复杂断块油田压裂的特点与思路

复杂断块油田压裂的特点与思路

蒋廷学

(中国石油天然气集团公司石油勘探开发研究院廊坊分院)

摘　要　以二连油田的几个断块油藏为例,概述了复杂断块油田的地质与生产特点(与整装油田相比较),并由此论述了压裂设计的特殊性和复杂性,其中录取资料难的问题尤为突出。此外,在压裂工艺设计上,如何结合不尽相同的地质条件,从而使不同类型的油井压裂都能最大限度地获得预期的增产效果,则是断块油田压裂设计的重点。这是一项系统工程,文中对此作了系统论述。最后概述了按此设计思路进行的6口井压裂效果分析及赛汉油藏压裂可行性研究结论。

主题词　二连油田　复杂断块　压裂　效果

一、　前 言

全国陆上油气田中,低渗透复杂断块油气藏占有相当比重,它们大多属于边际油藏或经济开发下限油藏,如不压裂则难以获得工业开采价值。而要在这种类型的油藏中进行压裂,显然不能照搬整装的大型油田压裂的经验,如整装低渗透油田中经常应用的大型水力压裂技术,就不适用于复杂断块油田。在整装油田的某口井上所获取的各种资料往往具有一定程度上的代表性,在压裂设计时可以借鉴和参考;而在复杂断块油田上,因为地质条件的复杂性,每口井都有各自的特殊性,有时即便是邻井上的岩性、物性都变化很大。因此,在复杂断块油田进行压裂设计时,设计参数的合理选取是一个难以解决的主要问题,至于压裂设计的思路、原则等也是要比整装油田要考虑的更多的另一个主要问题。所有这些因素,都决定了复杂断块油田压裂的复杂性。

二、　复杂断块油田压裂的特点

与复杂断块油田的地质与生产特点相适应,复杂断块油田的压裂呈现如下特点:

(一)　选井选层的难度加大

与整装油田的压裂选井选层可落实在某个区域和砂体不同,复杂断块油田选井选层,往往是对整个区块内的每一口井的地质生产、测试、压裂、注水等各方面分析论证,由此寻找有潜力的井和层作为压裂对象。此外,由于层多且薄,纵向上分布不集中,给分层压裂带来了很大困难。同时由于小层的平面分布不太稳定,如沿裂缝走向,小层的厚度变薄甚至尖灭,会极大地影响压裂的增产效果。

(二)　压裂的支撑缝长难以达到预期目标

由于小层的纵向非均质性较强,压裂时可能只压开了物性相对较好、且厚度相对较大的层段,而物性差的层段根本未压开(有时厚度也占相当比重)或压开程度有限,而设计时是按全部压开设计的加砂规模,显然会造成已压开层段支撑缝长远大于设计要求。更有甚者,如裂缝方位不利,会加剧层间矛盾(因压开层段物性好,本来产出就多),甚至造成压后爆发性水淹的严重后果,与压裂所要追求的目标(改善注采剖面)背道而驰。

(三)　压裂设计的思路不应囿于已有注采井网的限制

在复杂断块油田中,由于小层的纵横向非均质性,有时与某口油井对应的注水井可能就注不进水或者与压裂目的层的对应注水层不吸水或吸水很少,这时设计时就不能为注采井网所束缚。如核实在对应的注水层上以后也难以注上水(至少较长一段时间内),不妨将设计缝长放大,以扩大泄油面积,尽可能多地采出油水井之间的弹性储量。否则,这种储量今后很难再采出来。当然,如注采对应关系良好,则应严格按井网限制部署压裂方案,通常是将支撑半长严格控制在注采井距的1/4之内,同时尽可能地提高裂缝的导流能力。

(四)　设计参数的确认更为复杂困难

由于复杂断块油田的特殊性,在某口井上所获取的资料很难有代表性(至多在邻井上可以稍加借

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蒋廷学,1969年生,工程师,1991年毕业于石油大学(华东)开发系采油工程专业,现在压裂酸化技术服务中心工作,主要从事压裂工艺技术研究,已发表论文近20篇,地址(065007):河北廊坊分院44号信箱

鉴)。因此,如何在现场可以获得的资料范围内,最大限度地选取各相关压裂参数,至关重要。而由于经费问题,复杂断块油田的各种测试资料也相对较少。可以综合油藏工程中的各种相关计算公式,也可综合应用钻井、地层测试、生产动态资料及各种注采剖面测试资料,进行综合分析研究确定。

(五)　油藏数值模拟的复杂性

由于复杂断块油田大多采用不规则的注采井网,特别是边井和角井的比例相对较高,给计算单元的选取和网格的划分带来诸多不便。此外,由于裂缝方位的不确定性,因此,如何有效地将其放入油藏模型中,也是较为困难的工作之一。现在的基本作法是:首先进行油水井的注采动态分析(一般以一个井组为单元),然后划出油井的单井控制面积,并以裂缝的方位为X方向的网格坐标方向,把油水井同时放入包含油井泄油面积在内的矩形计算单元内(如确认某对应水井注不上水,可让其注入量为零),而非泄油区域则通过将其渗透率设置为零的办法使其对生产无贡献。这基本上符合油藏的实际状况,因此,对压裂后的动态预测具有一定的准确性。阿南油藏的实践证明这是一种行之有效的方法。

(六)　以往压裂资料可借鉴的局限性

在整装油田进行压裂设计时,象施工排量、规模及砂液比等设计参数的确定,大多参照对比井的压裂情况,然后再根据井的不同特点有针对性地对以往压裂工作加以改进和提高。而复杂断块油田压裂则不尽然,由于地质条件变化大的特点,因此,即便以往类似井的压裂经验也不可生搬硬套,否则,可能会陷于被动。

(七)　难以应用拟三维和全三维压裂软件

众所周知,应用拟三维和全三维压裂设计软件,可以精确地得出裂缝在三个方向上的扩展尺寸。因此,近年来,压裂设计水平的提高,其表现之一就是先进的拟三维和全三维压裂设计软件的广泛应用。特别,当压裂目的层距邻近的高含水层相当近时,应用拟三维和全三维压裂软件,可以控制施工规模,或科学选择施工排量,或使两者得到兼顾,从而为压裂方案的科学制定,提供指导性文件。但与整装油田不同的是,由于复杂断块油田录取资料的艰巨性与复杂性,上述两个软件所要求的一些特定参数,如地应力差与岩石的断裂韧性等,因无法获得或无法可靠地获得,因此在无有效手段获得准确可靠的输入参数情况下,干脆不用这些先进软件。否则,可能会因为输入数据的不准确性,导致计算结果的不准确性,反而会影响实际工作。

三、　压裂设计思路

针对上述分析,在阿南和赛汉两油藏中的压裂设计工作很多,但主要归结为:

(一)　选井选层研究

根据地质构造及沉积的特点(物源方向、水流方向)分析,掌握整个复杂断块内的油层宏观分布(油层厚度、物性的宏观分布规律)。在此基础上,将整个区块内的油水井按区域分块研究,包括总的产出、注入情况及各砂体或小层在宏观上的产出及吸水量(判断含水率)分析以及采出程度等。目的是找出主要的候选压裂层。然后再逐一进行单井组研究,对其钻井、地质、采油、压裂、测试及注水等资料综合研究分析,进一步落实压裂的候选层。其中也包括利用注采动态曲线分析,目的是找出油井的注水见效方位,并考虑与裂缝方位的匹配性。

(二)　压前储层的精细评价

在粗选压裂井层的基础上,还要对其进行精细评价,进一步淘汰不符合要求的井层。目前已研制出综合考虑有效渗透率、有效厚度、目的层跨距、含水率、剩余可采储量等参数的模糊多因素选井选层方法[1]。

储层精细评价包括小层厚度及其纵横向分布情况、有效渗透率、目前压力系数、含水及剩余可采储量等。

研究手段包括地质及测试资料的分析、模糊多因素设计方法(如确认有效渗透率[2])、灰色系统理论等(如用于预测剩余可采储量[3])及裂缝模拟和油藏数值模拟软件等。也包含油藏工程中各种经验公式的运用。

上述影响压裂效果的因素,其上下界的定量指标的确定,主要是根据国内外相关的理论研究成果,并运用数值模拟技术进行验证,同时结合油田的实际情况,经综合权衡得到的。

(三)　压裂设计原则的灵活性

主要基于复杂断块油田不同油井的自身特点而有所侧重。如有的井要突出强调高导流短缝的重要性(见到注水效果者);有的井则着重强调缝长的重要性,而导流能力则相对不作过高的要求(未见注水效果,而渗透性又偏低者);而有的井既要强调缝长的重要性,又强调导流能力的重要性(无注水效果而物性较好者);有的井排量要适当高些(厚度相对较大、距上下高含水层较远或者隔层的遮挡性能良好者);有的井排量又要适当低些(距上下高含水层相对较近,或由综合测井曲线(主要是自然伽玛测井曲

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