榆树林油田缝网压裂工程因素分析

孙晓明，姜佩合，周洪亮，刘普国，贺绍辉

中国石油大庆油田有限责任公司 大庆榆树林油田 （黑龙江 大庆 163316）

中国石油大庆油田有限责任公司大庆榆树林油田（以下简称榆树林油田）主要开发扶杨油层，压裂是最有效的增产改造措施[1-3]。近几年随着重复压裂井数增多，增油效果逐年变差。为了改善开发效果，近3年试验缝网压裂技术20口井，累计增油5×104t，阶段投入产出比为1:2.1[4-6]。虽然缝网压裂在榆树林油田增油效果显著，但总压裂液量等参数对缝网形态的影响并不清楚。在计算缝网压裂储层改造体积方面Ulrich Zimmer建立了通过微地震图计算储层改造体积的方法[7]，但无法指导压裂施工参数优化。徐文岳等人建立了模拟复杂裂缝形态的线网模型，提出了非常规裂缝扩展数值模型，结合微地震图资料能够预测压裂后的产能，但计算过程比较繁琐。笔者建立了储层改造体积解析解模型，用于分析施工参数对榆树林油田缝网形态的影响。

1 缝网压裂改造体积数学模型

缝网压裂改造体积计算公式：

缝网高度Hf可以利用单井的自然伽马曲线进行计算[8]。在井筒位置，缝内净压力最大，形成的缝网最宽，根据二维诱导应力式[9]。

即可计算出最大缝宽半长Rm。在缝网压裂时造缝早期形成主裂缝，后形成次生裂缝，基于常规储层裂缝模型，修正之后可计算缝网半长度L。

式中：SRV为储层改造体积，m3；Rm为最大缝宽半长，m；Hf为缝网高度，m；L为主裂缝半长，m；Δσ为水平诱导应力差，MPa；pe为裂缝壁面上净压力，MPa；ν为泊松比；wmax为井底最大缝宽，m；pw为井底压力，Pa；Q为排量，m3/min；Sp为初始滤失系数，m/min0.5；μ为缝内压裂液黏度，Pa·s；G为岩石剪切模量，Pa；E为弹性模量，Pa；C为综合滤失系数，m/min0.5；t为施工时间，min；erfc(x)为x的误差补偿函数；β为修正系数。

2 影响储层改造体积的因素分析

榆树林油田储层水平应力差在3～6 MPa，通过公式计算，施工排量在7～8 m3/min时缝网压裂形成的储层改造体积较大，如图1所示。

图1 储层改造体积随水平应力差变化曲线

2.1 施工排量对缝网的影响

施工排量影响缝内净压力，进而影响缝网宽度，排量越大，缝内净压力越高，形成的缝网宽度越大。在现场施工中，由于受114 mm套管直径限制，压裂时采用88.9 mm压裂油管施工。图2为不同压裂液类型的油管摩阻曲线，为了提高施工排量，在清水中添加PFR型降阻剂。

图2 88.9 mm压裂油管摩阻曲线

图3 为缝网压裂前的小型压力测试，当施工排量从3 m3/min提高到8 m3/min时，施工压力由26 MPa提高到60 MPa，地面压力提高了34 MPa。

不同施工排量的地面压力减掉相对应的油管摩阻（0.2%PFR滑溜水），再加上压裂液产生的净液柱压力即可得到不同排量下的缝内净压力。如图4所示，随着施工排量的增加，缝内净压力逐渐升高，但增幅逐渐变缓，原因是排量越高管柱摩阻越大，因此应用88.9 mm压裂油管、0.2%PFR滑溜水，榆树林油田缝网压裂最佳的施工排量为7 m3/min。

图3 小型压裂测试曲线

图4 不同排量下缝内净压力变化曲线

通过公式（2）可计算出不同施工排量形成的缝网宽度。在7 m3/min的施工排量下，可形成60～70 m的缝网宽度，如图5所示。

图5 施工排量对缝网宽度的影响

2.2 施工液量对缝网的影响

利用公式（4）可计算出不同施工液量下形成的缝网半长。如图6所示，注入压裂液总量越多，产生的缝网更长、更复杂，因而改造体积越大。在压裂初期缝长增加较快，这是因为随着缝网尺寸增加，裂缝内的压力损失增加，导致缝网宽度减小，储层改造体积减小。在相同的用液量下，施工排量越大，形成的裂缝越长，原因是在大排量下，压裂液滤失相对较少，压裂液效率高，形成的缝网体积越大。

图6 施工液量对缝网长度的影响

榆树林油田杨大成子油层深1 800 m、水平应力差3 MPa，采用88.9 mm压裂油管、0.2%PFR滑溜水，利用模型给出了在不同施工排量、不同缝高、不同用液量下形成的缝网长度及宽度，为今后缝网压裂方案设计提供指导，计算结果见表1。

表1 不同施工排量、液量下缝宽及缝长表

表2 理论计算结果与井下微地震监测结果对比

3 缝网压裂改造体积模型的验证

2018年榆树林油田对2口缝网压裂井进行井下微地震监测，监测结果见表2，缝网压裂可形成宽度70 m左右裂缝体系，主缝沿着最大主应力方向延伸，缝长主要由液量规模控制。计算得到的缝长、缝宽与井下微地震监测结果误差在10%以内，可用来指导缝网压裂方案设计。

4 结束语

缝网压裂工程因素可改变储层改造体积，提高施工排量，增加净压力可增大缝宽，增大用液量可增加缝网的长度。在设计时需结合井位、储层条件优化施工排量及用液量。研究结果可为缝网压裂方案设计提供指导。