瓦窑堡油田长2储层压裂改造工艺技术研究及应用

张向东 秦娟

摘要：压裂改造技术是低渗油田开发必不可少的技术手段之一，本文首先从储层的地质论证出发，以室内试验为基础，通过总体压裂技术及各项压裂技术试验，以及现场各环节的质量把关，从而最大可能地实现了油层保护，提高了单井产量。压裂改造工艺的研究应用对瓦窑堡油田具有十分重大的意义。

关键词：储层 压裂 改造 油田

1 瓦窑堡油田长2储层概况

1.1 油层概况 瓦窑堡油田富昌地区长2储层埋深500～650m，平均厚度在6～25m左右，属三角洲前缘的河口坝及分流河道砂體，其下部底水明显，电阻率曲线上油层和油水同层下部的水层呈明显台阶状，水层电阻率与油层电阻率之比一般为1：2，声波时差曲线反映物性上下基本一致。富昌地区长2层主要发育下粗上细的正旋回沉积序列。测井反映良好，其中自然电位、自然伽玛以块状、钟状为主，声波时差呈好的平台状，一般视电阻率曲线中高阻，阻值在20～40Ω.m。

1.2 矿物组成 长2层砂岩中长石含量35～45%，平均43.3%，主要为沉积岩岩屑；碎屑总量77～88%，平均83.6%；粘土矿物含量7%左右。矿物中长石颗粒风化程度中等—深，少量长石颗粒被方解石交代，绿泥石沿矿物周边呈节状排列，局部石英颗粒具有微裂隙，黑云母含量中等，呈板块状分散或均匀分布，且部分已绿泥石化。石英、长石颗粒具有次生加大现象。重矿物为黄铁矿、绿帘石等。通过对41块岩心进行X衍射分析，粘土矿物以酸敏矿物绿泥石为主，占粘土总量的71.4%，其次为高岭石和伊利石[1]。

1.3 长2储层特点 ①油层非均质性强。瓦窑堡长2油藏油气的聚集主要受晚三叠世以来沉积相带及盆地埋藏史相应的成岩作用的控制。长2油层砂体呈北东—近南北向带状展布，油藏主要为河道砂岩，由于此类砂体分布具有局部性，加之砂岩碎屑成分的差异又使埋藏后的成岩作用程度及成岩作用类型不同，造成砂岩的物性存在较大的差异，因而导致砂岩较强的微观非均质性。因而，长2油层无论纵向上还是横向上都表现出较强的非均质性。②地层能量不足。根据资料，长2油藏地层压力在3.0～4.0MPa之间。本区长2油层与长庆油田的延长统油层一样具有地层能量不足的共性，压力系数0.6～0.7MPa/100m。从压裂角度出发，在压裂时应注意压裂液对地层的伤害；同时加强压后的液体返排。

2 长2储层压裂工艺研究及应用

2.1 瓦窑堡油田长2油层前期改造存在问题浅析 2003年在收集了瓦窑堡长2油藏部分生产井的地质资料及改造资料后，结合其他油田同类油层的改造经验进行分析，分析认为瓦窑堡油田长2油层前期改造存在以下问题：①部分井产量低的原因是由于开发目的层为油水层，含油饱和度低。②射孔段偏下，射开程度大，是产水高的一个原因。③油层破压高，在压裂时，很难控制裂缝起裂时在纵向上的延伸高度。④施工排量大，一般为1.4方/分以上，使裂缝在纵向延伸较大。⑤施工总液量大，施工时间长，裂缝在纵向上延伸较大。同时，由于进入地层的液量大，对地层造成了一定的伤害。⑥在胍胶的质量及压裂水质方面，需进一步改进提高。

2.2 室内研究与实验 ①地应力及裂缝形态研究。利用声发射凯塞效应对长2油层岩心进行测试，最小主应力存在于水平方向，为9.6～11.8MPa，但垂向应力12.1～15.2MPa。室内试验表明：当最小水平应力值与垂向应力值之差小于2.0MPa时，压裂时易形成水平缝。瓦窑堡长2油层的垂向应力值大于最小水平应力值，表明该区域井长2油层压裂形成裂缝应以垂直缝为主，但不排除产生斜角缝。所以在压裂时，应该注意控制裂缝高度，防止沟通底水而造成油层出水。②地层敏感性分析研究。地层敏感性分析研究对油层改造及后期采油制度都有重要的指导意义，其研究结果是油层保护、压裂液配方及压裂工艺等方面的制定依据之一[2、3]。通过长2油层敏感性分析试验研究，表明长2油层无酸敏、弱偏无速敏、中等水敏。

由于长2中等水敏，所以对长2油层进行水力压裂作业时，应尽量减少水进入油层。长2油层无酸敏，可用酸对长2油层进行解堵处理。在速敏方面，长2无速敏，在压后液体返排方面，可加大返排力度。

2.3 长2 压裂工艺选择 根据油层特点，长2分为长21和长22两大类型，采用多种工艺进行改造。①长21压裂工艺。长21油层厚3-15米，油水分异明显，采用低砂量、小排量、限制破压，破压即加砂的作业模式：活性水、负压射孔（1+1）+爆燃（强排）+压裂（强排）。根据不同的油层情况，在控制压力的同时，施工排量控制在0.6-1.0方/分，加砂规模0.5-4方，平均砂比20%，破压控制在20MPa，经过开发实践证明了长21的压裂工艺较为成功，取得了较好的效果。F099井初周月日产油3吨，含水60%。长22油层厚度在4-25米，微裂缝较为发育，许多岩样分析显示，渗透率大于100毫达西；原油粘度达22毫帕秒，地层水的流动占明显优势，易产生水锁，造成水多油少，甚至出水不出油。砂岩粒度粗，可动水饱和度大，束缚水饱和度小。②压裂设计原理。根据以往在同类储层，相近埋藏深度井的改造经验，压裂形成垂直裂缝。为了避免裂缝与水层窜通，射孔位置应尽量靠近油层顶部，位于油层中-上部；为了有效地降低地层破压，以利于压裂起裂时对缝高进行控制，射孔采用SYD-102（127弹），孔密32孔/m，射孔后，再进行高能气体压裂预处理。施工规模以控水为前提，根据油井基础资料及储层基本参数和增产要求，运用三维压裂设计软件进行裂缝模拟计算，确定合理的施工参数。

表1 试验井压裂设计参数

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采用高能气体压裂预处理+水力压裂工艺；单上封水力压裂方式；压裂设计参数根据油井基础资料及储层基本参数，运用三维压裂设计软件进行裂缝模拟计算，结合裂缝内砂堤剖面和砂浓度剖面，优化设计压裂参数。

3 压裂初步总体方案

对于油层压裂规模、施工参数、压裂方式的选择，应与储层类型、物性、隔层情况相匹配，在室内研究和前期压裂井分析的基础上，针对各井不同的地质特点和储层物性，初步给出瓦窑堡长2油层改造模式。根据目前的试验井数，从改造角度出发，瓦窑堡油田长2油藏划分为四种类型（表2）。

表2 瓦窑堡油田长2油藏改造模式

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4 结论

①对瓦窑堡油田差薄油层而言，水力压裂技术仍是低渗底水油藏投产和长期稳产的主要手段，尤其是它的增产效果是其它工艺技术目前所无法替代的。②研究建立的“加密射孔+压前预处理+低砂量+低排量+低粘度”压裂改造技术模式，对瓦窑堡油田长2油层改造具有很强的适应性。试验取得了突出的控水增油效果。③控制缝高依然是底水油藏改造的关键，建议开展隔离剂控缝高现场试验。

参考文献：

[1]吴少波，雷晓岚，赵靖舟等.瓦窑堡油田上三叠统长2油层组成岩作用及物性的影响因素[J].西安石油学院学报（自然科学版），2003，4.

[2]何更生编.油层物理[M].石油工业出版社，1994.

[3]杨华，金贵孝，荣春龙.低渗透油气田研究与实践[M].北京：石油工业出版社，2002，4.

作者简介：张向东（1968-），男，陕西子长人，西北大学地质学系工程硕士，现在就职于延长油田股份有限责任公司瓦窑堡采油厂， 研究方向：石油与天然气工程；秦娟（1983-），女，山西高平人，延安职业技术学院公共教学部，讲师。