鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層特征與工藝改造

毛飛躍，侯長冰，劉小強，趙彥東

（中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏第四項目部，甘肅慶陽 745000）

鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層特征與工藝改造

毛飛躍，侯長冰，劉小強，趙彥東

（中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏第四項目部，甘肅慶陽 745000）

隨著鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原油田81油藏規(guī)模開發(fā)和產(chǎn)建區(qū)塊西進，儲層物性變差，單井試排、試采產(chǎn)量下降明顯，為提高單井產(chǎn)量，以提高儲層改造體積及改善裂縫導(dǎo)流能力為目標(biāo)的儲層改造勢在必行。針對長81油藏儲層發(fā)育特征，參照華慶油田長6油藏儲層工藝改造成果和經(jīng)驗，采用斜井多段壓裂、定向射孔和混合水體積壓裂等新工藝對儲層進行改造和適應(yīng)性分析，結(jié)果表明：實施斜井多段壓裂技術(shù)單井增產(chǎn)13.69%；實施定向射孔技術(shù)單井增產(chǎn)19.09%；實施混合水體積壓裂技術(shù)單井增產(chǎn)效果最顯著，可達(dá)242%。已開展的現(xiàn)場試驗結(jié)果，證明針對儲層發(fā)育特征實施的儲層新工藝改造技術(shù)，對提高超低滲透油藏開發(fā)效果具有重要意義。

儲層特征；工藝改造；適應(yīng)性分析；長81油藏；鎮(zhèn)原油田

鎮(zhèn)原油田位于鄂爾多斯盆地西南部（圖1），是多油層復(fù)合的油氣富集區(qū)。已有勘探開發(fā)資料和研究成果表明，鎮(zhèn)原油田延長組長81油藏屬于典型巖性油藏，具有油層厚度大、平面連續(xù)性好、資源潛力大和儲量規(guī)模落實等特點［1］，是目前鎮(zhèn)原油田開發(fā)的主力層系之一。隨著長81油藏規(guī)模性開發(fā)向西推進，儲層物性變差，單井試排、試采產(chǎn)量下降明顯。本文結(jié)合鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層低孔低滲特征，以提高儲層體積及改善裂縫的導(dǎo)流能力為改造目的［2－5］，對斜井多段壓裂、定向射孔和混合水體積壓裂等新型工藝技術(shù)對該油田長81油藏儲層改造的適應(yīng)性進行分析，為提高該油藏的單井試排、試采產(chǎn)量和開發(fā)效益提供依據(jù)。

1 儲層特征

1.1 儲層巖石學(xué)特征

1.1.1 碎屑成分特征

鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層的巖石類型以細(xì)－中粒長石巖屑砂巖為主，次為巖屑長石砂巖，表1列出了鎮(zhèn)原油田各區(qū)塊長81油藏砂巖骨架顆粒構(gòu)成狀況。從表1可以看出，這2類砂巖幾乎占據(jù)了全部儲層的100%，總體上反映了鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層砂巖有如下3個基本特點：①巖石的骨架碎屑組分具有富長石和巖屑、貧石英的低礦物成分成熟度的特點，而結(jié)構(gòu)成熟度較高，表現(xiàn)為雜基含量低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜3%）和分選較好，反映長81油藏砂巖儲層為近物源區(qū)的較高能量環(huán)境的快速沉積作用產(chǎn)物，為河道沉積的產(chǎn)物。②由碎屑組分中高含量的長石、火成巖、中－高變質(zhì)巖、淺變質(zhì)巖及石英巖屑的大量出現(xiàn)，說明為鎮(zhèn)原地區(qū)延長組提供碎屑物質(zhì)來源的古陸是富集長石和變質(zhì)巖的物源區(qū)，此特征與前人研究成果中確定以花崗片麻巖為主的西秦嶺古陸雜巖體為鄂爾多斯盆地西南側(cè)部主要物源區(qū)的認(rèn)識［6］相一致。③巖石中含有較多易溶的礦物組分，如長石、火成巖屑和變質(zhì)巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物等不穩(wěn)定組分，利于粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？椎却紊紫兜男纬珊蛢影l(fā)育。

圖1 研究區(qū)位置和長81沉積相展布格局示意圖Fig.1 The location of study area and distribution of sedimentary facies of Chang 81reservoir

1.1.2 填隙物特征

據(jù)砂巖薄片鑒定和全巖X射線衍射分析（表2）資料，鎮(zhèn)原油田長81儲層砂巖填隙物除少量以伊利石為主的雜基組分之外，主體以膠結(jié)物形式出現(xiàn)的綠泥石、高嶺石、硅質(zhì)和各種碳酸鹽礦物為主，其中影響孔喉發(fā)育的黏土礦物主要為雜基組分的伊利石和膠結(jié)物組分的綠泥石以及各種碳酸鹽礦物，其區(qū)域分布具有自東向西含量增加，而易溶利于次生孔隙發(fā)育的方解石含量趨于降低的特點。

表1 鎮(zhèn)原油田長8油藏81儲層砂巖碎屑組分類型和含量（w／%）Table 1 The types and contents of detritus in sandstones from Chang 81reservoir in the Zhenyuan oilfield

表2 鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層砂巖填隙物組分類型和含量（w／%）Table2 The types and contents of matrix in sandstones from Chang 81reservoir in the Zhenyuan oilfield

1.2 儲層沉積相類型與非均質(zhì)性

據(jù)鄒才能和韓永林等研究，鄂爾多斯盆地長8期以發(fā)育具備平緩穩(wěn)定構(gòu)造背景條件的淺水三角洲沉積體系為主，鎮(zhèn)原油田長81期沉積也不例外地屬于淺水三角洲體系，其有利儲層和油藏發(fā)育的相帶主要為自南西向北東長距離延伸的、與分流間灣泥巖相間發(fā)育和呈網(wǎng)狀分布的水下分流河道砂體（圖1），特別是在網(wǎng)狀分布的水系中有強烈側(cè)向遷移的、相互間疊置或交叉、分流部位的水下分流河道砂體［7，8］。因此，鎮(zhèn)原油田長81油藏砂巖儲層物性和平面非均質(zhì)性受不同地質(zhì)體或不同沉積微相所控制和約束［8－10］，有如下幾個特點：①分流河道砂體內(nèi)部的儲層物性普遍相對較好，變異系數(shù)一般小于0.5，部分為0.5～0.9，屬弱－中等的非均質(zhì)性；而水下分流河道砂體與分流間灣泥巖、或與河口壩的過渡帶儲層物性有所變差，變異系數(shù)一般大于0.9，具較強的非均質(zhì)性。②水下分流河道砂體的儲層非均質(zhì)性平面分布具有明顯的方向性，順?biāo)鞣较蚝蛡?cè)向遷移方向延伸的砂體非均質(zhì)性弱，變化緩慢；而與分流間灣泥巖相間發(fā)育部位的儲層非均質(zhì)強且變化快，非均質(zhì)性較嚴(yán)重。③沿鉆井方向，特別是斜井和水平井的鉆井方向與砂體延伸方向或與側(cè)向遷移方向一致時，由于儲層非均質(zhì)性弱，可取得更好的鉆井和儲層改造效果。

1.3 儲層物性特征

a.孔隙類型。鎮(zhèn)原油田長81油藏砂巖儲層孔隙類型與姬塬地區(qū)非常相似［8－10］，都以發(fā)育剩余原生粒間孔和粒間溶孔為主，次為長石粒內(nèi)溶孔和鑄?？住Ｌ烊涣芽p也較為發(fā)育，巖心中可觀察和描述的裂縫以張性裂縫為主，多為構(gòu)造成因的斜交裂縫和垂直裂縫，裂縫方向與最大主應(yīng)力方向一致，為北東75°，縫內(nèi)大多數(shù)被油、瀝青和方解石半充填，反映裂縫對改善儲層的孔、滲性和連通性有重要貢獻(xiàn)。

b.儲層物性。儲層平均孔隙度為11.3%，平均滲透率達(dá)到1.5×10－3μm2，整體表現(xiàn)為中－低孔、低滲特征。如同儲層的非均質(zhì)性，其物性也具有沿砂體延伸方向和側(cè)向遷移疊置方向較好的分布特點，局部發(fā)育相對高孔高滲區(qū)，即開發(fā)工程中的“甜點”大多數(shù)位于相互間疊置或交叉、分流的中心部位。

c.孔喉結(jié)構(gòu)。壓汞資料（表3）表明，長81油藏儲層平均排驅(qū)壓力為1.57 MPa，中值壓力為8.12 MPa，最大進汞飽和度為88.4%，退汞效率為33.50%，中值半徑為0.09μm，曲線形態(tài)總體較平緩，進汞充分，反映儲層孔喉的分選性和結(jié)構(gòu)都較好，主體以發(fā)育中－小孔、微細(xì)喉組合的中－低孔低滲型儲層為主。

2 儲層工藝改造

2.1 儲層工藝改造面臨的問題

a.儲層物性變差和單井產(chǎn)量降低。多年來的開發(fā)實踐業(yè)已證明，鎮(zhèn)原長81油藏儲層的孔滲性的平面分布具有自東向西物性逐漸變差的特點。如2010年以前開發(fā)的鎮(zhèn)53井、鎮(zhèn)218井、鎮(zhèn)221井等主要位于長81油藏東部，孔滲性相對較好，試排、試采效果相對較好（圖2-A）；而2010年以后，隨著長81油藏的規(guī)模開發(fā)，開發(fā)區(qū)塊逐步向西轉(zhuǎn)移，儲層物性明顯變差，試排、試采單井產(chǎn)量下降明顯（圖2-B），常規(guī)壓裂和酸化等儲層改造工藝已無法滿足鎮(zhèn)原長81油藏規(guī)模性高效開發(fā)和提高單井產(chǎn)量的要求。

表3 鎮(zhèn)原油田長8油藏儲層砂巖壓汞參數(shù)統(tǒng)計表Table 3 The mercury-injection parameters of sandstones from Chang 8 reservoir in the Zhenyuan oilfield

圖2 鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層孔滲性分布（A）和產(chǎn)量分布（B）直方圖Fig.2 The porosity and permeability distribution（A）and production histogram（B）of Chang 81reservoir in the Zhenyuan oilfield

b.厚油層縱向動用和改造體積程度低。長81油藏儲層沿水下分流河道延伸方向和側(cè)向遷移疊置方向的連續(xù)性都較好，平面上以西南部油層厚度較大（圖3-A），剖面上油層分布穩(wěn)定（圖3-B），平均厚度10.5 m，在鎮(zhèn)252區(qū)和鎮(zhèn)339區(qū)可達(dá)15 m以上，但目前厚油層的縱向動用和改造體積程度仍很低；因此，提高油層縱向動用程度及增加改造體積已成為提高試排、試采單井產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。

c.孔喉半徑小，排驅(qū)壓力大。從壓汞資料上看（表3），在曲線形態(tài)上鎮(zhèn)298-104較鎮(zhèn)262-395門檻壓力高，但曲線平緩，進汞充分，且中值壓力較低，以發(fā)育孔喉結(jié)構(gòu)較好的中－低孔、低滲型儲層為主，利于進行儲層工藝改造。

2.2 工藝改造方案優(yōu)選

結(jié)合鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層中－低孔低滲和碳酸鹽膠結(jié)物、碳酸鹽巖屑等酸溶性礦物含量高（表1、表2）及微裂縫較發(fā)育的特點，加上儲層縱向平面分布非均質(zhì)性強及啟動壓力高等易壓裂和酸化改造的性質(zhì)［11］，可優(yōu)先考慮采用提高儲層改造體積和增加裂縫導(dǎo)流能力對儲層進行改造，對于提高單井產(chǎn)量更為有效。該方案包括如下3種新工藝技術(shù)方法。

2.2.1 斜井多段壓裂技術(shù)

該技術(shù)方法可在平面上形成多條相互獨立和平行分布的人工裂縫，達(dá)到擴大泄流體積（圖4-A）和在縱向上可充分動用儲層的目的，且油層越厚其優(yōu)勢越明顯，橫向上不用考慮壓竄，每條裂縫獨立設(shè)計，利于增加有效支撐縫的長度，實現(xiàn)深穿透，在縱向上充分動用儲層。

為研究鎮(zhèn)原長81油藏儲層中的裂縫縱向擴展規(guī)律，共完成室內(nèi)巖石力學(xué)測試、抗張強度測試及地應(yīng)力測試等巖心實驗56塊，完成井下壓力計和小型測試壓裂2口。根據(jù)測試壓裂與擬合結(jié)果（圖4-B），該井區(qū)儲層平均閉合應(yīng)力為25.82 MPa，隔層平均閉合應(yīng)力為28.57 MPa，閉合應(yīng)力梯度為15.0 k Pa／m，解釋地層有效滲透率為0.017×10－3μm2，表明儲層特別致密；同時根據(jù)G函數(shù)分析和巖心觀測，證明長81地層中天然微裂縫普遍存在，有利于斜井多段壓裂技術(shù)對儲層進行改造。

圖3 鎮(zhèn)原油田長81油藏油層等厚圖（A）和鎮(zhèn)252井－鎮(zhèn)356井油藏剖面圖（B）Fig.3 The isopach map（A）and reservoir cross-sections from Well Zhen 252 to Well Zhen 356（B）of Chang 81reservoir in the Zhanyuan oilfield

圖4 斜井多段壓裂模擬三維效果圖（A）與鎮(zhèn)252井區(qū)測試壓裂與擬合結(jié)果（B）Fig.4 3-D effectiveness diagram of multiple-stage fracturing simulation in deviated wells（A）and the fracturing test and fitting results of Well Zhen 252 district（B）

儲層多段壓裂改造按每段都可形成相互獨立的平行裂縫進行設(shè)計；獨立設(shè)計各段加砂規(guī)模和施工參數(shù)，結(jié)合鎮(zhèn)原油田81油藏儲層砂體分布特征和菱形反九點井網(wǎng)部署（圖5），可確定最優(yōu)縫長為110 m，單段加砂25～35 m3，排量1.8～2.2 m3／min，砂比＞30%。

圖5 擴大泄油面積效果圖Fig.5 The effect of expanding drainage area菱形反九點井網(wǎng)

2.2.2 定向射孔技術(shù)

通過定向射孔，復(fù)合應(yīng)用分層多縫壓裂技術(shù)，實現(xiàn)定向壓裂，強制裂縫轉(zhuǎn)向，形成雙S形人工裂縫（圖6），擴大裂縫與油藏的接觸面積，提高單井產(chǎn)量。定向射孔技術(shù)可以克服井斜條件約束，實現(xiàn)厚層縱向有效分壓。

2.2.3 混合水體積壓裂技術(shù)

圖6 定向射孔多縫壓裂雙S形人工裂縫工藝示意圖Fig.6 Double S-shaped artificial fractures process diagram of oriented perforating and seam fracturing

混合水體積壓裂采用低黏壓裂液、高排量、大液量、低砂比，將可以進行滲流的有效儲集體“打碎”，形成復(fù)雜縫網(wǎng)系統(tǒng)，增加改造體積，從常規(guī)水力壓裂形成裂縫“面”（圖7-A），向儲層改造后形成“體”的壓裂特點轉(zhuǎn)變（圖7-B），擴大泄油體積，提高單井產(chǎn)量。

2.3 可行性分析

a.儲層脆性特征滿足改造要求。儲層巖性具有顯著的脆性特征和具備中－低孔、低滲型儲層條件，是實現(xiàn)體積改造的物質(zhì)基礎(chǔ)。利用區(qū)塊的脆性指數(shù)優(yōu)選適合進行體積壓裂的區(qū)塊。測試結(jié)果表明，鎮(zhèn)原油田長81油藏與華慶油田長6油藏相似，儲層的巖石力學(xué)特性都位于過渡帶，改造后能夠形成復(fù)雜的縫網(wǎng)，具備體積壓裂潛力。

b.油層穩(wěn)定和物性較好。鎮(zhèn)252區(qū)主砂體帶油層順?biāo)路至骱拥郎绑w的延伸方向連通性好，平均油層厚度15.2 m，分布穩(wěn)定（圖3），儲層物性整體較好，能滿足定向射孔技術(shù)和實現(xiàn)厚層縱向有效分壓的要求。

圖7 常規(guī)壓裂單一裂縫（A）與混合水體積壓裂復(fù)雜的縫網(wǎng)系統(tǒng)（B）效果對比圖Fig.7 The effect comparison between the conventional single crack fracturing（A）and complex seam network system of mixed water volume fracturing（B）

c.具備工藝改造要求。鎮(zhèn)252區(qū)油層厚度較大和注采井網(wǎng)較完善（圖8-A），已建立了有效的驅(qū)替系統(tǒng)，除北部9口井累計注水量較高外（圖8-B），大部分井注水量＜6 000 m3；區(qū)內(nèi)完成測壓21口，壓力保持水平108%（圖8-C），因此，通過加強超前注水，地層能量逐步恢復(fù)，具備混合水體積壓裂注水的工藝改造要求。

d.技術(shù)改造方法和工藝參數(shù)。在華慶油田長6油藏通過儲層體積壓裂改造后取得很好的提升改造效果啟示下，參照其儲層工藝改造成果、經(jīng)驗和對比華慶油田長6油藏與鎮(zhèn)原油田長81油藏的儲層物性、油層厚度、改造參數(shù)及可能的實施效果進行分析，形成了適宜鎮(zhèn)原油田長81油藏混合水壓裂的工藝參數(shù)。考慮到長81油藏儲層脆性指數(shù)與長6油藏相似，但油層厚度要薄一些，而要求實施混合水體積壓裂后的區(qū)域壓力保持水平應(yīng)達(dá)到95.0%以上。因此，在參考華慶油田長6油藏儲層壓裂方式的基礎(chǔ)上（圖9），根據(jù)脆性參數(shù)與支撐劑需要關(guān)系，通過轉(zhuǎn)向技術(shù)＋混合水壓裂技術(shù)改造，達(dá)到溝通更多天然裂縫的改造效果，形成更為合理的改造參數(shù)范圍，即砂量60～80 m3，排量6.0～8.0 m3／min，砂比12.0%左右。

2.4 實施效果分析

a.斜井多段壓裂技術(shù)實施效果。2012年應(yīng)用斜井多段壓裂技術(shù)對11口井進行儲層改造，改造后的單井試排平均產(chǎn)油30.45 t／d，較未改造的對比井提高14.85 t／d，試排試采效果好（表4）。單井平均產(chǎn)油由改造前的1.68 t／d，改造后增加到1.91 t／d，較沒有改造前的單井增產(chǎn)13.69%，增產(chǎn)效果明顯。

b.定向射孔技術(shù)實施效果。2012年應(yīng)用定向射孔技術(shù)對3口井進行儲層改造，改造后的單井試排平均產(chǎn)油24.4 t／d，較未改造的對比井提高5.4 t／d，試排試采效果好（表5）。單井平均產(chǎn)油改造前為1.95 t／d，改造后增加到2.41 t／d，較沒有改造前的單井增產(chǎn)19.09%，增產(chǎn)效果明顯。

c.混合水體積壓裂技術(shù)實施效果。目前僅對鎮(zhèn)318-777井進行了混合水體積壓裂技術(shù)儲層改造。該井位于鎮(zhèn)252區(qū)東部，鉆遇油層厚27.4 m，應(yīng)用混合水體積壓裂技術(shù)對儲層進行改造后，試排產(chǎn)純油34.2 t／d，較沒有進行儲層改造的對比井提高15.4 t／d（表6）。投產(chǎn)后單井產(chǎn)油7.49 t／d，與沒有進行儲層改造的相鄰井相比較，改造后的單井產(chǎn)量提高5.3 t／d，增產(chǎn)242%，儲層改造后的增產(chǎn)效果極其顯著。

表4 長81油藏部分斜井多段壓裂應(yīng)用效果對照表Table 4 The effect comparison of the multiple-stage fracturing from Chang 81reservoir in partial deviated wells

表5 長81油藏部分井定向射孔技術(shù)應(yīng)用效果對照表Table 5 The effect comparison of the oriented perforation from Chang 81reservoir in partial wells

圖8 鎮(zhèn)252區(qū)長81油藏儲層等厚圖和注采井網(wǎng)（A）、累計注水量（B）和投前壓力等值線圖（C）Fig.8 The reservoir isopach map and injection patterns（A），the cumulative water injection（B）and pre-cast pressure contour map（C）of Chang 81reservoir in Well Zhen 252

圖9 華慶地區(qū)混合水體積壓裂試驗效果曲線Fig.9 The test result curves of the mixed water volume fracturing in the Huaqing area

表6 2012年鎮(zhèn)318-777井長81油藏儲層混合水體積壓裂效果對比數(shù)據(jù)表Table 6 The effect comparison of the mixed water volume fracturing from Chang 81reservoir in Well Zhen 318-777 in 2012

3 結(jié)論

a.鎮(zhèn)原油田長81油藏儲層嚴(yán)格受自南西向北東延伸和側(cè)向遷移、疊置、交叉和分流的網(wǎng)狀水下分流河道砂體控制，具有儲層分布較穩(wěn)定、酸溶性礦物含量高、微裂縫發(fā)育、物性和孔喉結(jié)構(gòu)較好，以及儲層平面分布非均質(zhì)性較弱而縱向分布非均質(zhì)性強及啟動壓力高等特點，具備提高單井產(chǎn)量的儲層改造條件。

b.針對鎮(zhèn)原長81油藏油層厚度大和相對較致密的中－低孔、低滲型儲層為主的特點，采用提高體積和增加裂縫導(dǎo)流能力對儲層進行改造更為有效，包括斜井多段壓裂、定向射孔和混合水體積壓裂3種主要技術(shù)方法對儲層進行改造，可非常有效地提高單井產(chǎn)量。

c.參照華慶油田長6油藏儲層工藝改造成果和經(jīng)驗，根據(jù)脆性參數(shù)與支撐劑所需關(guān)系，通過轉(zhuǎn)向技術(shù)＋混合水壓裂技術(shù)改造，優(yōu)化工藝改造參數(shù)，形成了適宜鎮(zhèn)原油田長81油藏混合水壓裂工藝參數(shù)，在現(xiàn)場試排實驗中取得較好效果，對提高超低滲油藏致密儲層的開發(fā)和增產(chǎn)效果具有重要意義。

d.以華慶長6油藏和鎮(zhèn)原長81油藏儲層改造所取得的效果為借鑒，上述以提高單井產(chǎn)量為目的新型儲層工藝改造技術(shù)，在鄂爾多斯盆地眾多類似的超低滲巖性油氣藏中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Feasibility of new technological transformation for Chang 81reservoir of Zhenyuan oilfield in Ordos Basin，China

MAO Fei-yue，HOU Chang-bing，LIU Xiao-qiang，ZHAO Yan-dong

No.4 Oil Production Plant of Ultra-low Permeability Oilfield，Changqing Oilfield Company of PetroChina，Qingyang 745000，China

With the scale development and westward blocks of the Chang 81reservoirs，the poor properties，and the significant reduction of single well producing test，the reservoir reconstruction is needed to improve the volume and fracture conductivity and then improve the production of single well.According to Chang 81reservoir characteristics and with reference to the reconstruction outcomes and experiences of the Chang 6 reservoir reconstruction technology in the Huaqing oilfield，Ordos Basin，the new technologies，such as multiple-stage fracturing technique in deviated wells，oriented perforating，mixed water volume fracturing，are used to transform and adapt the reservoir，and good results have been achieved.The multiple-stage fracturing technique in deviated wells increases 13.69%production for a single well.The oriented perforating increases 19.09%production for a single well.The mixed water volume fracturing has the most significant production for a single well，up to 242%.The field test proves that the technology is of great significance in improving the development effects of super-low permeability reservoirs.

reservoir characteristic；process modification；adaptability analysis；Chang 81reservoir；Zhenyuan oilfield

TE122.23；TE357.13

A

10.3969／j.issn.1671-9727.2013.03.14

1671-9727（2013）03-0333-09

2012-10-24

毛飛躍（1968－），男，工程師，從事低滲透油藏研究和開發(fā)工作，E-mail：mfy＿cq＠petrochina.com.cn。