致密油藏壓裂效果評價方法

致密油藏壓裂效果評價方法

致密油是指以吸附或游離狀態(tài)存在于生油巖或靠近生油巖的致密砂巖、致密碳酸鹽巖和其他儲層巖石中，且未通過大規(guī)模長距離運移而聚集的石油。這需要通過“人工”孔裂縫才能實現(xiàn)“人工”成礦和大規(guī)模開發(fā)。昌吉油田蘆草溝組油藏為典型致密油藏。本文根據(jù)3口水平井壓裂后油壓變化特征對壓裂效果進(jìn)行評價,方法簡單實用。1白云質(zhì)巖儲集層分布昌吉油田蘆草溝組致密油區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起區(qū)吉木薩爾凹陷單斜構(gòu)造上,埋藏適中,烴源巖有機質(zhì)豐度高、厚度較大,整體上白云質(zhì)巖較發(fā)育,白云質(zhì)巖儲集層中溶蝕孔發(fā)育,源儲匹配好。主力產(chǎn)層的巖性為湖泊中心和扇間區(qū)的粉砂質(zhì)白云巖、白云質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)白云巖等,夾持在泥巖和油頁巖之間,經(jīng)井震標(biāo)定、對比、追蹤解釋,認(rèn)為Ⅰ類白云質(zhì)巖儲集層分布范圍460km2,Ⅱ類白云質(zhì)巖儲集層分布范圍594km2.油氣顯示層段埋深在3000~3500m,厚達(dá)100~200m,且整個凹陷均有分布(圖1)。白云質(zhì)含量增高有利于孔隙度升高,但對滲透率的作用不明顯。儲集空間以溶蝕孔、層間縫、殘余粒間孔和納米孔為主,孔隙度為2.50%~16.27%,滲透率大多小于0.1mD,孔喉直徑一般為100~500nm.發(fā)育上、下“甜點”段,目前蘆草溝組在上、下“甜點”段均獲得工業(yè)油流,為重要的致密油勘探領(lǐng)域,具有較大勘探開發(fā)潛力。2“高速通道”壓裂技術(shù)致密油藏由于滲透率極低,常規(guī)壓裂裂縫僅擴大了井控面積,但由于垂直于人工裂縫壁面方向的滲透性很差,不足以提供有效的垂直裂縫方向滲流能力,導(dǎo)致壓裂產(chǎn)量低或者壓后產(chǎn)量遞減快等問題。體積壓裂是在水力壓裂的過程中,通過在主裂縫上形成多條分支縫或者溝通天然裂縫,最終形成不同于常規(guī)壓裂的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò),增加井筒與儲集層連通體積,改善儲集層的滲流特征及整體滲流能力,從而提高壓裂增產(chǎn)效果和增產(chǎn)有效期。體積壓裂利用“大排量、低砂比、大液量、滑溜水、低黏液體”將儲集層改造的方向由提高人工裂縫泄流面積轉(zhuǎn)變?yōu)閿U大裂縫網(wǎng)絡(luò)與油藏的接觸體積。體積壓裂縫網(wǎng)網(wǎng)格可以簡化成理想模式(圖2)。破碎巖塊體積的大小取決于次級裂縫空間分布,即裂縫橫向距離a、縱向距離b和垂向距離c的乘積。評價體積壓裂的效果包括2個方面:一是三維方向上形成相互交錯的縫網(wǎng)體積(SRV);二是被網(wǎng)狀裂縫切割的巖塊體積。縫網(wǎng)體積越大,泄油體積越大。油氣在復(fù)雜縫網(wǎng)中的滲流機理較為復(fù)雜,包括原油從破碎塊向復(fù)雜縫網(wǎng)中的滲流和裂縫中達(dá)西流的雙機理滲流,被網(wǎng)狀裂縫切割的巖塊體積越小,在相同條件下,原油滲流到裂縫的時間越快。因此,縫網(wǎng)體積越大,裂縫切割的巖塊體積越小,壓裂效果越好。為增加裂縫導(dǎo)流能力,一種稱為“高速通道”(Hi-way或ChannelFracturing)壓裂的新工藝也開始應(yīng)用,該技術(shù)與常規(guī)壓裂的區(qū)別是改變縫內(nèi)支撐劑的鋪置形態(tài),把常規(guī)均勻鋪置變?yōu)榉蔷鶆虻姆稚佒谩Ｈ斯ち芽p由眾多像橋墩一樣的“支柱”(Pillar)支撐,支柱與支柱之間形成暢通的“通道”(Channel),眾多“通道”相互連通形成網(wǎng)絡(luò),從而實現(xiàn)大裂縫內(nèi)包含眾多小裂縫的形態(tài),極大地提高了油氣滲流能力,所以被形象地稱為“高速通道”壓裂工藝。3種平衡壓力昌吉油田蘆草溝組致密油2012—2013年先后投產(chǎn)3口水平井。吉172H井、吉251H井、吉32H井油層孔隙度、滲透率、含油飽和度差異不大,油層鉆遇率均較高,水平段長度差異不大(1023~1208m),上“甜點”原油性質(zhì)好于下“甜點”(表1)。吉172H井和吉251H井采用體積壓裂,吉32H井采用高速通道壓裂,3口井的壓裂參數(shù)見表2.昌吉油田致密油的巖層滲透率很低,裂縫沒有延伸到的儲集層基本無流動能力。因此,致密油壓裂形成的縫網(wǎng)體為相對獨立的流動空間。為便于說明問題,這里引入平衡壓力概念,由于致密油壓裂用液量和加砂量很大,短時間內(nèi)導(dǎo)致縫網(wǎng)體裂縫壓力快速升高,假定不開井生產(chǎn),壓裂液會從縫網(wǎng)體的裂縫向巖塊中滲流,由于裂縫縫網(wǎng)體相對獨立,壓裂液向縫網(wǎng)體外擴散很小,當(dāng)壓裂液不再發(fā)生滲流后達(dá)到平衡狀態(tài),這時的壓力定義為平衡壓力。平衡壓力升高值與壓裂液和壓裂砂體積、縫網(wǎng)體積、綜合壓縮系數(shù)有關(guān),表達(dá)式為以吉172H井為例,通過微地震監(jiān)測壓裂過程,形成縫網(wǎng)體(圖3),縫網(wǎng)體水平長度取不穩(wěn)定試井解釋出液水平段長度979.5m,寬度取微地震監(jiān)測平均值317m,由于裂縫高度可以貫穿油層,因此,裂縫分布的厚度取油層有效厚度31.5m,計算縫網(wǎng)體積監(jiān)測范圍978.1×104m3,綜合壓縮系數(shù)取3×10-4MPa-1,壓裂液和壓裂砂體積為1.78×104m3,按(1)式計算壓裂達(dá)到平衡后地層壓力提高值為6.1MPa.由于水平井壓裂后縫網(wǎng)體的體積很難準(zhǔn)確監(jiān)測,網(wǎng)狀裂縫切割的巖塊體積的大小更是難以測算,因此,通過單井生產(chǎn)特征評價壓裂效果尤為重要,壓裂后開井油壓變化特征是評價壓裂效果的有效方法。4水平井壓裂工藝油壓是指液流從井底流到井口的剩余壓力。由于壓裂后短時間內(nèi)壓裂液沒有和縫網(wǎng)體內(nèi)流體達(dá)到平衡,因此,油壓折算到油層的壓力遠(yuǎn)大于縫網(wǎng)體的平衡壓力,以吉172H井為例,壓裂后平衡壓力高出原始地層壓力6.1MPa,壓裂開井時油壓折算到油層的壓力高出原始地層壓力15.2MPa.但是,壓裂后在一定的時間開井,油壓值及變化特征與縫網(wǎng)體的體積和裂縫切割的單個巖塊體積還是有著密切的關(guān)系。由于油壓的變化規(guī)律和累計產(chǎn)液量有關(guān),這里引入累計產(chǎn)液百分比的概念,即累計排出壓裂液的體積和產(chǎn)出油的體積之和占壓裂施工用液量的百分?jǐn)?shù),目的是排出液量比例相同體積之條件下分析井口油壓的變化規(guī)律(圖4)。3口水平井多段壓裂后正常開井,開井后壓力變化情況見表3.由于壓裂后開井油壓折算到油層壓力高于平衡時壓力,原因是縫網(wǎng)體要達(dá)到平衡需要一定的油水重新分布時間,表達(dá)式為在巖石孔隙度、地層原油的黏度、地層滲透率、驅(qū)動壓差差異不大時,置換時間主要與縫網(wǎng)體的破碎塊半徑有關(guān),破碎塊半徑越小,置換時間越短。同樣置換時間下,壓力越接近平衡壓力,說明破碎塊半徑越小。由此可以看出,吉172H井的壓裂形成的縫網(wǎng)體破碎塊半徑小,壓裂效果好。當(dāng)累計產(chǎn)液百分比達(dá)到20%,吉172H井、吉251H井和吉32H井的壓力變化百分?jǐn)?shù)分別為36.8%、63.4%和33.9%,從(1)式可以看出,壓力變化越大,縫網(wǎng)體積與壓裂液的體積匹配越差,即壓裂液的體積與形成的縫網(wǎng)體積未呈良好的正比關(guān)系。因此,吉251H井的壓裂形成的縫網(wǎng)體積相對小,壓裂效果差。綜上所述,吉172H井壓裂后縫網(wǎng)體積大,縫網(wǎng)體破碎塊半徑小,壓裂效果最好;吉32H井縫網(wǎng)體積大,但是,縫網(wǎng)體破碎塊半徑大,壓裂效果次之;吉251H井縫網(wǎng)體積小,縫網(wǎng)體破碎塊半徑大,壓裂效果最差。從3口水平井生產(chǎn)特征也可以印證上述分析結(jié)論。統(tǒng)計含水比與生產(chǎn)天數(shù)關(guān)系(圖5)可以看出,吉172H井退液12d開始見油,含水比快速下降,吉32H井退液13d開始見油,含水下降速度較慢,吉251H井退液33d開始見油,開井48d后停噴關(guān)井,77d后開井含水快速下降與長時間關(guān)井發(fā)生滲吸作用使油水置換有關(guān)。對比相同生產(chǎn)天數(shù)40d,吉172H井含水比最低,為49%;吉32H井次之,為72%;吉251H井最高,為96%.統(tǒng)計含水比和累計退液百分?jǐn)?shù)關(guān)系也表現(xiàn)出同樣特征。統(tǒng)計累計產(chǎn)油與生產(chǎn)天數(shù)關(guān)系(圖6)可以看出,相同生產(chǎn)天數(shù),吉172H井累計產(chǎn)油量最高,吉251H井最低。對比相同生產(chǎn)天數(shù)40d,吉172H井累計產(chǎn)油量最高,為680t;吉32H井次之,為513t;吉251H井最低,只有6t.統(tǒng)計累計產(chǎn)油和累計退液百分?jǐn)?shù)關(guān)系也表現(xiàn)出同樣特征。由此可見,吉172H井壓裂后退液見油快,見油后含水比下降快,相同生產(chǎn)時間和累計退液百分?jǐn)?shù)累計產(chǎn)油量高,生產(chǎn)形勢最好,吉32H井次之,吉251H井最差。致密油藏水平井采用多段大規(guī)模體積壓裂用液量大,縫網(wǎng)體體積大,破碎塊半徑小,效果好。高速通道壓裂縫網(wǎng)體體積大,主裂縫導(dǎo)流能力強,但是,破碎塊半徑大,原油從破碎塊向裂縫滲流難度大。5提高縫網(wǎng)體壓力(1)致密油壓裂形成的縫網(wǎng)體為相對獨立的流動空間。壓裂用液量和加砂量很大,對提高縫網(wǎng)體壓力起很大作用。(2)壓裂后開井時油壓折算到地層壓力越接近平衡壓力,壓裂形成的縫網(wǎng)體破碎塊半徑越小,壓裂效果越好。(3)相同累計產(chǎn)液百分比下,油壓變化百分?jǐn)?shù)越小,縫網(wǎng)體積與壓裂液體積越匹配,縫網(wǎng)體積相對大,