渭北油田浅层致密砂岩储层多缝驱油压裂技术应用

冯兴武

（中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南 南阳 473132）

渭北油田位于鄂尔多斯盆地南部的旬邑-宜君油气勘查区块南部，构造位置横跨伊陕斜坡及渭北隆起两个构造单元。主力油层长3储层埋藏浅，物性差，低温低压，孔喉细小（表1）。岩心渗透率小于0.300×10-3μm2的样品数占总样品数的68.1%，属浅层低压特低渗致密油藏。含油层段多，纵向上分7个单砂层（长、长、长、长、长、长、长），平均厚度7～14 m。岩心观察结果表明，储层具有水平层理缝，尤其是泥质含量高和存在炭屑纹层处的水平层理缝发育，压裂时需要规避。地应力测试结果表明，垂向应力为7.20～17.60 MPa，水平最小主应力为9.02～16.70 MPa，水平最大主应力为10.26～19.51 MPa；垂向应力最小，压裂易形成水平缝。地应力剖面表明，最小主应力随埋深的增加由垂向应力逐渐过渡为水平最小主应力，垂向应力与水平最小主应力的差值较小，最大与最小主应力差值为2.00～3.00 MPa。在此种地应力组合下，压裂形成的人工裂缝比较复杂［1-4］。人工裂缝形态停泵压力测试结果［4］表明，渭北油田当储层埋深小于470 m时，形成水平缝；埋深大于600 m时，形成垂直缝；在470～600 m时，形成复杂缝。当压裂形成以水平缝为主导的裂缝时，改造体积及导流能力远远不及深层或超深层油藏，压后产量也难以达到工业开采价值。

注：渭北油田6口井455块岩心样品测试分析数据

渭北油田开发初期，长3储层直井和定向井采用多层同时射孔，投产压裂采用笼统压裂或机械分层（受隔层厚度限制，分层数有限），油层纵向改造程度低。据140口直井和定向井统计，压后初期平均日产油1.3 t，3个月后日产油量递减到0.9 t以下，开发效果差。受低油价影响，2016年8月区块整体关停。2017年11月开始复产，为提高产量，研究应用了浅层特低渗致密储层多缝驱油压裂技术。针对以往多层合压无法保证各层均起裂的问题，采用水力喷射定点分层压裂、投球分层压裂工艺，一次压裂施工，形成多条裂缝，提高储层纵向改造程度；针对常规压裂形成单一裂缝，改造体积有限的问题，采用体积压裂形成复杂缝网，扩大泄油面积；针对地层压力低，孔喉细小，以往压裂见油时间长（平均26.6 d），见油返排率低（平均47.9%）的问题，采用低伤害驱油压裂液，通过关井闷井，渗吸置换基质中的剩余油［5］，提高油井产量。

1 清洁聚合物驱油压裂液

清洁聚合物压裂液是目前国内外压裂液研究领域的热点之一。杜涛等［6-8］以SRFP型疏水缔合水溶性聚合物为增稠剂，阴离子表面活性剂为交联剂，分子之间通过静电、氢键或范德华力结合形成三维网状结构，使压裂液黏度大幅度增加，具有较好的耐温耐剪切性能，以过硫酸胺为破胶剂，适应于60.0℃以上油藏。何坤忆等［9］以HAPAM-18疏水缔合水溶性聚合物为增稠剂，SDBS表面活性剂为交联剂，以过硫酸胺为破胶剂，耐温性能达到101.0℃。以上体系适应温度均在60.0℃以上，但不具备驱油功能，不能满足渭北油田长3储层压裂需要。针对渭北油田低温低压超低渗油藏特点，选择SRFP-1增稠剂，优化了氧化还原低温破胶体系和渗吸驱油剂，形成低温快速破胶、低伤害、能驱油的多功能清洁聚合物低温压裂液体系。

采用德国HAAKE RS6000流变仪（相对误差±5%）在30.0℃、170 s-1下实验考察不同质量浓度SRFP-1疏水缔合水溶性聚合物压裂液的黏度变化规律（图1）和不同质量浓度SRFC-1交联剂的压裂液黏度变化规律（图2）。

由图1可以看出，随着SRFP-1质量浓度的升高其黏度也升高，这是由于SRFP-1聚合物溶液分子增多，自身结构黏度和交联形成的网状大分子结构增大；SRFP-1质量浓度大于0.20%，恒温剪切60 min黏度保持在50 mPa·s以上。由图2可以看出，随着交联剂SRFC-1质量浓度的升高，其黏度先升后降，这是由于交联过度造成交联形成的网状大分子卷曲收缩造成的，最佳质量浓度为0.15% ～0.20%，恒温剪切60 min黏度保持在80 mPa·s以上，可以满足携砂需要。为此，优选适合渭北油田的压裂液体系典型配方为：0.20%SRFP-1增稠剂+1.00%KCL防膨剂+0.16%SRFC-1交联剂+0.20%DL助排剂+0.50%FN渗吸驱油剂+0.20%DJ低温激活剂+0.06%APS破胶剂。

图1 不同质量浓度SRFP-1压裂液黏度变化曲线

图2 不同质量浓度SRFC-1压裂液黏度变化曲线

室内性能评价实验结果（表2）表明，该压裂液具有良好的携砂性能、对储层伤害小、渗吸驱油率高。30.0℃下4 h破胶，黏度小于5 mPa·s，残渣含量46 mg／L，岩心伤害率仅14.6%；30.0℃、30 d静态实验渗吸驱油率比地层水提高14.3%，实验结果如图3所示。

图3 不同质量浓度FN静态渗吸驱油实验结果对比

表2 岩心伤害室内实验数据

2 水平缝多缝压裂工艺

针对渭北油田长3储层特点，采用水平缝多缝压裂工艺技术，提高多层油藏纵向和平面改造程度。一是在纵向上分层压裂形成多条人工裂缝，提高储层纵向动用程度；二是在形成水平缝的基础上，力争形成垂直缝或T型复杂缝，增加整体裂缝的复杂程度，提高储层平面动用程度，从而提高单井产量。为此，配套了水平缝水力喷射定点压裂、水平缝投球分层压裂和水平缝体积压裂等三种工艺。

2.1 水平缝水力喷射定点分层压裂工艺

针对厚层储层层内存在水平层理缝的地质特点，压裂时需要避开层理缝，精准定位压开含油富集段。同时，水平缝缝高小，可以在纵向上设计多条压裂裂缝，提高纵向上改造程度。为此，配套了水力喷射定点分层压裂工艺。该工艺比较成熟［10］，包括水力喷砂射孔和水力喷射压裂两个过程。水力喷砂射孔是将混砂压裂液通过喷射工具，将高压能量转换成动能，产生高速射流切割套管和岩石形成一定直径和深度的射孔孔眼。水力喷砂射孔完成后，顶替出环空砂子，关闭环空放喷闸门并增压，在井底压力低于破裂压力的情况下使孔内压力高于地层破裂压力，从而沿孔道压开地层。同时，由于井底压力低于裂缝延伸压力，需要从另外一个环空闸门补液，补液压力应低于上部已射孔层段的破裂压力，保证上部层段不被压开。

采用多级滑套式喷射管柱，通过磁定位校深，实现对多个潜力层段定点分层压裂。主要作业步骤如下：①下入喷射压裂管柱，用基液替满井筒；投球封堵底部，对第1层段喷砂射孔和压裂；②投球，球到位后油管加压推动第2层段喷枪的滑套芯下移，露出喷嘴，同时封堵下部油管，对第2层段喷砂射孔和压裂；③重复上一步骤，直至压裂完所有层段；④所有层段压裂完成后开井一起排液，排液时可以将压裂球带出井筒，自喷井可以直接用压裂管柱进行后期生产。水力喷射定点分层压裂不受卡封层段、裂缝形态的限制，灵活性较高，一次施工可以压开多条裂缝。结合渭北油田长3储层条件，优选喷嘴参数为：喷嘴个数6个，喷嘴孔径6 mm，施工排量2.5～3.0 m3／min，节流压差20.0 MPa，环空补液排量0.8 m3／min。

2.2 水平缝投球分层压裂工艺

针对纵向上油层多，存在一定的非均质性，隔层较薄，多个射孔层段合压无法保证全部压开的问题，配套了水平缝投球（炮眼球）分层压裂工艺，尽量多造缝，提高纵向动用程度。该工艺原理是利用层间非均质性差异，渗透率高的层段优先被压开，加砂完成后，从井口投一定数量的炮眼球暂时封堵该层射孔孔眼，憋起高压，迫使压裂液进入相对低渗透层段，从而使破裂压力更高的目的层被压开。如此反复进行，直到设计的目的层段都被压开，达到一次施工压开多个产层的目的［11-12］。选用炮眼球直径一般比射孔孔眼直径至少大4～6 mm，设计炮眼球数量为射孔孔眼数的1.1～1.2倍。

2.3 水平缝体积压裂工艺

针对储层物性差、应力差小、水平缝改造程度低的问题，借鉴体积压裂模式，采用变黏度压裂液、变排量、缝内暂堵等措施［13-14］，首先利用低黏度前置液造长缝，在水平缝充分延伸的基础上通过提高压裂液黏度、排量、缝内暂堵，提高缝内净压力，当净压力超过最大与最小应力差（2.00～3.00 MPa）时，强制开启分支缝，促使裂缝转向，形成复杂缝网。通过变黏度压裂液、变粒径支撑剂及加入模式，中低黏度压裂液携带中小粒径石英砂充填微缝和小缝，高黏度压裂液携带大粒径石英砂充填主缝，使不同尺度的裂缝得到饱和填砂，提高整体缝网的有效支撑，达到高效连通，从而提高有效改造体积。

该工艺采用前置原胶液（低黏度）造缝，交联压裂液（高黏度）扩缝及携砂；1～2个70-140目小粒径石英砂段塞打磨降滤，2～3个40-70目中粒径石英砂+水溶性暂堵剂段塞缝端封堵，原胶液中顶充分开启分支缝，2～3个以1∶1混合的70-140目与40-70目粒径石英砂阶梯递增加砂段塞充填分支缝，3～5个20-40目石英砂阶梯递增加砂段塞充填主缝。通过压裂软件优化，压裂设计参数如表3所示。

表3 水平缝压裂参数优化结果

3 现场应用

在渭北油田现场应用13井次，针对不同的储层特点，分别采用了水力喷射定点压裂、投球分层压裂及缝内暂堵转向体积压裂等工艺和清洁聚合物驱油压裂液，成功率达100%。压后平均单井日增油2.3 t，是常规压裂效果的1.8倍，截至2021年3月31日，累计增油4 642.2 t。

图4 WB2-43-3井测井解释成果图（斜深）

图5 WB2-43-3井压裂施工曲线

4 结论与认识

（1）多缝驱油压裂技术可实现一层多缝，增能驱油，在渭北油田浅层低压致密油藏压裂改造中发挥了积极的作用，现场应用13井次，取得了较好的增产效果。

（2）清洁聚合物驱油压裂液具有增能驱油、低温破胶彻底、伤害小、携砂能力强等多种功能，适应低温低压特低渗致密储层驱油压裂改造。

（3）投球及水力喷射分层压裂工艺可实现水平缝“一层多缝”，有效提高浅层特低渗致密油藏水平缝储层纵向改造程度，从而提高油井产量。

（4）采用体积压裂工艺可产生分支裂缝，有效提高平面改造程度，提高油井产量。

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