大庆油田致密油水平井体积改造技术发展与建议.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：刘小明（），男，助理工程师，现从事非常规油气压裂增产改造研究工作。：。文章编号：（）大庆油田致密油水平井体积改造技术发展与建议刘小明（中国石油大庆油田有限责任公司井下作业分公司，黑龙江大庆 ）摘要：大庆油田历经六十余年开发，长垣主力油层已进入高含水期，为寻求产量突破点，建设百年油田，勘探开发重点由常规油气向非常规油气转移，为了有效动用致密油，历经十余年攻关，油田形成了直井缝网压裂和水平井体积改造两大主体成熟技术，其中，水平井体积改造技术是实现致密油高效开发的关键，压后水平井产量相较直井产量可提高两倍多。经过不断探索完善，大庆油田创新形成了以“段内多簇 小簇间距 限流射孔 暂堵转向 全石英砂组合 一体化滑溜水连续加砂”为核心的水平井“体积压裂 ”技术。该技术现场应用取得了良好效果，为实现致密油建产提供了强有力的技术支撑，并使得致密油成为大庆油田新的增储领域。关键词：大庆油田；致密油；水平井；体积压裂 中图分类号：文献标识码：（，）：，：；大庆油田致密油储层主要为松辽盆地泉头组三段、四段源下扶余油层，发育大型河流 浅水三角洲沉积体系，主要储集砂体类型为曲流河、网状河及分流河道等 。受多物源沉积控制，具有类型多样、错叠连片的特点，甜点局部富集。纵向上多层叠置分布，厚度 ，平均单井发育 层，砂岩厚度 ，平均 ；地层中至多可见两期主力河道，单层砂体厚度 。横向上砂体非连续展布，砂体宽度主要为 ，仅局部可见大于 河道砂体。储层天然裂 年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷第 期缝不发育，大庆长垣外围岩心观察裂缝线密度均不到 条 ，储层孔隙度小于 ，渗透率小于 ，喉道半径主要为 ，其中亚微米级（）以上孔隙占 ，两向水平应力差 ，脆性指数 。概述致密油储层渗透率基本处于微达西、纳达西级别，不改造一般无自然的工业油流。压裂相当于通过人为方式在储层中修建一条“高速公路”，使其成为油气流动的通道，改变原始的渗流场，从而提高采出程度及产量。随着裂缝监测等设备升级，对于压裂有了新的认识，压裂理念得到不断突破，压裂技术也随之迭代更新。水平井“体积压裂 ”技术是目前主流的非常规储层改造手段，其本质是通过长水平段完井、分段多簇射孔、高排量、大液量、低黏液体，以及转向材料与技术等的应用，实现对天然裂缝、岩石层理等弱面的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分枝形成二级次生裂缝（图 ），以此类推 。图 裂缝网络示意图美国通过非常规技术革命，成功开发了非常规油气资源，大幅度降低了对外依存度，从原先的油气进口国一跃成为净出口国，改变了全球能源格局。大庆油田致密油分布广泛，年以来，大庆油田创建了“预探先行、探索技术、提产上储、评价跟进、建设试验区”的勘探开发一体化工作模式，逐步形成了针对单砂体“甜点”目标识别的地震预测、水平井大规模储层改造等八大工程技术系列，加快了致密油增储建产的步伐 。水平井体积改造技术进展大庆油田自 年开始致密油开发工作以来，水平井体积改造先后经历了“探索试验、体积压裂 、体积压裂 ”三个阶段。探索试验阶段（?年）：实现水平井分段压裂技术从无到有的突破，簇间距较大，一般 ，两簇之间仍有大量储层未被改造，剩余油广泛分布，同时改造规模小，地层能量补充不足，产量递减快，技术有待进一步突破；“体积压裂 ”阶段（?年）：加强地质认识同时借鉴北美做法，簇间距逐渐缩小至 、，改造强度也有所增加，储层动用程度得到提高，但裂缝监测表明两簇之间仍留有空白，技术还有提升空间；“体积压裂 ”阶段（年至今）：改造理念从井控储量向缝控储量转变，理念突破带来技术革新，簇间距进一步缩小，整体 ，形成与储层匹配的裂缝和能量补充系统，实现初次压裂后裂缝对周围区域的储量动用和原油的最大产出量，保证缝间剩余油气最小化 ，技术趋于成熟，有力保障了致密油开发建设。“体积压裂 ”技术致密油储层致密，对其压裂改造无需追求过高的导流能力，但需要较复杂的裂缝系统。常规压裂排量小、规模小，多形成对称的单一主缝，与非常规储层的改造需求不匹配 。“体积压裂 ”技术采用小簇间距，借助大排量、大液量充分“打碎”储层，使得裂缝网络发达，裂缝与油层接触面积最大，同时流体从各个方位向裂缝流动阻力最小，渗流距离最短，启动压力最小，从而使致密油得到规模动用。?簇间距即缝间距，缝间距很大程度上决定了油气井的产量。等研究表明，缝间距对采收率影响很大，间距越小，采收率越高 。缝间距优化是压裂方案设计的关键环节。目前北美非常规储层水平井分段压裂改造簇间距从 缩小到 ，甚至更短。根据达西渗流公式：（）式中：为流量，；为比例系数，无量纲；为端部面积，；为压力差，；为流体黏度，；为试件长度，。簇间距越小，启动压力越小，油气渗流距离越短，原油产量越高。“体积压裂 ”技术基于“缝控储量”的改造理念，以密集切割为主要技术特征，加大裂缝布缝密度，重构渗流场，将人工裂缝的长度、间距、高度等参数，充分与储层的物性、应力、井控储量等结合，并进行优化 。在小簇间距条件下，簇间形成网络裂缝已不是必要条件，两条裂缝切割的基质中油气与裂缝间渗流距离仅为数米；对于微达西刘小明大庆油田致密油水平井体积改造技术发展与建议级、纳达西级渗透率储层，基质中的流体流动至裂缝所需的驱动压差已极大减小，基质中的油气动用基本无阻碍 。大庆油田根据致密油类、类储层性质（表 ），自主研发水平井“体积压裂 ”技术，通过物理模拟、数值模拟同时开展多轮次现场试验，考虑投入产出比，最终确定差异化布缝原则，致密油类储层簇间距 ，类储层簇间距 。选择射孔点时，“低伽马、高脆性、高含油”为最佳位置，同时避开套管接箍，最后优化裂缝几何参数，实现储层全动用。表 致密油储层分类储层类型孔隙度 渗透率 含油饱和度 脆性指数 密度（）深侧向电阻率（）类 类?缩小簇间距必然导致段内多簇，使得单段簇数由 簇增加至 簇，施工时效得到有效提升，年施工时效较上年提高约 ，但如何保证各簇起裂并均匀延伸是制约“体积压裂 ”技术的关键。限流射孔与暂堵工艺结合可在最大程度上确保所有簇均匀改造（图 ）。由于储层的非均质性，各簇的破裂压力不同 。限流射孔压裂就是通过严格限制各簇炮眼数量和采用等孔径射孔（避免起裂时因孔径不一致导致孔眼进液不均匀），同时快速提高排量而且大排量注入压裂液，利用压裂液流经孔眼时产生的炮眼节流摩阻，在井底憋起高压使得压裂液分流，继而压开破裂压力接近的簇。在排量恒定的情况下，孔眼节流摩阻主要与孔眼数量、孔径密切相关。加砂阶段，孔眼受到携砂液冲蚀，会导致孔径增加，限流失效，因此限流射孔只能解决裂缝起裂和延伸初期均匀扩展问题，加砂后，限流对裂缝均匀延伸的控制能力大大减弱，需配合暂堵工艺对孔眼或缝口进行封堵，促使改造流体在已开启射孔簇重新分配，实现射孔簇均匀改造的目的 。源 井微地震监测表明，暂堵前压裂段趾端裂缝先起裂，趾端裂缝延展方向 ，暂堵后压裂段中段裂缝开始延展，延展方向 ，暂堵效果明显。图 暂堵前（）后（）对比?大庆油田扶余油层埋深 ，地层闭合压力约 。进入“体积压裂 ”时代，大庆油田水平井单井平均压裂液规模约 ，如此大的液体规模必然导致地层压力增加，作用在支撑剂上的有效应力降低（图 ），同时缩短簇间距使单条裂缝对导流能力的需求降低，将簇间距缩小一半（）所需导流能力下降 （图），以上两方面因素为石英砂替代陶粒创造了条件，既降低了成本又能满足工程需求。在粒径组合上，采用“小粒径降滤 中粒径支撑 大粒径封口”的方式，可达到全尺度裂缝的支撑。扶余地层温度约，体积压裂施工时间长，因此压裂液选取具有耐高温、抗剪切、残渣少等特性的一体化滑溜水 。一体化滑溜水可通过调节添加剂比例进而改变压裂液黏度。前置液阶段利用低比例滑溜水黏度低的特性，能够较好沟通天然裂缝形成复杂裂缝；加砂阶段实时调整添加剂比例，使得滑溜水能够满足不同砂比（最高 ）阶段所需压裂液的黏度，与胍胶压裂液相比，成本低而且现场配制简单（图 ）。图 有效应力对比图 所需导流能力对比图 一体化滑溜水配制流程石 油 地 质 与 工 程 年第 期 现场应用 年以来大庆油田共施工水平井 口，平均初期产量 。井、井是大庆油田第 采油厂某区块两口水平井，储层均为低孔特低渗致密油层（表 ），分别于 年 月、月采用“体积压裂 ”技术完成压裂，从施工曲线看（图 、），施工难度不大，且施工压力暂堵后高于暂堵前。井共 段 簇，段内以 簇为主，平均簇间距 ，施工排量 ，注入一体化滑溜水 ，加入石英砂 （目石英砂 ，目石英砂 ），暂堵 次；井共 段 簇，段内以 簇为主，平均簇间距 ，施工排量 ，注入一体化滑溜水 ，加入石英砂 （目石英砂 ，目石英砂 ，目石英砂 ），暂堵 次。由图 可知，压后 日产油分别为 ，取得了良好效果。在技术应用过程中，也取得了一些突破，对于储层钻遇不好的层，上下存在油层，为了提高水平井筒的最大利用率，需要进行穿层压裂，使得“体积压裂 ”技术具有更强的适应性（如龙 井进行了一缝穿多层压裂，芳 井成功压泥找砂）；同时也存在一些不足（如源 井微地震监测，监测裂缝缝长 ，设计缝长 ，未能达到设计缝长，表 ），需要进一步完善工艺。表 井、井地质特征基础参数井号 目的层水平段长度 平均簇间距 孔隙度 渗透率 图 井施工曲线图 井施工曲线图 日产油 时间关系表 裂缝监测对比压裂段设计半缝长 裂缝网络长度 压裂段设计半缝长 裂缝网络长度 刘小明大庆油田致密油水平井体积改造技术发展与建议 结论与建议）以“段内多簇 小簇间距 限流射孔 暂堵转向 全石英砂组合 一体化滑溜水”为核心的水平井“体积压裂 ”技术有力地推动了大庆油田致密油的产能建设，成为致密油储层改造的关键技术；同时运用过程中也实现了一缝穿多层及压泥找砂的穿层功能，使该技术具有更强的适用性。）强化基础研究，深化地质认识。从源头发力，开展针对性地震预测技术攻关，精准识别地质“甜点”，将其与工程“甜点”相结合，合理分段，一段一策，实现地质 工程一体化，可提高“体积压裂 ”技术的科学性，实现大平台丛式井多层系立体式开发，推进致密油开发迈向新高度。）做好物模和数模，加强支撑剂铺置规律研究。现场微地震裂缝监测表明，人工裂缝的长度远小于设计裂缝长度，通过压裂井周围取心和长期观测压裂前后的压力变化，认为支撑剂在井筒 范围内，如何让支撑剂走的更远、裂缝更长，实现控近扩远是当前急需解决的问题。）研发新装备、新材料，实现提质增效。水平井体积压裂动辄千方砂、万方液，是高成本工程，当前油价在比较高的价位，压裂的收益较为可观，但应具有危机意识，利用当前的良好环境，加大新装备（如电驱压裂撬、柔性压裂管汇）、新材料（如新型压裂液）研发力度，力争以较少的投入换来较高的回报，实现利益最大化。参考文献 王广昀，王凤兰，赵波，等 大庆油田公司勘探开发形势与发展战略 中国石油勘探，（）：吴奇，胥云，王腾飞，等 增产改造理念的重大变革 体积改造技术概论 天然气工业，（）：崔宝文，蒙启安，白雪峰，等 松辽盆地北部石油勘探进展与建议 大庆石油地质与开发，（）：雷群，杨立峰，段瑶瑶，等 非常规油气“缝控储量”改造优化设计技术 石油勘探与开发，（）：滕卫卫，李想 底水火山岩油藏水平井优化设计 特种油气藏，（）：吴奇，胥云，王晓泉，等 非常规油气藏体积改造技术 内涵、优化设计与实现 石油勘探与开发，（）：胥云，雷群，陈铭，等 体积改造技术理论研究进展与发展方向 石油勘探与开发，（）：雷群，胥云，才博，等 页岩油气水平井压裂技术进展与展望 石油勘探与开发，（）：李婷婷，许文俊，王雷，等 水平井分段多簇压裂暂堵球运移封堵规律 断块油气田，（）：郑新权，何春明，杨能宇，等 非常规油气藏体积压裂 工艺及发展建议 石油科技论坛，（）：樊平天，刘月田，冯辉，等 致密油新一代驱油型滑溜水压裂液体系的研制与应用 断块油气田，（）：（编辑杜建波檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶）（上接第 页）柳贡慧，李玉梅，李军，等 复合冲击破岩钻井新技术 石油钻探技术，（）：邹德永，徐城凯，易杨，等 钻头布齿参数与地层适应性的试验研究 天然气工业，（）：邹德永，梁尔国 硬地层 钻头设计的探讨 石油机械，（）：王明华 新型钻井提速工具在龙岗气田软硬交替地层中的成功应用 天然气工业，（）：王建龙，于志强，王波，等 冲击类钻井提速工具专用 钻头设计与试验 石油矿场机械，（）：毛良杰，马茂原，刘立鹏，等 扭力冲击器对钻柱黏滑振动的影响分析 断块油气田，（）：贾红军，王攀，冯伟雄，等 深井硬岩地层钻井高频低幅扭转振荡耦合冲击器研制与应用 特种油气藏，（）：（编辑杜建波）石 油 地 质 与 工 程 年第 期