致密油藏水平井压裂后油压特征及压裂效果分析——以昌吉油田3口水平井为例

致密油藏水平井压裂后油压特征及压裂效果分析——以昌吉
油田3口水平井为例
梁成钢;唐伏平;谢建勇;石彦;刘进军;吴承美;郭智能
【摘要】致密油藏需要大规模体积压裂才能有效动用,对压裂效果的评价尤为重要.压裂后开井油压值及变化特征与缝网体的体积和单个破碎块的大小有着密切关系,是评价压裂效果的实用参数.油压折算到油层的压力越接近平衡压力,说明压裂形成的缝网体破碎块半径小,同样累计产液百分数下压力变化百分数小,相同压裂液体积形成的缝网体积大,压裂效果好.
【期刊名称】《新疆石油地质》
【年(卷),期】2014(035)001
【总页数】4页(P63-66)
【关键词】致密油藏;水平井;缝网体;油压;压裂效果
【作者】梁成钢;唐伏平;谢建勇;石彦;刘进军;吴承美;郭智能
【作者单位】中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康831511;中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康831511;中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康831511;中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康831511;中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康831511;中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康831511;中国石油新疆油田分公司准东采油厂,新疆阜康831511【正文语种】中文
【中图分类】TE357.6
致密油是指以吸附或游离状态赋存于生油岩，或与生油岩紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中，未经过大规模长距离运移而聚集的石油，需要通过“人造”孔缝达到“人造”成矿并规模开发[1-2]。

昌吉油田芦草沟组油藏为典型致密油藏。

本文根据3口水平井压裂后油压变化特征对压裂效果进行评价，方法简单实用。

昌吉油田芦草沟组致密油区位于准噶尔盆地东部隆起区吉木萨尔凹陷单斜构造上，埋藏适中，烃源岩有机质丰度高、厚度较大，整体上白云质岩较发育，白云质岩储集层中溶蚀孔发育，源储匹配好。

主力产层的岩性为湖泊中心和扇间区的粉砂质白云岩、白云质粉砂岩和泥质白云岩等，夹持在泥岩和油页岩之间，经井震标定、对比、追踪解释，认为Ⅰ类白云质岩储集层分布范围460 km2，Ⅱ类白云质岩储集层分布范围594 km2.油气显示层段埋深在3 000～3 500m，厚达100～200m，且整个凹陷均有分布（图1）。

白云质含量增高有利于孔隙度升高，但对渗透率的作用不明显。

储集空间以溶蚀孔、层间缝、残余粒间孔和纳米孔为主，孔隙度为2.50%～16.27%，渗透率大多小于0.1mD，孔喉直径一般为100～500 nm.发育上、下“甜点”段，目前芦草沟组在上、下“甜点”段均获得工业油流，为重要的致密油勘探领域，具有较大勘探开发潜力[3]。

致密油藏由于渗透率极低，常规压裂裂缝仅扩大了井控面积，但由于垂直于人工裂缝壁面方向的渗透性很差，不足以提供有效的垂直裂缝方向渗流能力，导致压裂产量低或者压后产量递减快等问题[4]。

体积压裂是在水力压裂的过程中，通过在主裂缝上形成多条分支缝或者沟通天然裂缝，最终形成不同于常规压裂的复杂裂缝网络，增加井筒与储集层连通体积，改善储集层的渗流特征及整体渗流能力，从而提高压裂增产效果和增产有效期[5-6]。

体积压裂利用“大排量、低砂比、大液量、滑溜水、低黏液体”将储集层改造的方向由提高人工裂缝泄流面积转变为扩大裂缝网络与油藏的接触体积。

体积压裂缝网
网格可以简化成理想模式（图2）。

破碎岩块体积的大小取决于次级裂缝空间分布，即裂缝横向距离a、纵向距离b和垂向距离c的乘积。

评价体积压裂的效果包括2个方面：一是三维方向上形成相互交错的缝网体积（SRV）；二是被网状裂缝切割的岩块体积。

缝网体积越大，泄油体积越大。

油气在复杂缝网中的渗流机理较为复杂，包括原油从破碎块向复杂缝网中的渗流和裂缝中达西流的双机理渗流[7]，被网状裂缝切割的岩块体积越小，在相同条件下，原
油渗流到裂缝的时间越快。

因此，缝网体积越大，裂缝切割的岩块体积越小，压裂效果越好。

为增加裂缝导流能力，一种称为“高速通道”（Hiway或Channel Fracturing）
压裂的新工艺也开始应用，该技术与常规压裂的区别是改变缝内支撑剂的铺置形态，把常规均匀铺置变为非均匀的分散铺置。

人工裂缝由众多像桥墩一样的“支柱”（Pillar）支撑，支柱与支柱之间形成畅通的“通道”（Channel），众多“通道”相互连通形成网络，从而实现大裂缝内包含众多小裂缝的形态，极大地提高了油气渗流能力，所以被形象地称为“高速通道”压裂工艺[8-9]。

昌吉油田芦草沟组致密油2012—2013年先后投产3口水平井。

吉172H井、吉251H井、吉32H井油层孔隙度、渗透率、含油饱和度差异不大，油层钻遇率均
较高，水平段长度差异不大（1 023～1 208m），上“甜点”原油性质好于下“甜点”（表1）。

吉172H井和吉251H井采用体积压裂，吉32H井采用高速通道压裂，3口井的
压裂参数见表2.
昌吉油田致密油的岩层渗透率很低，裂缝没有延伸到的储集层基本无流动能力。

因此，致密油压裂形成的缝网体为相对独立的流动空间。

为便于说明问题，这里引入平衡压力概念，由于致密油压裂用液量和加砂量很大，短时间内导致缝网体裂缝压力快速升高，假定不开井生产，压裂液会从缝网体的裂
缝向岩块中渗流，由于裂缝缝网体相对独立，压裂液向缝网体外扩散很小，当压裂液不再发生渗流后达到平衡状态，这时的压力定义为平衡压力。

平衡压力升高值与压裂液和压裂砂体积、缝网体积、综合压缩系数有关，表达式为以吉172H井为例，通过微地震监测压裂过程，形成缝网体（图3），缝网体水平长度取不稳定试井解释出液水平段长度979.5m，宽度取微地震监测平均值317m，由于裂缝高度可以贯穿油层，因此，裂缝分布的厚度取油层有效厚度31.5m，计
算缝网体积监测范围978.1×104m3，综合压缩系数取3×10-4MPa-1，压裂液和压裂砂体积为1.78×104m3，按（1）式计算压裂达到平衡后地层压力提高值为6.1MPa.
由于水平井压裂后缝网体的体积很难准确监测，网状裂缝切割的岩块体积的大小更是难以测算，因此，通过单井生产特征评价压裂效果尤为重要，压裂后开井油压变化特征是评价压裂效果的有效方法。

油压是指液流从井底流到井口的剩余压力。

由于压裂后短时间内压裂液没有和缝网体内流体达到平衡，因此，油压折算到油层的压力远大于缝网体的平衡压力，以吉172H井为例，压裂后平衡压力高出原始地层压力6.1MPa，压裂开井时油压折算到油层的压力高出原始地层压力15.2MPa.但是，压裂后在一定的时间开井，油压值及变化特征与缝网体的体积和裂缝切割的单个岩块体积还是有着密切的关系。

由于油压的变化规律和累计产液量有关，这里引入累计产液百分比的概念，即累计排出压裂液的体积和产出油的体积之和占压裂施工用液量的百分数，目的是排出液量比例相同体积之条件下分析井口油压的变化规律（图4）。

3口水平井多段压裂后正常开井，开井后压力变化情况见表3.
由于压裂后开井油压折算到油层压力高于平衡时压力，原因是缝网体要达到平衡需要一定的油水重新分布时间[10]，表达式为
在岩石孔隙度、地层原油的黏度、地层渗透率、驱动压差差异不大时，置换时间主
要与缝网体的破碎块半径有关，破碎块半径越小，置换时间越短。

同样置换时间下，压力越接近平衡压力，说明破碎块半径越小[11]。

由此可以看出，吉172H井的压裂形成的缝网体破碎块半径小，压裂效果好。

当累计产液百分比达到20%，吉172H井、吉251H井和吉32H井的压力变化百分数分别为36.8%、63.4%和33.9%，从（1）式可以看出，压力变化越大，缝网体积与压裂液的体积匹配越差，即压裂液的体积与形成的缝网体积未呈良好的正比关系。

因此，吉251H井的压裂形成的缝网体积相对小，压裂效果差。

综上所述，吉172H井压裂后缝网体积大，缝网体破碎块半径小，压裂效果最好；吉32H井缝网体积大，但是，缝网体破碎块半径大，压裂效果次之；吉251H井
缝网体积小，缝网体破碎块半径大，压裂效果最差。

从3口水平井生产特征也可以印证上述分析结论。

统计含水比与生产天数关系
（图5）可以看出，吉172H井退液12 d开始见油，含水比快速下降，吉32H井退液13 d开始见油，含水下降速度较慢，吉251H井退液33 d开始见油，开井48 d后停喷关井，77 d后开井含水快速下降与长时间关井发生渗吸作用使油水置换有关。

对比相同生产天数40 d，吉172H井含水比最低，为49%；吉32H井
次之，为72%；吉251H井最高，为96%.统计含水比和累计退液百分数关系也表现出同样特征。

统计累计产油与生产天数关系（图6）可以看出，相同生产天数，吉172H井累计产油量最高，吉251H井最低。

对比相同生产天数40 d，吉172H井累计产油量
最高，为680 t；吉32H井次之，为513 t；吉251H井最低，只有6 t.统计累计产油和累计退液百分数关系也表现出同样特征。

由此可见，吉172H井压裂后退液见油快，见油后含水比下降快，相同生产时间
和累计退液百分数累计产油量高，生产形势最好，吉32H井次之，吉251H井最差。

致密油藏水平井采用多段大规模体积压裂用液量大，缝网体体积大，破碎块半径小，效果好。

高速通道压裂缝网体体积大，主裂缝导流能力强，但是，破碎块半径大，原油从破碎块向裂缝渗流难度大。

（1）致密油压裂形成的缝网体为相对独立的流动空间。

压裂用液量和加砂量很大，对提高缝网体压力起很大作用。

（2）压裂后开井时油压折算到地层压力越接近平衡压力，压裂形成的缝网体破碎块半径越小，压裂效果越好。

（3）相同累计产液百分比下，油压变化百分数越小，缝网体积与压裂液体积越匹配，缝网体积相对大，压裂效果好。

符号注释
Ct——综合压缩系数，MPa-1；
K——地层渗透率，D；
Δp——注压裂液后地层压力变化值，MPa；
Δp0——驱动压差，kPa；
tp——置换时间，ms；
rm——破碎块半径，m；
v——油水置换速度，m/ms；
V——压裂液和加砂体积，m3；
Vf——压裂缝网体积，m3；
φ——岩石孔隙度，无因次；
μo——地层原油的黏度，mPa·s.
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