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1、低渗透油藏整体压裂设计内容和设计方法摘 要 在低渗透油田的开发过程中，压裂技术成为低渗透油气田开发的主导工艺，在设计思想上也由单井增产措施的优化向区块压裂方案的优化、整体改造开发方案的优化发展。迄今为止，低渗透油藏压裂技术已伴随着整体压裂技术的发展而进入到一个新的阶段，朝着优化支撑剂、提高压裂液效率、大型整体优化压裂设计的方向发展。本文介绍了整体压裂的基本特征及设计原则，详细介绍了整体压裂设计的内容及方法，并用G43断块油藏的整体压裂研究进行的整体压裂设计内容的说明。关键字 低渗透，整体压裂，水力压裂，优化设计随着我国石油勘探和开发程度的深入，低渗透油田储量所占比例愈来愈大。低渗透油田的高效开
2、发对迎接石油工业面临着严峻的挑战、缓解石油供需矛盾有着重要的作用。在低渗透油田开发方面，相当多的油井采不出、注入井注不进，形成低产低效的半瘫痪状态。同时相当多的低渗透油田储量仍然难以动用。油层水力压裂作为低渗透油藏改造的主要措施，随着对压裂技术在认识上的深化，进入八十年代中、后期，在设计思想上有了新的突破：把原来的以单井产量或经济净现值为准则的单井优化设计扩展为以油藏（区块）作为总体单元、以获得最大的油藏经济净现值或采收率（扫油效率和波及系数）为准则的整体压裂优化设计。油藏整体压裂的工作对象（工作单元）是从全油藏出发，就是将压裂缝长、缝宽、导流能力与一定延伸方位的水力裂缝置于给定的油藏地质条件
3、和注采井网之中，然后反馈到油藏工程和油田开发方案中，从而优化井网、井距、井数及布井方位，以取得好的开发效果和效益。上述研究成果从整体压裂方案的基础上再做单井的优化压裂设计；通过方案设计实施与评价，全面提高油藏的开发水平与经济效益。从这个意义上来说，水力压裂已从一项单纯提高单井产量的战术手段，而发展成为经济有效地开采低渗透油藏不可或缺的战略措施，故整体压裂又称油田开发压裂。制定低渗透油藏整体压裂方案不仅是编制采油工程方案所必需的，也是油田开发（或开发调整）方案的重要组成部分1。1 整体压裂概述1.1 基本特征与单井压裂比较，油藏整体压裂具有以下四方面特征：(1) 它立足于油藏地质、开发现状与开发
4、要求，从宏观上对全油藏压裂作出规划部署，用来指导规范每一单井压裂的优化设计与现场施工；(2) 它以获得全油藏最大的开发与经济效益为目标，强调水力裂缝必须与注采井网达到最佳的匹配关系，在注水开发条件下提高全油藏的最终采收率。(3) 它是一项系统工程。需由多学科的渗透融合并与工程上各项配套技术进步相辅相成。(4) 它由研究、设计、实施与评价四个主要环节组成。四个环节不断循环深化。1.2 设计基本原则整体压裂优化设计应满足以下基本原则：(1) 最大限度地提高单井产量，以达到油田合理开发对产量的要求；(2) 最大限度地提高水驱油藏波及体积和扫油效率，以达到最高的原油最终采收率；(3) 合理设置压裂参数
5、、努力节省工程费用，最大限度地增加财务净现值和提高经济效益2。以上三个方面互相密切关联，要综合考虑、统筹安排、合理配置。整体压裂要做多种方案指标的计算，经过综合分析对比，优选出最佳的配置方案和工程参数。在总体压裂优化设计方案的指导下，再编制单井的工程设计方案。整体设计不仅是当前作出裂缝与油藏的最佳配置方案，而且要有压裂后的评估技术，以便对设计是否达到了预期目的和效果进行检验和评价。1.3 基本内容油藏整体压裂经十余年的发展应用，至今已经形成了一套较为完善的技术体系。可表述为：(1) 压前油藏综合评价；(2) 压裂材料的评价优选；(3) 整体压裂方案的优化设计；(4) 水力裂缝的测试诊断；(5)
6、 压后的效益评价。1.4 方案设计报告完成整体压裂方案设计后，形成一份完整的技术报告，应含有以下主要内容：(1) 油藏地质、开发、完井与工程条件的详尽描述。该油藏进行整体压裂的必要性与可行性的论证。有利与不利条件的分析，其中的技术关键及其解决途径。(2) 明确的设计依据与准确的设计参数。(3) 优选压裂材料性能的评价结果。(4) 经优化获得的裂缝几何尺寸与施工规模（压裂液与支撑剂用量）。(5) 优化的泵注参数与压裂方法。(6) 预期可以实现的开发指标（产量、采油速度、采出程度、扫油效率）。(7) 预期可望获得的最大经济效益。(8) 现场实施要点与质量控制要求。2 整体压裂设计内容下面就分别介绍
7、一下整体压裂设计的各项内容并用G43区块油藏的压裂实例来进行说明。2.1 压前油藏综合评价2.1.1 压前油藏综合评价内容及方法水力压裂作为一项低渗透油藏改造措施，其直接对象是油藏。因此，整体压裂设计的第一项工作便是全面了解油藏地质特征，建立整体压裂的地质模型，使整体压裂设计建立在较为可靠的地质基础上。通过对油藏地质，就地应力场、开发与完井条件的综合分析研究，为方案设计提供必需的油藏背景材料，采集并确认准确可靠的设计参数，为制定方案做好准备，列出不同参数组合的数组，使其能够覆盖油藏的整体特征。主要的评价方法有：(1) 常规静态资料分析；(2) 岩心实验室试验；(3) 非常规的专项测试；(4)
8、现场试井、试油与试采。2.1.2 实例分析G43区块为3条断层控制形成的单斜断块，主力产层为沙河街组沙一段下部和沙河街组沙三段，油层中深3100m，岩性以细砂岩为主，平均渗透率63.110-3m2，为中孔、中低渗、中等厚度储层。该区平均地层压力为28.5MPa，地温梯度为3.3hm-1，属正常温度压力系统；饱和压力较低（1.8MPa），溶解气油比低（7.5m3t），基本不会发生溶解气驱，计算的弹性采收率仅为2.8%。为保持地层能量，采用人工注水开发，井距230m，经注水量调整测试初步确定人工裂缝方向5560，注水井井排方向为60左右。进行室内试验分析3。1) 原油物性试验分析表明，该区沙一段和
9、沙三段地面原油黏度分别为263.53mPas和634.51mPas，胶质沥青质质量分数分别高达46.33%和53.32%，易与压裂液发生乳化而堵塞储层孔喉，降低压裂效果。2) 敏感性试验对G43区块岩心进行了敏感性试验，结果表明：该区为无速敏、无-弱碱敏、中等偏弱-极强酸敏、弱-中等偏弱水敏。虽然储层为弱水敏，鉴于该区为特低渗透油藏，在压裂设计时，应注意黏土膨胀对压裂效果的影响。3) 岩石力学试验岩石力学试验结果可以看出，储层岩石的弹性模量值一般在1.01041.6104MPa，泊松比为0.120.20，具有较强的弹塑性特征，易造成支撑剂嵌入。根据以上的试验及分析可以初步确定出整体压裂技术设计
10、原则：(1) G43区块注采井距仅为230m，为避免沟通注水井造成水窜，应适当控制压裂规模和裂缝长度。(2) 区块原油黏度较高，胶质沥青质较重，为避免压裂液与原油的乳化作用而降低压裂增产效果，可在前置液前加降黏液。(3) G43区块为中孔、中低渗储层，压裂设计应以提高裂缝导流能力为主；同时，区块泥质质量分数较高、地层塑性强，支撑剂选择上应采用大粒径支撑剂，或大粒径与中等粒径组合支撑剂技术，来缓解支撑剂嵌入严重的问题，提高裂缝的导流能力。(4) 适当调整胍胶质量浓度和施工排量，达到不用降滤剂降低滤失目的，以满足储层对导流能力的要求。(5) 优化的压裂液体系需具有携砂性能好、摩阻低等特点，以满足大
11、陶粒、大排量施工要求。同时，压裂液还需具有低残渣的特点，以尽量减小对裂缝和地层的伤害。(6) 加强压裂后返排，尽可能减小压裂液对地层的伤害。2.2 压裂材料的评价优选2.2.1 压裂材料分类及优选标准水力压裂的压裂液与支撑剂是技术实施的基本材料。压裂材料的选择主要为选择适合所要压裂的地层和压裂施工的压裂液与支撑剂而进行的优化研究工作。对压裂液优选的基本准则平衡压裂液的流变性、滤湿性与压裂液伤害等诸因素的关系，达到能按设计安全施工和最大限度地减少对支撑裂缝与储集层的伤害，使压后获得最大净现值。压裂支撑剂优选的目的是取得与低渗油层优化匹配的支撑缝导流能力。利用典型曲线或在油藏模拟上计算压后增产量与
12、采收率，然后用经济模型确定支撑剂及其导流能力的选择4。1) 压裂液压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液。压裂液起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用。选择和制备压裂液应考虑岩石、储层及所含流体的物理和化学性质以及施工作业过程中的技术和经济要求5。压裂液按泵注顺序和所起的作用不同可分为清孔液、预前置液、前置液、携砂液和替置液。其中，携砂液是完成压裂作业，评价压裂液性能的主体液。按配制材料和液体性状分类可分为水基、油基、乳化、泡沫、醇基压裂液，表面活性剂胶冻和浓缩压裂液等。其中水基压裂液适用于各类储层，是发展最快、最全面的一种压裂液体系。压裂液的评价与优选离不开油藏地质条件、压裂
13、工艺与压后增产的要求。评价与优选压裂的方法是：(1) 依据油藏温度、压力、岩性、物性、敏感性分析（以水敏为主的减敏、酸敏和速敏分析）、地下原油性质、地质水类型及矿化度等储层特性，确认选用压裂液类型及其所属的温度段。(2) 在此前提下，结合压裂工艺要求完善或重新研制新的压裂液配方。(3) 对诸多压裂液配方进行实验室性能试验评价，检验它们对储层的伤害。(4) 从上述评价试验结果中选出最优化的压裂液。(5) 现场试验应用，再次改进提高，直至完成油藏整体压裂的任务1。2）支撑剂压裂支撑剂的作用在于充填压开的水力裂缝，使之不再重新闭合并在储层中形成一个具有高导流能力的流动通道。显然，支撑剂的类型、物理性
14、质及支撑剂在裂缝中的铺置浓度是整体压裂方案设计中的重要环节，也是保证压后增产，提高油藏开发水平的关键。支撑剂按其力学性质可分为两大类：一类是脆性支撑剂，如石英砂、玻璃球等，特点是硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎；另一类是韧性支撑剂，如核桃壳、铝球等，特点是变形大，承压面积随之加大，在高闭合压力下不易破碎。目前矿场上常用的支撑剂有两种：一是天然砂；二是人造支撑剂（陶粒）。此外，在压裂中曾经使用核桃壳、铝球、玻璃球等支撑剂，由于强度、货源和价格等方面的原因，现多已淘汰6。支撑剂的优选应以实验室评价结果为依据，针对油藏储层条件与工艺要求优选出能产生最大压裂效益的支撑剂。(1) 优选支撑剂的地质条
15、件。压裂设计人员必须掌握不同类型、不同粒径尺寸支撑剂的性质及其使用极限。结合给定的地质条件（闭合压力，岩石硬度，温度与压裂目的层物性等），选用现有工程条件（压裂液性质，泵注设备等）能够安全泵送，压后能够获得较高初产与稳产的支撑剂。(2) 优选支撑剂的经济考虑。支撑剂在压裂中总是一项必须的支出，需要认真衡量。在优选支撑剂类型后，应对其可望产出的效益做出经济评价，最终予以确认。2.2.2 实例分析1) 压裂液体系优选根据G43区块的储层特征、流体性质和整体压裂技术要求，采用胍胶压裂液体系，提出性能要求如下：(1) 体系必须为中高温配方，耐温120以上；(2) 液体造缝性能良好，基液黏度大于60mP
16、as；(3) 交联后冻胶具有良好的抗温、抗剪切性能，能适应长时间（120min）高砂比、大粒径支撑剂压裂施工的要求，120、170 s-1条件下剪切120 min压裂液体系黏度不低于100mPas；(4) 储层低孔、低渗，要求压裂液体系低伤害、易返排，常温破胶液表面张力低于30mNm-1；(5) 原油胶质、沥青质质量分数高，压裂工作液体与原油配伍性差，容易形成高黏W/O型乳状液导致乳化堵塞，需优选破乳助排剂。通过单剂优选、配方体系性能评价，优选了2套低伤害配方体系，交联比均为0.45%（体积比）。0.5%HPG+2%KCl+0.5%BA1-13+1.0%BA1-5+0.5%BA1-26+0.15%Na2CO
