1. 引言
随着我国常规油气资源可采储量的逐渐减少,低渗透油气藏已经成为接替储量得到重视开发 [1]。胜利油田低渗透油气藏在难动用储量中占三分之一左右,分布于纯化、尚店、大王北、渤南等十多个油田,具有“埋藏深、跨度大、多层发育、单层厚度薄、储层渗透率低、储量丰度低”等特点 [2]。
针对多薄层储层,依据小层分布特点,传统的改造理念为:小层分布较散,隔层较厚,能机械分层的,实施多封多层压裂工艺;小层分布集中,隔层较薄,不能机械分层的,多采用大排量、大规模笼统压裂工艺。纵向上兼顾多个小层容易改造不均衡、不充分。
目前多薄层压裂工艺主要有多级封隔器分层压裂、水力喷射分层压裂、桥塞分层压裂、暂堵分层压裂等 [3]。通过封隔器、桥塞等井下工具实施分层压裂,能实现储层纵向精准分层,提高改造的针对性,但多数井况条件下,难以实施。通过暂堵转向实施分层压裂,工艺简单,分层灵活,适应性广,还可与机械封隔器、填砂、桥塞等分层工艺进行复配,但对于它的实际转层效果一直存在争议。为了提高多薄层暂堵压裂裂缝扩展规律的认识,在胜利渤南油田义37块平台井实施了基于微地震裂缝监测的暂堵压裂现场应用研究 [4]。
2. 目标工区储藏特点
义37块位于济阳坳陷渤南洼陷内渤南油田,是西高东低的单斜构造,地层西部较缓,向东变陡,地层倾角8~10度,南北受两条断层夹持,构造继承性较强。主要含油层系为沙三段5~9砂组,其中9砂组地层厚度50 m左右,油藏埋深3330~3850 m,发育有4个小层,基本都有隔层分布,全区分布最稳定的隔层在92小层与93小层之间,岩性为泥岩。沙三段9砂组隔层平均单井发育3层,平均单层厚度1.7米,岩性基本为泥岩,层间非均质性和平面非均质性均较强。砂体全区发育,重力流水道浊积扇沉积,连通性较好。岩性主要为细粒、不等粒岩屑长石砂岩,粒度中值0.10~0.25 mm,泥质含量平均为7.5%,胶结物以铁方解石、铁白云石为主,分选中等到差。磨圆度为次棱角状,接触关系主要为点—线式,胶结类型以孔隙式胶结为主。粘土矿物绝对含量6.8%,成份以伊利石和高岭石为主,其含量分别为36.5%和34.3%,占粘土矿物总量的70.8%。储层孔隙度17.1%,渗透率1.7 mD。孔喉半径平均值为0.65 × 10−3 μm,退汞效率仅33%,孔喉粗细不均,分选较差,有效喉道较少。属于中低孔、特低渗、构造–岩性油藏 [5]。
地层水矿化度为14129~20724 mg/l,水型为NaHCO3型。地面原油密度0.869 g/cm3,地面粘度15.2 mPa.s,地层原油粘度0.28 mPa.s,凝固点为30℃。地层温度为152℃,温度梯度为3.7℃/100m,原始地层压力45.1 Mpa,地层压力系数1.35,饱和压力30.8 Mpa,属常温、高压、高饱和压力油藏 [5]。
裂缝方向为NE43˚~NE81.9˚,即地应力方向以北东方向为主,平均62.5˚ [6]。脆性指数平均48.8,脆性指数较高;水平应力差为3.7 MPa,利于裂缝转向 [7];应力评价系数为0.21,利于缝网的形成。中等注入倍数下为弱水敏,弱速敏、弱酸敏、弱碱敏、中等盐敏储层。润湿性为强亲水性。
3. 暂堵压裂改造方案
针对义37块沙三段9砂组储藏特点,探索“低品位中找甜点”、“精细储层改造、作大产能”的地质工程一体化为总体开发思路 [8],选择4口井平台实施拉链式工厂化压裂。四口井基本数据,见表1。四口井测井曲线及射孔位置,见图1。
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Table 1. Basic data table of target well
表1. 目标井基本数据表
3.1. 整体改造思路
4口井整体改造思路如下。
1) 采用套管注入变粘滑溜水体积压裂工艺,同时提高加砂规模及平均砂比,立足充分改造、提高压裂效果和施工效率。
2) 设计排量14 m3/min,在较高的净压力下突破段内隔层,保证均匀改造,并配合低伤害变粘压裂液体系,造复杂缝,增大改造体积。
3) 对比邻井压裂加砂强度增大至加砂强度4 m3/m以上。
4) 4口井各小层间物性存在一定差异,设计加入暂堵,并通过暂堵材料优化,保证个小层均匀充分改造。
5) 本区块强水敏,设计加入高效防膨剂,防止黏土膨胀。
6) 加入防乳化剂,保证后续生产过程中集输阶段正常进行。
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![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x7_hanspub.png?20220602092202247)
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Figure 1. Logging curve and perforation location of four wells
图1. 四口井测井曲线及射孔位置图
3.2. 单井差异化设计
4口井单井差异化设计及暂堵方案如下,见表2。
1) 针对义37-X94井中薄层,小层密集,夹隔层较薄,采取套管单段 + 层间暂堵压裂工艺。通过2次层间暂堵转向分压三级提高纵向储层动用率。第一级前置CO2增能。全井采用30/50目中密高强陶粒。
2) 针对义37-X95井厚薄层,小层密集,上厚下薄,层间差异大,采取桥塞分段 + 缝内暂堵压裂工艺。下1级桥塞分压两段,第一段不暂堵,对第二段厚层通过1次缝内暂堵提高裂缝复杂程度。全井采用40/70目 + 30/50目中密高强陶粒。
3) 针对义37-X100井厚薄层,小层密集,上薄下厚,跨度小,采取套管单段 + 中途停泵 + 层间暂堵压裂工艺。通过停泵 + 暂堵复合转向工艺,提高转向效率。全井采用40/70目 + 30/50目中密高强陶粒。
4) 针对义37-X101井厚薄层,中部有较厚夹隔层,层间差异大,采取桥塞分段+层间暂堵压裂工艺。下1级桥塞分压两段,对第一段厚薄层发育,实施层间 + 缝内暂堵实现立体改造,对第二段不暂堵。全井采用40/70目 + 30/50目中密高强陶粒。
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Table 2. Table of differential design and temporary plugging scheme of target well
表2. 目标井差异化设计及暂堵方案表
4. 微地震裂缝监测
4.1. 微地震裂缝监测方案
在义37区块4口井平台压裂施工过程,进行地面微地震裂缝监测、处理及解释,利用计算机成像技术绘制压裂位置周围地层微地震活动三维图,给出压裂裂缝方位、长度、宽度、高度等参数 [9]。根据压裂井以及周围油井的井位、压裂段、测井数据等参数,确定33级检波器沿措施井压裂段呈稀疏台网布设,保证观测台网覆盖最大半径1 km。微地震解释流程,见图2。
4.2. 微地震监测解释成果
地面微地震裂缝监测解释结果,见表3。整体离散裂缝网络图,见图3。
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x11_hanspub.png?20220602092202247)
Figure 2. Flowchart of micro-seismic interpretation
图2. 微地震解释流程图
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x12_hanspub.png?20220602092202247)
Figure 3. Chart of overall discrete fracture network
图3. 整体离散裂缝网络图
![](Images/Table_Tmp.jpg)
Table 3. Parameter table of overall fracture network
表3. 整体裂缝网络参数表
5. 现场应用效果分析
5.1. 微地震监测解释成果分析
从四口井微地震裂缝监测解释成果及动态回放数据可以看出,多薄层暂堵压裂裂缝扩展存在以下规律。
1) 义37块裂缝方位基本一致,平均为NE75˚,接近东西向。见图4。
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x14_hanspub.png?20220602092202247)
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x13_hanspub.png?20220602092202247)
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x16_hanspub.png?20220602092202247)
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x15_hanspub.png?20220602092202247)
Figure 4. Chart of fracture azimuth of four wells
图4. 四口井裂缝方位图
2) 破裂阶段,有2个以上破裂点,但并不是所有射孔簇都有微地震事件;前置液阶段,裂缝形成北东向主裂缝;携砂液阶段,裂缝几何尺度拓展至最大;停泵后,裂缝几何尺度未得到明显拓展。见图5。
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x17_hanspub.png?20220602092202247)
Figure 5. Playback data chart of fracture monitoring of well Y37-X94
图5. 义37-X94井裂缝监测回放数据图
3) 层间暂堵后,微地震事件点在纵向上分布明显出现变化,集中出现在新层上。见图6。
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x18_hanspub.png?20220602092202247)
Figure 6. Distribution chart of micro-seismic event points before and after inter-layer temporary plugging of well Y37-X94
图6. 义37-X94井层间暂堵前后微地震事件点分布图
4) 实施缝内暂堵后,事件点增多,改造体积更大,说明提高了裂缝的复杂程度。见图7。
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x20_hanspub.png?20220602092202247)
Figure 7. Comparison chart of between temporary plugging fracturing (in fracture) and conventional fracturing of well Y37-X101
图7. 义37-X101井暂堵压裂(缝内)与常规压裂对比图
5) 中途停泵能够改变地应力场,实现裂缝方位的偏转 [10]。虽然有效储层改造体积(ESRV)提高了115%,但因没有封堵,仍然是高渗层主要进液,不能实现均衡改造。见图8。
![](//html.hanspub.org/file/14-1771417x21_hanspub.png?20220602092202247)
Figure 8. Comparison chart of fracture morphology and fracture orientation before and after pump shutdown in well Y37-X100
图8. 义37-X100井停泵前后裂缝形态及裂缝方位对比图
5.2. 暂堵压裂效果分析
四口井实施暂堵压裂后,初期均自喷生产,转抽后平均日产油水平在9 t/d以上,高于地质增产预期6 t/d的水平,且稳产期长,阶段累产同比提高一倍以上,说明暂堵压裂在多薄层储层中适应性较好,能够使得储层充分改造,增产效果明显。
6. 结论
1) 义37块沙三段9砂层组中低孔、低渗,多薄层发育,层间差异性大,非均质性强,且为高温储层,通过单封机械分层,施工排量受限,难以实现纵向小层充分动用;多封机械分层,又对耐温性能要求比较高,且卡封困难,工程风险较高,通过暂堵转向压裂 + 套管注入滑溜水体积压裂模式,很好地解决了改造难题。
2) 多薄层储层,小层分布比较集中,虽然施工排量高达14 m3/min,但仍然不能保证所有射孔簇均有效开启,常规压裂难以实现纵向多薄层均衡充分改造。
3) 通过裂缝监测结果可以看出,层间暂堵转向明显,提高了纵向储层动用率,实现了各小层的均衡改造 [11];缝内暂堵转向,提高了改造波及体积,裂缝更复杂 [12] [13];中途停泵转向,虽然也能改变地应力场,使裂缝产生偏转,但因没有封堵,仍然是高渗层主要进液,均衡改造效果不理想。