致密油藏水平井分段压裂集成开采实践

朱 争，孙兵华，尹 虎，宋珈萱.

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075；2.延长油田股份有限公司富县采油厂，陕西延安 727500)

致密储层物性差，孔喉细小，非均质性严重，裂缝发育，流体在致密储层条件下流动存在较大的启动压力梯度和应力敏感[1-4]。目前在我国很多油田常常采用水平井技术开发致密油藏，压裂人工造缝可连通天然裂缝，改善储层流体的渗流条件[5-7]，但水平井压裂过程中，压裂液在压差的作用下会向地层滤失，污染地层，而随水平段长度的增加，压裂周期的变长，压裂液返排率降低，压裂液在储层中的长时间滞留给储层带来较大的伤害，影响储层改造效果[8]。为解决压裂液长期滞留对储层伤害和产量递减快的难题，李展缝等[9-15]对其影响机理进行了大量实验研究，发现各类压裂液长期滞留均会对储层造成一定的伤害。同时仲如冰[16]提出了水平井3 段集成分段注水技术，可高效补给地层能量，提高水平井的开发效率。但很少有人研究致密油藏水平井开发随水平段增长，压裂液入地液量也随之增加，压裂液不能及时返排，会造成一定程度地层污染，影响水平井单井产量的问题。为此，本文提出了致密油藏水平井分段压裂集成开采方法，将水平段分两个生产阶段开采，并用油藏数值模拟方法进行论证，解决矿场上水平井水平段长度越长，压裂周期越长，压裂液返排率越低，压裂液对储层伤害越大，产油量低的矿场难题。

1 致密油藏水平井矿场开采存在的问题

通过对延长油田两个典型区块致密油藏4口水平井开采效果(表1)和生产曲线图(图1)对比分析，表明A区块的两口邻井P-8井与P-11井，开发层位相同，压裂方式相同，累产时间相差不大，而P-11井水平段长度几乎是P-8井的2倍，压裂段数比P-8井多2段，但单井累产油量却相差不大，仅33.65t； B区块两口邻井H-1井与H-5井，开发层位相同，压裂方式相同，累产时间仅差10天，而H-5井水平段长度几乎是H-1井的1.5倍，压裂段数比H-1井多3段，单井累产油量却减少367.03t，日产油量低于H-1井。因此，通过矿场生产数据分析发现水平井水平段越长，压裂段数多，单井产油效果不一定越好。依据渗流理论推算，水平段越长，水平井产油效果越好，而以上生产数据表明，水平段长度越大，产油效果不一定越好，甚至出现产油效果差的问题[17-18]。出现理论研究与矿场实际偏差核心原因是现场压裂施工过程中，水平井水平段长度越长，压裂段数增多，压裂周期越长(水平井分段压裂施工周期最长可达30天左右)，压裂液抽汲返排率越低，滞留在储层中压裂液越多，长期滞留的压裂液会对储层渗透率造成不同程度的伤害，影响储层改造效果[9]。

表1 致密油藏水平井矿场开采效果对比Table 1 Comparison of effect of horizontal well exploitation in production field

注：4口水平井选取2个代表性区块，P-8井与P-11井相距1.5公里， H-1井与H-5井同一钻台的井。

图1 代表性区块相邻水平井日产油量对比Fig.1 Comparison of oil production rate of adjacent horizontal wells

2 水平井分段压裂集成开采方法数值模拟研究

为了解决致密油藏施工现场水平井开发中存在的难题：随水平段长度的增大，压裂施工周期越长，压裂液抽汲返排率越低，对储层渗透性伤害越大，进而开发效果变差，因此提出了水平井分段压裂集成开采方法(图2)。水平井分段压裂集成开采是指1口水平井套管完井后，将水平段分两个生产阶段进行分段压裂，第一生产阶段：先在水平段中部设置可钻桥塞将水平段中部与趾部隔离，将水平井水平段跟部至中部进行压裂，抽汲返排，生产一段时间。第二生产阶段：待水平井产油量大幅递减后，将水平段中部至趾部进行压裂，抽汲返排，水平段集成开采。水平井分段压裂集成开采方法原理：将过长的水平段分段压裂集成开采，有效缩短压裂施工周期，提高压裂液抽汲返排率，最大限度降低压裂液滞留对储层的不可逆伤害，保证较好的压裂效果，提高致密油藏最终采收率。

图2 水平井分段压裂集成开采方法示意图Fig.2 Schematic diagram of horizontal well multistage fracturing integrated exploitation

为了验证水平井分段压裂集成开采方法对水平井开发效果的影响，本文采用油藏数值模拟软件以延长油田某致密油藏为背景建立致密油藏流线模型，水平井部署模型中间，模拟生产时间为15年，模型其他参数见表2。

表2 油藏流线模型相关参数Table 2 The relative parameters of the reservoir simulation model

2.1 分段压裂集成开采与常规开采(全井段压裂)效果对比

小学教师在开展语文教学的过程中，要想将小组合作的效用展现出来，师生间的密切配合，往往是必不可少的。至此，在这其中，教师一定要充分地发挥出自身的效用，来辅助学生找寻角色定位，使学习目标得到进一步地明确，保障小组合作的顺利开展，使每位学生都有所收获，将该模式的效用展现出来。

图3 水平井分段集成开采与常规开采(全井段压裂)产油量对比Fig.3 Comparison of oil production by horizontal well multistage fracturing integrated exploitation and that of conventional(all well fracturing) exploitation

2.2 分段压裂集成开采与常规开采流线分布对比

床体结构是否有利于通风复氧，特别是大气向浅层和垫层部分扩散和对流的效率如何，是好氧、兼氧微生物降解污染物，维持床层性能的关键；而渗沥液中溶解氧（DO） 含量大于2 mg/L时，将会大大促进好氧菌的生命活动。

通过对比两种开采方法下20年后剩余油饱和度和地层压力分布发现，两种方法水平井周围含油饱和度均降低，沿压裂裂缝方向降低幅度更大。分段压裂集成开采的水平井压力波及范围比常规开采(全井段压裂)大得多且近井地带含油饱和度降低更大，提高采出程度，累计增油963 t，因此采用水平井分段压裂集成开采方法进行致密油藏开发比较合理。依据模拟结果，发现该区块仍有较多的剩余油分布，天然能量衰竭式开发后期可通过直井注水-水平井采油联合开发，提高该区块的可采储量的动用程度。

将水平井分段压裂集成开采与水平井常规开采(全井段压裂)产油量(图3)进行对比，数值模拟计算结果表明：采用分段压裂集成开采方法的开发效果明显优于常规开采方法。分段集成开采方法的日产油量明显高于常规开采(全井段压裂)，初期日产油量常规开采(全井段压裂)比分段压裂集成开采(第一生产阶段)高5 t左右，但分段压裂集成开采(第二生产阶段)后日产油量高达24 t，是常规开采(全井段压裂)日产油量的2.5倍，且有效延缓水平井产量递减速度。预测生产时间为15年，分段压裂集成开采方法的累产油量较常规开采增产效果显著，共增油2 477 t。水平井分段压裂集成开采效果较好的原因是矿场分段压裂集成开采，水平段分段压裂，压裂施工周期短，分段抽汲，压裂液抽汲返排率较高，压裂液在储层中滞留时间缩短一半，对储层的伤害降到最低，压裂改造效果好。

图4 不同开采方法水平井开发流线分布图(第15年)Fig.4 The streamline distribution of horizontal well with different exploitation method (The 15th year)

3 实际模型应用效果

为了分析该方法在实际致密油藏水平井矿场的应用效果，将该方法运用到实际地质模型中，采用数值模拟方法模拟20年，并与常规开采(全井段压裂)生产20年的开发效果进行对比研究，分析区块地层含油饱和度(图5)和地层压力(图6)的变化情况。

图5 不同开采方法开发20年后含油饱和度分布Fig.5 Oil saturation distribution after 20 years in two different methods

图6 不同开采方法开发20年后地层压力分布Fig.6 Pressure distribution after 20 years in two different methods

由表8说明，土样2土壤中添加2%活性炭(B)化学修复剂时土壤中的重金属锌、铅、铬、铜、砷、镉含量均有所下降。其中在种有狼尾草的土壤区域主要污染物锌含量下降幅度最大，下降值为132.6mg/L。在种有狼尾草的土壤区域主要污染物砷含量下降幅度最大，最大值为3.3mg/L。

对比两种方法第15年流线分布图(图4)，发现水平井流线分布特征相似之处在于：水平段两侧裂缝处流线分布较密集，裂缝间流线分布较稀疏，说明裂缝处为渗流主要通道；水平段两侧基质流线分布最密集，水平井跟部和趾部周围基质流线分布较密集，基质和裂缝存在明显的流线过渡调整区。两种开采方法流线分布特征不同之处在于：分段压裂集成开采方法因将压裂液滞留对储层渗透性伤害降到最低，压裂造缝效果最佳，裂缝的延伸范围更大，裂缝流线分布范围更大，裂缝处流线分布更密集，说明致密油藏中分段压裂集成开采压裂造缝效果好，在储层中形成较好的渗流通道。

4 结论

(1)通过水平井开发理论与矿场生产的对比分析，出现“水平段越长，压裂段数增多，产油效果不一定越好”问题的主要原因是随水平段长度的增加，压裂段数增多，压裂施工周期变长，压裂液抽汲返排率降低，压裂液长期滞留对储层造成了不可逆的伤害。

将试验数据用Excel2013进行处理，计算出不同处理下的吸力值和实测体积含水率。将实测体积含水率与相应的吸力值作为输入值，用Origin拟合曲线，将拟合参数代入Van-Genuchten模型、Gardner模型得到与吸力值对应的拟合土壤含水率，并与实测结果进行比较，直到满足精度要求。

(2)本文提出了水平井分段压裂集成开采方法，并运用油藏数值模拟方法进行对比分析，结果表明：第一生产阶段日产油量低于常规开采(全井段压裂)的，但第二生产阶段日产油量高达24 t，是常规开采(全井段压裂)的2.5倍，增产效果显著，预测生产15年，共增油2 477 t。该方法可更好解决水平段长度越长，压裂液抽汲返排率低，产油量低的矿场开发难题。

(3)将水平井分段压裂集成开采方法应用到实际区块地质模型，预测生产20年，分析区块剩余油饱和度和地层压力分布特征，结果发现该方法可较大幅度增大水平井在致密油藏开发中压力波及范围，降低近井地带含油饱和度，提高采出程度，累计增油963 t。针对该区块仍有较多的剩余油分布，天然能量衰竭式开发后期可通过直井注水-水平井采油联合开发，提高可采储量的动用程度。