模拟预测的裂缝穿透比4 0 5 0 。 生产历史拟合的初次压裂裂缝参数，与模拟预测的结果基本一致，即初次压裂并 1 2 第三章重复压裂压前诊断技术 未达到油藏模拟优化的裂缝穿透比7 0 ，均反映出一次压裂改造半径偏小的趋势。1 9 9 7 年2 口大型复压井加入陶粒5 0 m 3 ，至今未发现井阃干扰现象，说明实际形成的裂缝并 未达到原先设想的长度。 3 3 试井分析 从安塞油田2 0 0 3 年上半年的试井资料中，选取双重介质特征较明显的3 口并，利 用不同的试井软件重新分析，均解释不出人工裂缝，但表皮系数s 一般在- 3 o 一5 0 之间，在井筒周围存在一个渗透率改善区( 见表3 3 ) ，影响半径3 0 - 5 0 m 不等。3 口井 1 9 9 5 1 9 9 7 年投产，距今7 年左右，说明目前水力裂缝并未失效，或未完全失效。 侯6 - 2 9 重复压裂前后的试井分析表明，较大规模重复压裂( 加砂3 9 m 3 ) 后产生了 有限导流的垂直裂缝( 图3 4 ) 利用同一软件，对侯6 2 9 井重复压裂前后的试井资料进行解释，措施前试井解释 无水力裂缝( 图3 3 ) ，重复压裂1 年后的试井( 图3 _ 4 ) ，解释裂缝半长2 3 1 m ，裂缝导 流能力7 5 2l im 2 锄r 见表3 4 ) 。 一 磷国， 彩 矽 i m i m 圈3 - 3 候每2 9 井双对数综合曲线拟合图( 复压前) 后) 一一 - 二 一 一r l o s - l e gp l o t 图3 - 4 候6 2 9 井双对数综合曲线拟合图( 复压 表3 - 3 部分并试井解释结果 西安石油大学硕士学位论文 麦3 - 4 侯6 2 9 重复压裂前后试井解释结果 参数重复压裂前重复压裂后 储集类型均质 有限导流垂直裂缝 井筒存储系数( m 3 m p a ) 5 i o e - 47 7 9 e - 4 表皮系数s - 4 3 9 0 5 4 6 ( 裂缝面) 渗透率( 1 0 - 3 um2)0107 0 铝3 流动系数( 1 扩um 2 1 n ，m p a s ) 0 7 4 3 3 3 流度( 1 旷m 2 m p a s ) 0 0 5 4 0 2 4 2 外推地层压力( m p a ) 9 7 6 71 1 8 3 5 影响半径(m)453 8 2 2 裂缝半长( m ) 2 3 1 裂缝导流能力( um 2 a n ) 7 5 2 解释所用软件 s a p h i r 3 0 as a p h i r 3 0 a 定量的裂缝模拟、生产历史拟合与试井诊断表明： 1 安塞油田长6 油层存在初次压裂改造半径偏低的问题，实际形成的裂缝并未达到 原先设想的长度： 2 安塞油田早期小排量压裂与大跨度、多段射孔不匹配，造成产层纵向上水力裂缝 完善程度较低； 3 安塞油田老井经过1 0 年左右的开采，目前水力裂缝并未完全失效，这是对老井原 有裂缝有效性的一个整体判断。 3 4 生产动态识别 在试井等资料无从获得的情形下，结合其他动态监测资料，从老井生产动态上识别 判断其特征类型，也是老井压前诊断的技术手段之一。 8 量 ： 方) 2 o 6 日 4 产3 油2 ( 吨) 1 4 8 莲，；： 1o o 8 0 0 曩9 0 0 m10 0 0 ( ) 1 1 0 0 l2 0 0 l la 一一一 一 k 、一一，吣- - 、 i _ ，一 v - 、，一一“i j y _ i一4 5 一一 。 一 l 。一升三降”型i l ，、八- 一o ，一一，。_ 、- ，、， 一，、氐 _ 、，k mu ，一u vl ，- j 一一 l 产 l， 一 h，v 、h j - - - 、一 l l - ，一_ ，厂y l _ 一一1 o ” ：一，小一一一二一一，_ - 一” o o 0 00 1 1 0 1 0 1 ，0 20 1 ，o ， 图3 - 5 侯市西部候2 4 1 6 单井采油曲线一堵塞型 1 4 第三章重复压裂压前诊断技术 5 日4 产3 液2 方) l 0 5 日4 3 油2 吨)1 4 8 丕，；： l o o 1000 鍪1 1 0 0 漂，1 2 0 0 13 0 0 几月- 1 一 u 1 ，口口1 ，n们，i ，20 1 ，l ，们月， 图3 - 6 侯市西部侯2 3 - 1 6 单井采油曲线一堵塞型 图3 - 5 和图3 - 6 的2 口井开采曲线均为液面下降( 或稳定) ，液量、油量下降，含 水上升，动态监测为高静压( 一般超过原始地层压力) 、低流压、低液量，呈典型的堵 塞特征。这种特征在侯市西部高压区较有代表性，重复改造应采取解堵型措施2 0 0 4 年针对高压区此类见水井，进行解堵型重复压裂，获得较好效果。 而侯市东部生产动态多表现为长期注水但油井无明显的见效显示，或已有见效显示 但油井长时间低产，含水均保持稳定。此类井产量一般稳定在2 o 2 5 枷左右，含水 1 0 ，注采单元划分为孔隙渗流区，地层压力水平较低，一般为7 0 左右，个别井点 达到8 0 。此类井多由于注水原因或注采井网控制程度较低，以及初期改造等原因导 致低产，重复压裂目的在于引效，即降低注入水驱替沿程的阻力( 驱替压差) ，促使油 井尽早见到注水效果。 8 1 日1 。薯，： 01 9 5 801 9 9 92 0 0 0 02 0 0 162 0 0 26 图3 7 侯市东部候5 - 3 0 单井采油曲线 瓦一妒 1 蠢函蕊丽磊函 两 一啪| 霍一i 硒 、 1 _ _ 己o )含水 刍 0 0 o 0 0幻j 动液面 西安石油大学硕士学位论文 童加 薹2 0 0 t r 含水 k 太一 + 日产油 代a 气f 麓 1 【l 一气一冽 - l ，吣， ￥厂v l 小茁pn 棚一 f ￥x 警。 “州j 0 节气- 绛嚆哆_ 椒簪 11 01 92 83 74 65 56 47 38 29 11 0 01 生产时间( 月) 6 4 昌 棠 2 k 皿 o 圈3 8 侯市东部候9 - 2 7 压前压后生产曲线一重复压裂引效型 由于此类井以引效为目的，故压后增产幅度主要取决于注水见效程度( 地层压力水 平) ，不像堵塞井压后即有大幅增产。如图3 8 侯市东部侯9 2 7 压前无测压数据，压后 初期产量增幅并不很大，说明地层压力水平不高；压后稳产效果较好( 有效期已达1 6 个月，继续有效) ，达到了引效的目的( 该井位于角井位置，压裂方位不利，目前见液) 。 通过生产动态识别，可将目标井大致分为堵塞型、重复压裂引效型两类。前者以解 堵措施( 包括裂缝解堵) 为改造取向，后者则以延伸原有裂缝或完善老裂缝为改造目的。 总而言之，利用定量的裂缝模拟、试井分析和生产历史拟合方法，结合老井生产动 态识别，对选出的目标井进行压前诊断，就可以确定目标井的措施潜力所在，从而为制 定二次改造工艺对策提供依据，增强措施的针对性，成为重复压裂配套技术环节之一。 1 6 第四章裂缝预处理及压裂复合工艺技术 第四章裂缝预处理及压裂复合工艺技术 对于初期改造程度偏低井、填砂裂缝失效井，长庆经过多年的实践，已经确认在压 裂方位比较有利的情形下，较大规模重复压裂技术是行之有效的从早期坪桥区2 口大 型陶粒压裂试验井至今有效，到目前为止在安塞油田侯杏区、五里湾区较大范围推广， 较大规模压裂已经成为长6 油层重复压裂的主体技术鲫。 4 1 较大规模重复压裂的局限性 针对侯市东都等区块油层厚度大、投产改造程度低、长期注水见效不明显的井，以 及五里湾区、盘古梁区部分井表现出裂缝失效等低产特征，以重复压裂引效为目的，采 用较大规模重复压裂技术，现场应用1 0 口井，截止现在累增油8 1 0 3 3 t ，平均有效期已 达1 年，平均日增油2 5 1 t 。其中，安塞5 口井平均日增油1 9 4 t ，高于全部重复压裂井 增产水平，最早的侯6 2 9 井有效期已达2 年以上，累增油1 8 9 1 t ；靖安5 口井平均日增 油3 1 2 t ，柳5 6 井单井累增油达2 5 8 2t ( 见表4 1 ) 。 表4 1 较大规模重复压裂井效果统计 较大规模重复压裂技术成熟，有效期长，作为注水区油井引效措施，其效果 勿庸置疑。 表中侯1 9 8 、侯1 9 3 4 两口井有效期仅有8 0 多天，失效原因主要是提前见水。说 明较大规模重复压裂有一定局限性。 1 7 西安石油大学硕士学位论文 该两口井的共同特点是采出程度高( 高于区块平均采出程度) 、地层压力高( 高于 原始地层压力) ，在井网中处于角井位置，压裂方位不利。 表4 2 较大规模重复压裂见水井数据表 实践证明，较大规模重复压裂在下述情形表现出较明显的不适应性，主要表现为： 1 见水井； 2 水、压裂方位不利的井； 3 采出程度高、地层压力高的“双高井”；井网适应性较好的井组，可能加剧油藏 非均质性； 4 虽初期改造程度偏低，但已错失最佳复压时机的井组( 如安塞油田王窑老区) 等。 4 2 裂缝预处理及压裂复合工艺技术原理 针对堵塞井、见水井、压裂方位不利的角井、有引水风险的“双高井”等不宜较大 规模重复压裂的候选井，遵循油田注水开发整体需要，以“裂缝解堵、裂缝完善”为技 术思路，研究、试验了裂缝预处理与加砂压裂复合改造工艺。 该工艺采用裂缝预处理与加砂压裂两级作业、复合连作：第一级作业泵注专门开发 的裂缝处理液，解除近井带及裂缝前端的结垢堵塞物，疏通炮眼及裂缝通道；第二级作 业加砂压裂，对原有裂缝在横向、纵向上及缝口处进行完善，达到裂缝解堵与裂缝完善 双重目的，构筑高导流能力的裂缝通道【5 捌】。 其中压前诊断油井堵塞类型、处理液筛选、处理液泵注程序设计是该工艺的三个关 键环节。 4 3 长6 油层主要堵塞类型 确认油井堵塞类型是筛选裂缝处理液的基础。对于注水开发的三叠系长6 油藏，油 井堵塞较为常见的情况大致有： 4 3 1 钙垢堵塞 由于地层水与注入水水型不配伍，在油井长时间生产导致储层压力、温度降低的环 境下，形成钙垢堵塞，成份以c a c 0 3 、c a s 0 4 为主。这是长6 油层结垢的主要类型，在 不同区块钙垢成分差别较大。 1 8 第四章裂缝预处理及压裂复合工艺技术 地层水：c a c l 2 水型，含有大量c a 2 + 和一定量h c 0 3 一； 注入水：n a 2 s 0 4 型，含有一定量s 0 4 2 - ； 在温度、压力发生变化时，c a ( h c 0 3 ) 2 分解形成c a c 0 3 沉淀物。 c a ( h c 0 3 ) 2 = c a c 0 3i + h 2 0 + c 0 2 地层水与注入水接触会发生如下反应： c a 2 + + s 0 2 一= c a s 0 4 l c a t 0 3 垢一般堆积于近井带的射孔炮眼处，堵塞油流通道，在酸性条件下即可溶解， 常规酸化解堵主要针对c a c 0 3 垢而c a s 0 4 垢通常在紊流诱导的压降处形成，多见于 地层深部及裂缝壁面处，高含水井井筒取样偶见，具有致密坚硬的晶体特征，近井带解 堵措施有效作用半径小，处理液难以进入地层或裂缝深部，且单一的酸液体系对c a s 0 4 垢基本不起作用。 4 3 2 油水乳化堵塞 油井生产过程中，地层原油与地层水混合形成乳化液，各种外来液体对油层形成水 锁、乳化及润湿反转，均可导致堵塞。 油水乳化常见于见水井、高水饱油藏，乳化液几乎都是通过产品混合时某种形式能 量的附加而产生，当能量源被消除，大多数乳化物迅速破坏。这些不稳定乳化物的破 坏机理是，通过微粒接触、生长，然后被流体隔开。当微粒靠近并接触，液滴表面层液 膜就变薄并破裂，形成更大液滴p 捌。这种液滴客观上阻碍地层中原油的流动性。 4 3 3 残留胶质堵塞 残留胶质最早可能是首次改造时形成的滤饼，它附着于裂缝壁面及油层表面，之后 在地层温度、压力下可能与后期逐渐出现的结垢物及蜡质形成一种成分复杂、质地坚硬 的机械混合物。实验表明，这种残留的压裂液胶质很难被单一的酸液完全溶解。 4 3 4 有机残留物及膨胀粘土堵塞 原油中含有的胶质、沥青质及石蜡等大分子有机物在温度、压力下降及油层大量脱 气时析出，聚集在炮眼和油层表面形成堵塞。膨胀粘土引起的堵塞随地层岩矿成分而异， 粘土的体积随流经地层流体的矿