鄯善油田三类油层压驱新工艺的研究与应用

王静，蒋明，向洪，段勇成，张宁县，邓强

中国石油吐哈油田分公司（新疆鄯善 838299）

在三次采油技术的应用中，压裂与驱油的组合一直是提高采收率的有效手段。吐哈油田鄯善老油区三类砂岩油层常规压裂控制较差，由于压裂裂缝突进问题严重，难以建立有效的驱替关系；同时存在非均质性较强、微观特征复杂、孔喉半径小、黏土矿物含量高等不利因素，常规驱油剂的作用有限[1]。虽然部分井采用驱油压裂技术后产量有一定提高，但递减较快、稳产时间短，开发效果并不理想。

与添加驱油剂的驱油压裂和“注水蓄能+压裂”不同，压驱工艺是直接以驱油液替代压裂液，分为两个阶段：先压裂将一定浓度的驱油液通过裂缝注入到剩余油富集区，实现驱洗剩余油的同时补充地层能量；后加砂压裂，建立驱洗后剩余油的流动聚集通道，以达到提高这类储层采收率的目的。

该技术理念是由大庆油田公司先期提出，通过现场实施验证了压驱工艺提高三类储层采收率的可行性，并取得了初步成功。但与大庆储层特性不同，吐哈油田老油区三类油层物性相对更差（渗透率1×10-3～50×10-3μm2），含油饱和度更低，更主要的是水力压裂的裂缝为垂直裂缝，又与大庆油田的水平裂缝有所区别。为了进一步提高采收率，开展了适用于吐哈油田老油区压驱工艺的研究与应用。

1 压驱工艺裂缝扩展及渗流机理研究

压驱技术是实现“压裂-渗滤-驱洗”相结合的压裂渗滤提高采收率的技术。其主要原理是通过压裂形成裂缝，将驱油剂经裂缝快速送至剩余油富集部位，边压裂造缝边沿程上下滤失，将驱油剂快速充填到孔隙中，减少化学剂与地层之间的接触时间和接触距离，提高驱油效率[2]。同时，通过注入大量的驱油液可以短时间内补充地层能量，达到压前蓄能的效果，提高和维持地层压力，延长稳产期。

1.1 压驱模型建立

为研究压驱工艺裂缝起裂扩展规律及流体渗流规律，利用Abaqus 软件的Cohesive 模块单元，建立包含储-隔层（边界条件）的压裂裂缝扩展和压裂液渗滤数值模拟的长方体地质力学理想模型，并对储层区域进行加密，Cohesive 裂缝扩展单元位于储层中部，如图1所示。

图1 地质力学理想模型

以鄯善温米区块地质情况为依据，合理选择储层、隔层的弹性模量、泊松比、抗张强度、孔隙度、渗透率等参数（表1）。

表1 地质力学模型参数

1.2 渗流距离与压力波及范围模拟

压驱工艺中压裂液具有较高的渗滤速度，使压裂液造缝效率变低，裂缝总体积变小。但因为滤失速度较快，其压力较均匀波及到井筒周围，如图2、图3 所示。利用压驱模型，模拟同等规模及施工排量条件下常规压裂与压驱工艺的压力波及范围及渗滤距离（表2）。

图2 常规压裂和压驱工艺压力波及范围对比

图3 常规压裂和压驱工艺渗滤距离对比

表2 不同压裂工艺的模拟参数及滤失量占比

从模拟结果看，相较于常规压裂，压驱工艺中模型的孔隙压力纵向分布范围变大，但由于液体渗滤范围变大，液体效率降低，缝长变短[3]。

2 影响因素分析

机理研究表明滤失距离与裂缝长度是制约压驱效果的关键因素，为了更好地优化压驱新工艺的施工参数，分别对地层影响因素以及工程影响因素进行分析，计算对造缝半长和滤失距离的影响权重。

2.1 地层影响因素

2.1.1 弹性模量

设置储层弹性模量（1.0～3.0 GPa），研究储层弹性模量对裂缝半径和压裂液最大渗滤距离的影响。

随着储层弹性模量的增加，裂缝半长非线性增大，压裂液最大渗滤距离增加，弹性模量继续增加，最大渗滤距离增加减缓，如图4 所示。这是由于随着弹性模量的增加储层岩石脆性增加，导致岩石更容易被压开，因此储层弹性模量越大越容易造缝，裂缝半长越长[4]。而随着弹性模量的增加，导致岩石可压缩性降低，使得储层渗透率不容易因压缩而降低，从而增加了滤失距离，但受储层基质渗透率的限制，滤失距离增加减缓。

图4 弹性模量对裂缝参数的影响

2.1.2 渗透率

设置不同储层渗透率（20×10-3～40×10-3μm2），研究储层渗透率对裂缝半长和压裂液最大渗滤距离的影响。随着渗透率的增加，裂缝半长逐渐缩短，压裂液最大渗滤距离增大，如图5 所示。这是因为渗透率越高，压裂液渗滤量越大，水马力利用效率越低，裂缝的扩展受到限制，进而导致改造体积减小，而储层的渗透率直接影响液体的滤失，导致更多压裂液渗入地层，增加了最大渗滤距离。

图5 渗透率对裂缝参数的影响

2.2 工程影响因素

2.2.1 施工排量

施工总液量不变，设置不同的施工排量（1～5 m3/min），研究施工排量对裂缝半长和压裂液最大渗滤距离的影响[5]。随着施工排量的增加，裂缝半长增加较缓，最大渗滤距离线性增加，如图6所示。这是因为当施工排量增大时，裂缝端部较大的压力沿压力梯度传递到裂缝尖部，使得压裂裂缝不断延伸，然而流体黏度及受岩体骨架强度的限制，此时其内部的压力增加量不足以使裂缝产生快速扩展，因此裂缝长度扩展较为缓慢。而滤失速度与驱动液体的压差线性相关，较大的施工排量，导致裂缝内液体压力与地层压力的差值逐渐增大，进而压裂液的最大渗滤距离显著增加。

图6 施工排量对裂缝参数的影响

2.2.2 压裂液黏度

设置不同的液体黏度（1～5 mPa·s），研究压裂液黏度对裂缝半长和最大渗滤距离的影响。

随着压裂液的黏度增大裂缝半长逐渐减小，如图7 所示，这主要是由于黏度的增加实质上是降低了压裂液在裂缝中的流动性，阻力增加导致压力损失增加，裂缝尖端的压力降低，进而限制裂缝的延伸。随着压裂液黏度的增加，最大渗滤距离减小。这是由于黏度增加，降低了压裂液渗滤速度，进而导致压裂液渗滤距离减小。

图7 压裂液黏度对裂缝参数的影响

2.2.3 施工注入液量

施工排量不变，不断提高施工注入液量，分别记录不同注入液量数据（2 000～6 000 m3），研究注入液量对裂缝半长和最大渗滤距离的影响。随着注入液量的增加，裂缝半长持续延伸，此时累计渗滤距离继续增加。这主要是因为随着注入量的增加，用于压裂造缝的液量增多，因此裂缝半长持续延伸，最大渗滤距离也会持续增加，但受限于储层基质渗透率，滤失距离增加会减缓。

2.3 影响因素权重分析

利用熵权法对造缝半长的5 个因素进行评价，得出对裂缝半长影响由强到弱的顺序是：储层岩石弹性模量、驱油液黏度、储层渗透率、施工注入液量和施工排量，见表3。对滤失距离的5个影响因素进行评价得出由强到弱的顺序为：储层岩石弹性模量、施工注入液量、施工排量、储层渗透率和驱油液黏度，见表3。

表3 影响因素的权重

2.4 最优施工方案参数

通过地质力学模型，以裂缝半长和渗滤距离为特征值，模拟5 个因素两两组合的施工参数优化版图，根据数值模拟结果和施工参数优化版图，结合因素权重分析给出了适合鄯善老油田压驱工艺的最优施工方案参数，见表4。施工排量与施工液量决定了施工规模，驱油液黏度决定了添加驱油剂药品的浓度。

表4 优化施工方案参数

3 压驱工艺的应用

压驱技术思路提出后，2019年12月和2020年1月在鄯善油区边部选取了2口有采无注井WX16-4和S16-7 开展先导试验，两井分别位于鄯善油田西四块和温米区块，开发层系均为侏罗系三间房组，周围均没有注水井能量补充，初期产水产油高，但递减速度较快。

两井的采收率均较低，截至施工前WX16-4 井采收率仅12.03%，日产液2.57 m3，日产油0.5 t，含水76.3%，施工前该井已经停产；S16-7 井处于低产液阶段，日产液0.3 m3，日产油0.22 t，含水率12%。

采取先驱油补能后加砂压裂的设计方式，结合优化施工方案参数，同时应用前期室内岩心实验评价形成的HLX 驱油体系，考虑地层吸附损耗后，现场按0.3%质量分数混配驱油液施工注入，施工参数具体见表5、表6。

表5 WX16-4井压驱注采施工参数

表6 S16-7井压驱注采施工参数

目前WX16-4 井已连续稳产120 d，日产液19.62 m3，日产油2 t左右，累计产油超过150 t；S16-7 井也已初见成效，两井的成功初步证实了压驱采油技术在老油田特别是提高三类油层采收率的可行性。油田将继续开展多井次试验，以形成适合老油田提高三类砂岩油层采收率的压驱技术体系。

4 结论

1）压驱工艺是实现压裂-渗滤-驱洗相结合的压裂渗滤提高采收率的技术，采取先驱油补能后加砂压裂设计方式，是提高老油田“薄注厚采、有潜力无能量”三类油层采收率的可行方法。

2）相较于常规压裂，压驱工艺孔隙压力纵向分布范围变大，但液体渗滤范围变大，液体效率降低，压裂缝长变短。

3）对裂缝半长影响由强到弱的顺序是：储层岩石弹性模量、驱油液黏度、储层渗透率、施工注入液量和施工排量；对渗滤距离影响由强到弱的顺序为：储层岩石弹性模量、施工注入液量、施工排量、储层渗透率和驱油液黏度。