径向缝网压裂工艺技术在超低渗储层的应用

尹虎琛, 徐 洋, 王忍峰

(1川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 2低渗透油气田勘探开发国家工程实验室)

一、Z区储层特征

1. 储层特征

Z区块属于马岭油田，马岭油田延长组是鄂尔多斯盆地老区未来油气勘探和开发的重要补充层系之一，马岭地区长81油层段油藏平均埋深2 400 m，油层平均厚度6.2 m，砂岩孔隙度主要分布于0.21%～15.31%之间，平均值为9.4%；渗透率4.482～0.0014 mD，平均值为0.254 mD。该区长813油层局部物性较差，平面非均质性强，主河道油层厚度12～20 m，声波时差225～230 μs/m。该油层段砂岩储层总体属于特低孔—低渗储层。

2. 裂缝发育程度及地应力情况

从安塞长6、西峰长8和吴旗长6储层岩心看出，长庆特低渗透油田储层微裂缝发育，天然裂缝以微小直立缝为主[1-2]。地应力差值越低越有利于径向缝网的形成[3],有利于多裂缝的形成，可以使支裂缝重新定向的过程变慢；其次，地应力差值越小，开启不同方位微裂缝所需要的升压幅度就越小[4]，有利于开启更多的微裂缝数量(见表1)。

表1 长庆油田陇东部分区块储层地应力测试结果

二、径向缝网压裂工艺技术

高能气体压裂工艺主要采用高能气体压裂+多级暂堵联作工艺思路，首先进行高能气体压裂，在近井区域形成多条长度为2～10 m的径向裂缝，改善了近井带的导流能力[3]。此后进行多级暂堵压裂，近井地层裂缝沿高能气体已形成的多条径向裂缝延伸，当裂缝延伸到径向裂缝末端时，受到本身地应力及其分布的控制，而沿与最大主应力方向延伸。再通过暂堵剂多次投加，强制主缝在端部向放射状短裂缝方位延伸，沟通更多微裂缝。此时主裂缝、径向短裂缝以及微裂缝三者形成沟通，即可形成径向网状裂缝。井筒周围就会形成多条填砂裂缝，远离井筒地层的渗透性也得到有效的改善。

根据不同储层的物点，在现场开展了三种类型的暂堵段塞试验，经过现场应用，可以满足多裂缝压裂工艺的要求(见表2)。

表2 G519-ZDJ暂堵剂常规性能表

注:密度为1.1～1.2 g/cm3。

1. 封堵性能评价

该区块在井筒结构、液体性能等参数相同情况下，对暂堵剂进行封堵性能验证，结果表明，升压效果明显，平均堵剂用量543 kg，设计封堵24次，成功升压20次，封堵成功率达到83.3%，平均升压幅度达到6.3 MPa，采用CQZ-2+CQZ-3交替式混合加入，封堵效果最佳，升压幅度达到7.2 MPa。

2. 储层伤害性评价

CQZ系列暂堵剂是以油溶性树脂为主、从原油内提炼出的可溶性混合材料颗粒，该系列堵剂具有易泵送、油溶性好、易返排、无伤害的特点，在地层内遇油即溶化的特性可以有效保证储层孔道不会被长期堵塞和伤害地层。

泵入地层后会随着地层温度升高逐渐软化，加之与地层内原油混合后，50 min内会彻底溶解,无残渣存留。

3. 破碎率和耐压强度测试

研发的堵剂具有良好的耐压强度，室内实验表明破碎率可以满足现场应用要求(见图1)，超过10 MPa后破碎率大幅增加。说明该堵剂具有一定的抗压强度能力，可满足4～10 MPa的升压要求。

三、现场试验效果

1. 试验效果

在Z区块实施试验井7口，加砂规模43.4 m3，平均砂比24%，排量2.8 m3/min，投产初期平均单井产液4.7 m3/d，产油3.2 t/d，含水18.1%。对比邻井，试验井投产初期单井产液比邻井高1.5 m3/d，单井产油比邻井高1.4 t/d，单井产量提高43.7%,取得了良好的试验效果。

图1 不同规格暂堵剂破碎率测试图

2. 典型井分析

试验井是Z区块一口定向井，生产层位长8，储层埋深2 232～2 254 m，储层物性较差，平均孔隙度12.5%、渗透率0.92 mD，声波时差224.6 μs/m，含油饱和度53.2%。采用Ø244.475 mm表层套管与Ø139.7 mm油层套管，射孔段位置2 232.0～2 242.0 m，采用复合射孔加电缆传输高能气体压裂后投产，采用YL100-3C弹，药量45 kg。此次试验采用单上封Ø73 mm油管注入，入地液量293.4 m3，油溶性暂堵剂用量500 kg(见表3)。

从施工曲线(见图2)看出，砂比10%的段塞结束，首次加入100 kg暂堵剂，升压效果显著，地面油压由31.3 MPa升至40.8 MPa，升高9.5 MPa，且出现阶梯式升压，说明有明显微裂缝开启的特征；砂比15%的段塞结束时，加入第二级暂堵剂150 kg，油压由30.3 MPa升至35.2 MPa，升高4.9 MPa，第三次加入暂堵剂150 kg，升高3.5 MPa，第四次加入100 kg暂堵剂,油压无明显变化。可见暂堵剂的加入升压效果明显，可以判断有新的裂缝开启, 实现多裂缝和降低施工风险的目的。

表3 径向缝网压裂试验井与对比井改造情况对比表

图2 试验井压裂施工曲线

从图3可见，当第一次暂堵剂进入地层后，井底压力升高6.0 MPa后又迅速下降，压力响应具有明显的新缝形成、突破夹层限制的特点；第二次暂堵剂进入地层后，缝内净压力升高5 MPa，明显有“压力台阶”，表现出径向多裂缝共同延伸的特点。

3. 裂缝监测

表4表明，径向缝网压裂工艺中，形成主裂缝产生了明显的支裂缝，部分井裂缝方位变化幅度达到90°左右。说明以提升裂缝内净压力为目标的径向缝网压裂工艺达到扩大油井泄油面积的目的。

图3 试验井井底压力曲线

表4 径向缝网压裂井裂缝监测结果统计表

图4 Z552-104井裂缝监测示意图

例如，在Z552-104井，第70 min裂缝监测结果表明(见图4a)，裂缝主要沿最大主应力方向延伸，有部分支裂缝开启的特征，第95 min监测结果表明(见图4b)，主裂缝延伸程度明显减弱，但支裂缝仍然有开启的迹象，可以看出达到了主裂缝与支裂缝共同延伸的径向缝网。

四、结论

(1)径向缝网压裂工艺技术的核心是经过高能气体压裂首先形成径向预置多裂缝，再通过多级暂堵工艺使径向多裂缝得以延伸，从而实现支撑缝网结构，充分动用储层平面。

(2)长庆低渗储层水平两向应力差在5～7 MPa、天然微裂缝发育、良好的储隔层遮挡等地质条件为径向缝网压裂技术实现提供了有利的地质条件，应力差值越小，天然微裂缝越容易开启，径向缝网结构越容易形成。

(3)通过裂缝监测及现场试验表明，该技术取得了良好的增产效果，径向缝网压裂可以成为低渗储层改造的一项有效增产技术。

(4)径向缝网压裂技术通过多种工艺联作可以实现储层体积改造的目的，该工艺成本低、易实施，并且改造效果明显，是实现单井经济化增产的有效途径。