鄂爾多斯盆地長(zhǎng)c致密儲(chǔ)層體積壓裂工藝技術(shù)研究

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)c致密儲(chǔ)層體積壓裂工藝技術(shù)研究

非正式油和能源資源已成為世界能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。美國(guó)、加拿大和澳大利亞等國(guó)家的油氣、巖氣和致密油正在商業(yè)開(kāi)發(fā)中。其中，韋林斯頓盆地巴坎諾-巴坎諾系統(tǒng)的致密油快速發(fā)展和產(chǎn)量顯著增加。在鄂爾多斯盆地以長(zhǎng)C層為代表的致密油資源量大,分布穩(wěn)定,是長(zhǎng)慶油田實(shí)現(xiàn)5000×104t長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)的重要資源基礎(chǔ)。但是長(zhǎng)C等儲(chǔ)層巖性致密、物性差,前期按照常規(guī)壓裂思路開(kāi)展了大量的研究與試驗(yàn),累計(jì)壓裂改造600余口井,其中僅有337口井獲工業(yè)油流,平均單井試油產(chǎn)量小于6.0t/d,單井產(chǎn)量較低,提高單井產(chǎn)量面臨巨大的挑戰(zhàn)。體積壓裂技術(shù)的成功運(yùn)用,使得國(guó)外致密油、致密氣獲得成功開(kāi)發(fā),改變了世界能源格局,為長(zhǎng)慶致密油開(kāi)發(fā)提供了新的思路。2011年,在對(duì)比分析儲(chǔ)層壓裂地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了致密油混合水壓裂技術(shù)攻關(guān)試驗(yàn),取得階段性的成果,為致密油的有效動(dòng)用提供了新的動(dòng)力。1裂技術(shù)及儲(chǔ)層存儲(chǔ)特征混合水壓裂技術(shù)主要經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展歷程:上世紀(jì)80年代以清水壓裂為主;上世紀(jì)90年代過(guò)渡為滑溜水壓裂;本世紀(jì)初,發(fā)展成為混合水壓裂;目前主要采用水平井多段+混合水壓裂技術(shù)。其中混合水壓裂技術(shù)主要針對(duì)天然裂縫發(fā)育、巖石脆性指數(shù)高的致密儲(chǔ)層,通過(guò)采用“大液量、大砂量、高排量、低砂比”及滑溜水與凍膠交替注入,提高裂縫導(dǎo)流能力,開(kāi)啟天然裂縫并進(jìn)行有效支撐,形成網(wǎng)狀縫,擴(kuò)大泄流體積。主要技術(shù)特點(diǎn):(1)高排量,6.4~15.0m3/min;(2)大液量,1000~1500m3/段;(3)大支撐劑量,100~200t;(4)低黏壓裂液,滑溜水或者滑溜水與線(xiàn)性膠或和交聯(lián)液組合;(5)低支撐劑濃度,30~360kg/m3(0.2%~22%);(6)不同粒徑支撐劑,20/40目和40/70目組合;(7)配套連續(xù)混配及連續(xù)輸砂設(shè)備。2致密儲(chǔ)層地質(zhì)特征通過(guò)盆地長(zhǎng)C層致密砂巖儲(chǔ)層與國(guó)外致密油藏進(jìn)行對(duì)比分析(見(jiàn)表1)[11,12,13,14,15,16],儲(chǔ)層都具有源儲(chǔ)共生、儲(chǔ)層物性差(滲透率小于0.3mD)、巖石脆性指數(shù)較高等特征,其相似性表明盆地致密儲(chǔ)層也具備開(kāi)展混合水壓裂的基本地質(zhì)條件。同時(shí)通過(guò)地應(yīng)力剖面分析表明,長(zhǎng)C儲(chǔ)隔層應(yīng)力差4~6MPa,砂體厚度大,上下遮擋條件好,具備大規(guī)模體積壓裂的條件。3直井混合壓力損失檢測(cè)試驗(yàn)3.1混合水壓裂施工技術(shù)在對(duì)比北美Bakken致密油地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上,結(jié)合長(zhǎng)慶油田的致密油儲(chǔ)層特征、設(shè)備能力、地面條件等,以體積壓裂為理念,探索具有長(zhǎng)慶特色的混合水壓裂技術(shù)。主要采用大液量、大排量的施工參數(shù),形成較大的縫內(nèi)凈壓力;再通過(guò)滑溜水與凍膠的交替注入,其中低黏滑溜水注入有效溝通天然裂縫,形成裂縫網(wǎng)絡(luò),凍膠攜砂注入,形成有效支撐;通過(guò)形成復(fù)雜的縫網(wǎng)系統(tǒng),增加改造體積,提高單井產(chǎn)量。3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究3.2.1儲(chǔ)層改造體積由于地質(zhì)條件存在差異性,將導(dǎo)致混合水壓裂所形成的裂縫形態(tài)會(huì)有較大差異,在長(zhǎng)慶致密油藏開(kāi)展混合水壓裂多數(shù)井將形成以主裂縫為主干的網(wǎng)絡(luò)裂縫系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)。改造體積是混合水壓裂工藝的重要目標(biāo)參數(shù),決定著混合水壓裂的施工規(guī)模。整個(gè)儲(chǔ)層改造體積裂縫總長(zhǎng)與裂縫網(wǎng)絡(luò)半長(zhǎng)、裂縫寬度和裂縫間距之間的關(guān)系如下其中,2xf為總縫網(wǎng)長(zhǎng)度,即主縫長(zhǎng);xn為縫網(wǎng)寬度;△xs為裂縫間距。儲(chǔ)層改造體積=Lftotal×wf×hf。式中,pnet為凈壓力;σH為水平最大主應(yīng)力;σh為水平最小主應(yīng)力;θ為天然裂縫與水力裂縫夾角。當(dāng)θ=90°時(shí),pnet取得最大值σH-σh,盆地長(zhǎng)7水平兩向應(yīng)力差為4~6MPa,則天然裂縫張開(kāi)所需的最大縫內(nèi)凈壓力為4~6MPa。3.2.3縫內(nèi)凈壓力根據(jù)以上凈壓力優(yōu)化結(jié)果,在室內(nèi)計(jì)算排量與凈壓力之間的關(guān)系形成圖版(見(jiàn)圖2),從圖版可以清晰地看出,采取6.0m3/min排量基本能夠滿(mǎn)足天然裂縫開(kāi)啟所需的凈壓力,但為了產(chǎn)生更多的橫向分支縫,需進(jìn)一步提高縫內(nèi)凈壓力。因此在2011年的混合水壓裂的試驗(yàn)中,以6.0m3/min為基礎(chǔ),逐步提高排量開(kāi)展試驗(yàn)。3.2.4混合水壓裂入地液量通過(guò)測(cè)試壓裂凈壓力擬合分析(圖3),得到混合水壓裂平均液體效率為65%~75%,則所需入地液量為增產(chǎn)體積與液體效率的比值。長(zhǎng)C層入地液量:600~800m3。3.2.5壓裂體固體表面液體的應(yīng)用規(guī)律低黏度壓裂液流體黏滯力小、摩阻低、導(dǎo)壓性能好,能更容易進(jìn)入微裂縫,開(kāi)啟并溝通更多的天然裂縫,有利于提高改造體積SRV。因此,混合水壓裂液體優(yōu)選滑溜水+線(xiàn)性膠/交聯(lián)凍膠復(fù)合型液體。并根據(jù)液體類(lèi)型及其作用可分為以下3個(gè)階段:第1階段,滑溜水注入,主要作用是開(kāi)啟天然裂縫;第2階段,基液注入,主要作用是擴(kuò)大天然裂縫開(kāi)啟程度,提高主裂縫導(dǎo)流能力;第3階段,交聯(lián)凍膠注入,攜帶高濃度支撐劑,增加主縫近井地帶導(dǎo)流能力。3.2.6油套同注方式比光套管注混合水壓裂施工排量大,采用油套同注方式或光套管注入均可滿(mǎn)足施工要求。但是由于長(zhǎng)慶致密儲(chǔ)層壓力系數(shù)低,為了提高排液速度,選用了油套同注方式。與光套管注入相比,油套同注方式具有以下優(yōu)勢(shì),一是施工過(guò)程容易控制,安全性能高;二是能夠做到快速?zèng)_砂排液,減短壓裂液在地層滯留時(shí)間;三是采用油管放噴排液效率高;四是能夠攜帶井下壓力計(jì),為優(yōu)化設(shè)計(jì)和壓后分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。3.3單井試驗(yàn)產(chǎn)量下降開(kāi)展了“大液量、大砂量、高排量、小粒徑支撐劑”的混合水壓裂試驗(yàn)17口井,試驗(yàn)井試油產(chǎn)量大于15t/d的井有11口,占總井?dāng)?shù)的64.7%,試驗(yàn)井日平均試油產(chǎn)量19.4t,達(dá)到鄰井2.2倍,投產(chǎn)初期平均單井日產(chǎn)油3.1t,平均單井日增油1.5t(見(jiàn)圖4)。井下微地震監(jiān)測(cè)表明,混合水壓裂所形成的縫網(wǎng)是以主縫為主,分支縫為輔的裂縫系統(tǒng),與常規(guī)加砂壓裂相比,試驗(yàn)井改造體積明顯增大,通過(guò)室內(nèi)改造體積的計(jì)算,試驗(yàn)井改造體積增大了3~5倍(見(jiàn)圖5)。4混合水壓裂試驗(yàn)井效果(1)鄂爾多斯盆地致密儲(chǔ)層天然裂縫較發(fā)育,巖石脆性指數(shù)較高,具備開(kāi)展混合水壓裂的地質(zhì)條件。(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展“大液量、大排量、大砂量”的混合水壓裂技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn),有效增加了改造體積,達(dá)到了提高單井產(chǎn)量的目的。井下微地震監(jiān)測(cè)表明,與常規(guī)加砂壓裂相比,混合水壓裂試驗(yàn)井改造體積增大3~5倍。(3)2011年,在長(zhǎng)7等致密儲(chǔ)層中開(kāi)展了17口井混合水壓裂試驗(yàn)井,增產(chǎn)效果顯著。試驗(yàn)井中試油產(chǎn)量大于15t/d的井有11口,占總井?dāng)?shù)的64.7%,試驗(yàn)井平均試油產(chǎn)量19.4t/d,達(dá)到鄰井2.2倍。(4)為了配合混合水壓裂的實(shí)施,研發(fā)了適合于混合水壓裂的低傷害易返排的表面活性胍膠壓裂液體系,配套了現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù),確保了試驗(yàn)的順利進(jìn)行。(5)混合水壓裂技術(shù)雖然取得了初步認(rèn)識(shí),但是仍然處于攻關(guān)試驗(yàn)階段,需要深入研究影響混合水壓裂改造效果的關(guān)鍵地質(zhì)因素,加強(qiáng)盆地長(zhǎng)7等致密儲(chǔ)層天然裂縫