大型水力壓裂技術(shù)在歐利坨油田的應(yīng)用

張 軍

（中國(guó)石油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010）

歐利坨油田2000年投入開采，2002年開始注水，大部分油井由于自然產(chǎn)能低，需要進(jìn)行壓裂改造。根據(jù)前期改造情況分析，存在壓后初期產(chǎn)量高，有效期短的問(wèn)題，部分壓裂井有效期小于60 d。在對(duì)歐利坨油田儲(chǔ)層研究的基礎(chǔ)上，我們實(shí)施了大型水力壓裂改造技術(shù)，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 儲(chǔ)層概況

歐利坨油田位于遼寧省臺(tái)安縣境內(nèi)，構(gòu)造上位于遼河盆地東部凹陷的中段。油層埋深2 200～2 640 m，儲(chǔ)層巖性為砂礫巖—細(xì)砂巖，砂巖儲(chǔ)層孔隙度平均為16.5%，滲透率平均為83.2 md，屬于中低孔、中低滲儲(chǔ)層。粘土礦物以伊蒙混層為主，相對(duì)含量為51.6%，其次為高嶺石，平均相對(duì)含量為29.7%，伊利石、綠泥石相對(duì)含量較少，分別為9.5%和6.2%。由圖像分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，本區(qū)S3砂巖儲(chǔ)集巖，平均面孔率為 6.37%，平均孔隙直徑 113.0 μm，平均孔面積為5 640.4 μm2，配位數(shù)0.48，平均喉道寬度17.9 μm，說(shuō)明儲(chǔ)層孔隙形態(tài)不規(guī)則、喉道具較大曲折度、連通性較差。本區(qū)原油性質(zhì)較好，為稀油。原油密度為0.832 2～0.866 6 g/cm3，平均為0.845 7 g/cm3，地面原油粘度(50 ℃)平均為 8.22 mPa·s，凝固點(diǎn)平均為34 ℃，含蠟量平均為16.51%，膠質(zhì)瀝青含量平均為 14.26%【1,2】。

2 壓裂液體系的優(yōu)選

壓裂液作為壓裂改造的重要材料，其性能不僅直接影響水力壓裂施工的成功率，而且對(duì)壓后效果會(huì)產(chǎn)生很大的影響，大型水力壓裂施工對(duì)壓裂液性能的要求更加嚴(yán)格。

2.1 儲(chǔ)層及壓裂工藝對(duì)壓裂液的要求

（1）大型水力壓裂施工時(shí)間長(zhǎng)，需要壓裂液具有在高速剪切下保持良好的攜砂能力；

（2）大量壓裂液進(jìn)入，使地層迅速冷卻，后期進(jìn)入的壓裂液在短時(shí)間內(nèi)破膠困難，因而選用中溫+低溫壓裂液體系組合方式；

（3）粘土礦物以伊蒙混層為主，相對(duì)含量為51.6%，容易造成粘土膨脹，應(yīng)注意防膨；

（4）原油含蠟和膠質(zhì)瀝青總量約 30%，壓裂液應(yīng)具有防乳破乳功能。

2.2 壓裂液的綜合性能

2.2.1 耐溫抗剪切性能

壓裂液在80 ℃下剪切140 min時(shí)的粘度為218 mPa·s，完全滿足大型水力壓裂施工長(zhǎng)時(shí)間耐溫耐剪切的要求（壓裂液粘溫曲線見圖1）。

圖1 壓裂液粘溫曲線Fig.1 Fracturing fluid viscosity-temperature curve

2.2.2 破膠性能

壓裂液的破膠性能將直接影響壓裂液的壓后返排，是壓裂液對(duì)儲(chǔ)層造成傷害的重要因素。破膠劑的使用，有利于實(shí)現(xiàn)壓裂液凍膠在短時(shí)間內(nèi)破膠水化，加快返排速度。在滿足壓裂液攜砂性能的同時(shí)，通過(guò)實(shí)施尾追破膠劑用量，使破膠時(shí)間縮短，破膠更徹底，有利于破膠液的快速返排，減小對(duì)儲(chǔ)層的損害【3】（壓裂液在50 ℃的破膠性能見表1）。

2.2.3 破膠性能

通過(guò)降低破膠液的表面張力和油水界面張力以及增大與巖石表面的接觸角，來(lái)降低破膠液在地層流動(dòng)中的毛管阻力。同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮由于乳化造成的堵塞對(duì)儲(chǔ)層的傷害，因此評(píng)價(jià)壓裂液的破乳性能也是非常重要的【4，5】。

測(cè)試了壓裂破膠液的表面張力為25.78 mN/m，界面張力為0.86 mN/m。

2.2.4 配伍性能

該壓裂液中各種添加劑配伍性能良好，無(wú)沉淀產(chǎn)生。

表1 壓裂液的破膠性能（50 ℃）Table 1 Fracturing fluid gel breaking performance (50 ℃)

3 壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

3.1 壓裂方式的選擇

大型水力壓裂一般需要較大的施工排量，在壓裂管柱配置上要求盡量簡(jiǎn)單，以減少管柱摩阻，一般采用套管注入的方式。由于考慮到本區(qū)待壓裂井固井時(shí)水泥返高都沒到地面，經(jīng)過(guò)計(jì)算，套管抗內(nèi)壓達(dá)不到施工的要求，所以下封隔器保護(hù)上部套管，采用油管注入的方式。

3.2 泵注排量的優(yōu)選

一般在井口限壓允許的條件下，應(yīng)盡可能提高施工排量，但由于增加排量裂縫垂向延伸將增加，所以應(yīng)當(dāng)通過(guò)裂縫模擬，確保提高排量時(shí)裂縫不過(guò)度垂向延伸。

應(yīng)用三維裂縫延伸模型，模擬了不同排量下的縫長(zhǎng)與縫高的關(guān)系（見圖2），可見，排量7.0 m3/min超過(guò)以后，縫長(zhǎng)的增長(zhǎng)很小，縫高延伸加快?？紤]到管柱摩阻及壓裂液剪切等因素，確定施工排量在6.0 m3/min左右。

3.3 前置液量的優(yōu)化

前置液用量考慮兩個(gè)因素：一是對(duì)地層起到冷卻的作用；二是保證施工的安全，避免出現(xiàn)砂堵。根據(jù)本區(qū)壓裂液濾失情況，確定前置液用量體積分?jǐn)?shù)為30%～40%之間。

圖2 不同排量下縫長(zhǎng)與縫高的變化Fig.2 Different emission slit length and slit high change

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截止 2011年底，歐利坨油田累計(jì)實(shí)施大型水力壓裂5井次，其中2口井加砂規(guī)模達(dá)到100 m3，施工成功率 100%，普遍取得良好的壓裂效果，壓裂有效期明顯增加，其中歐 31-25-33井有效期長(zhǎng)達(dá)410 d，累計(jì)增油超過(guò)4 000 t，是同區(qū)塊普通規(guī)模壓裂井的4～5倍。

圖3 不同濾失系數(shù)下前置液體積分?jǐn)?shù)優(yōu)化Fig.3 Preflush volume percentage of optimization under different filtration coefficient

歐31-25-33井大型水力壓裂實(shí)例：

歐 31-25-33井是本區(qū)塊的一口開發(fā)井，油藏厚度較大，周圍無(wú)注水井，適合大規(guī)模壓裂改造。壓裂井段2 390.9～2 447.9 m，油藏中深2 419.4 m，射開37.8 m/7層，巖性為砂礫巖，設(shè)計(jì)加砂100 m3。

（1）測(cè)試壓裂情況

測(cè)試壓裂設(shè)計(jì)五級(jí)降排量方式，使用壓裂液51.8 m3，并測(cè)壓2 h。

解釋的閉合應(yīng)力為 41 MPa，近井筒摩阻 4.5 MPa，擬合后的地層滲透率為2.1×10-3μm2，綜合濾失系數(shù)2×10-3m/min。根據(jù)測(cè)試壓裂情況分析，靜壓力偏低，現(xiàn)場(chǎng)決定主壓裂時(shí)提高施工排量，由設(shè)計(jì)的6.0 m3/min提高到6.2 m3/min，同時(shí)增加前置液用量20 m3。

（2）主壓裂情況

主壓裂施工中共加入0.425～0.85 mm的中密陶粒100 m3，在不同階段使用中、低溫兩種壓裂液，施工中排量6.2 m3/min，前置液220 m3，攜砂液436 m3，頂替液 12 m3，平均砂比 22.9%，壓力54-51-70-51-58 MPa。

（3）壓后效果

本井壓前日產(chǎn)油6 t，壓后自噴生產(chǎn)，最高日產(chǎn)油35 t，自噴生產(chǎn)151 d，有效期410 d，累計(jì)增油4023 t，取得了理想的效果。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）歐利坨油田儲(chǔ)層特征為中低孔、中低滲，自然產(chǎn)能低，壓裂作為一項(xiàng)重要的增產(chǎn)措施，在區(qū)塊開發(fā)中占有重要的地位。然而常規(guī)規(guī)模壓裂存在有效期較短的問(wèn)題，因此進(jìn)行了大型水力壓裂的研究。實(shí)踐表明，大型水力壓裂在歐利坨油田取得很好的應(yīng)用效果，值得在本區(qū)推廣。

（2）根據(jù)大型水力壓裂施工工藝對(duì)壓裂液的要求，以及粘土礦物、原油物性等特點(diǎn)，優(yōu)化了適合歐利坨油田大型水力壓裂的壓裂液體系?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，壓裂液的耐溫、耐剪切、破膠等性能完全滿足本區(qū)大型水力壓裂的要求。

（3）通過(guò)大型水力壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，對(duì)壓裂方式、施工排量、前置液百分?jǐn)?shù)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保證了大型水力壓裂的順利實(shí)施。

（4）在歐利坨油田推廣大型水力壓裂的同時(shí)，還應(yīng)注重壓前儲(chǔ)層綜合評(píng)估研究，包括地應(yīng)力方位、巖石力學(xué)參數(shù)、油藏綜合評(píng)價(jià)等，提高大型水力壓裂措施對(duì)整個(gè)區(qū)塊的開發(fā)效果。

［1］ 白新宇．微生物與生物表活劑在遼河油田油井清防蠟中的應(yīng)用研究[D].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)（華東）碩士論文，2009．

［2］ 邵本東．微生物與生物表活劑在歐 31塊油井清防蠟中的應(yīng)用研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院碩士論文，2009．

［3］ 張濤．潛山裂縫性變質(zhì)巖儲(chǔ)層大型水力壓裂技術(shù)研究[D]. 大慶：大慶石油學(xué)院碩士論文，2008．

［4］ 劉圣戰(zhàn). 松遼盆地腰英臺(tái)油田整體壓裂方案研究及實(shí)施效果評(píng)價(jià)[D]. 東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)（華東）碩士論文，2007．

［5］ 謝佃和,蔣紅玲,樊時(shí)華. 生物酶技術(shù)在的鄯善油田應(yīng)用[J]. 新疆石油天然氣，2007(3):44-47.