致密油水平井体积压裂攻关试验区单井产量主控因素分析

李卫成，叶 博，张艳梅，郝炳英，张居增，马文忠

(中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018)



致密油水平井体积压裂攻关试验区单井产量主控因素分析

李卫成，叶 博，张艳梅，郝炳英，张居增，马文忠

(中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018)

针对长庆油田W233试验区内北部水平井持续自喷高产、单井日产油量和井均累计产油量远高于南部的问题，从地质、压裂工艺两方面开展南、北区水平井差异性分析，结果表明：大厚度、优质烃源岩是北区持续高产的资源基础，高溶解气油比是水平井自喷的关键因素；高排量、大入地液量增大了储层改造体积，是持续高产的首要条件，大量支撑剂进入缝网系统是高产的必要条件；“大排量、大砂量、大入地液量”体积压裂理念在试验区得到成功运用。

长庆油田；水平井体积压裂；W233井区；单井产量

1 试验区概况

随着常规油气勘探效果变差，占资源总量80%以上的非常规能源逐渐引起关注[1-2]。致密油是一种非常规石油资源，有效地勘探开发致密油资源对于国家的能源安全具有非常重要的意义[3]。长7油层组是鄂尔多斯最主要的致密油发育层系,在常规压裂改造技术条件下，该层工业油流井平均单井试油产量5.8 t/d，试采产量仅 0.6～0.9 t/d，面临动液面下降快、产量递减快的困境[4]。为了有效提高长7油层组单井产量，深入评估国外成熟的水平井体积压裂储层改造方式在长7油层组的适用性，2011年至2012年，中国石油在长庆油田W233井区开展了致密油水平井体积压裂改造攻关试验。试验区内10 口井水平段均为1 500 m，试油日产量平均为 119 t，试采初期日产量均在10 t以上，平均达 14 t，是常规方法试油高产井初期产量的7倍。随着试采进程深入，南、北区单井产量差别日益加大，截至目前( 2016 年 3 月)，北区4口井一直保持自喷生产，平均单井日产油量为13 t，南区6口井日产油量不断降低，目前平均单井日产油量为4.5 t。本文通过开展南、北区水平井差异性分析，希望找出北区水平井长时间持续自喷高产的主控因素，为后续致密油的规模、高效开发提供指导。

鄂尔多斯盆地是一个整体沉降、坳陷迁移的大型多旋回克拉通盆地，中生代晚三叠纪延长期为其主要沉积期。按沉积旋回将延长组地层从上到下划分为10个油层组(长1～长10)[5]。长7期是湖盆最大的扩张期，湖水深、水域广，分为3个次一级沉积期。长73期湖盆面积最大，浊积砂体不发育，发育一套有机质丰度高、这套烃源岩类型佳的优质烃源岩层[6]，生烃膨胀作用十分显著,产生强大的超压,是石油初次运移的最主要动力[7]。长72、长71期浊积砂体分布面积广，厚度大[8],在强大超压作用下，烃类对邻近油源的砂体呈面状充注，致使长7砂体含油普遍，资源基础雄厚,具备展开攻关试验的价值。W233试验区位于盆地西南部，目的层长72层紧邻长73烃源岩层，区内平均油层厚度11.2 m，孔隙度10.1%，渗透率0.16×10-3μm2，属于致密油范畴[9、10]。

2 单井产量主控因素分析

王永卓等[11-14]研究认为，同一区块单井试油及开发产量主要受油层厚度、渗透率、加砂量、砂比、生产压差以及原油黏度和供油半径的影响，归纳起来就是地质、压裂工艺及开发技术政策三个方面。试验区试采阶段基本采取准自然能量开发, 南区6口井从开始就下泵投产,后期开发参数没有大的调整,北区4口井没有试油抽汲过程,直接放喷排液、求产，试采开始至今油嘴大小都没有调整过，总体来说，试采产量跟开发技术政策关系不大，主要与前两者有关。南、北区水平井区块相距约13 km，区域地质特征基本相同，都采用同样的体积压裂方式，主要在烃源岩、地层流体特征及压裂工艺参数方面有较大差别。

2.1 烃源岩

烃源岩是成藏的物质基础，优质烃源岩是特低渗致密储层富集的主控因素[15]。鄂尔多斯盆地长 7 烃源岩可划分为黑色页岩和暗色泥岩两种类型。黑色页岩有机质纹层发育，有机质类型为Ⅱ1型和Ⅰ型，TOC 平均值为 13.81%；暗色泥岩有机质类型为Ⅱ1型和Ⅱ2型，TOC 平均值为 3.75%[16]。黑色页岩就是优质烃源岩，有更好的生油能力。统计表明北区烃源岩厚度平均为24.5 m，南区平均为18.6 m，尤其是北区的黑色页岩厚度达23.6 m，南区只有11.4 m，北区生烃优势明显。在微裂隙排烃模式下，排烃不存在厚度上的限制[17]。相同的区域排烃条件下,北区烃源岩有机质丰度高，生烃量大，生烃增压作用强烈，幕式排烃模式下，排烃周期更短，相同时间内充注进入与其接触的砂岩孔隙中的总烃量也越多,这是北区持续高产的资源基础。

2.2 地层流体特征

高压物性数据显示北区溶解气油比高于南区，而密度低于南区(表1)。地层原油中溶解气油比越高，密度越低，则黏度越小，流体流动阻力越小[18]。同样的路径条件下，北区石油从远处流向井底更容易，一定时段内流经缝网系统，聚集到井筒中的石油更多。地层原油密度越低，同样深度井筒中的石油对井底产生的压力越小，相同的井底压力下，北区的油井更容易持续自喷。

2.3 压裂工艺

表1 试验区高压物性分析数据

所谓体积压裂是指在水力压裂过程中，通过特殊的工艺措施使天然裂缝扩张，脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝交织的裂缝网络，从而达到增加储层改造体积，提高产量和采收率的目的[19]。体积压裂在北美致密油开发中经过了实践的检验[20]，充分证实了其对于类似致密储层的良好改造作用。在前期长7直井致密油活性水体积压裂试验获得成功的基础上，W233井区水平井全部采取与之相同的压裂方式进行储层改造，但具体压裂参数不同(表2)。相关性研究表明，排量、砂量、砂比、入地液量、存地液量与试采产油量有密切关系。

2.3.1 排量

体积压裂需要较大的排量，较高的净压力，开启天然裂缝，形成缝网系统[21]。结合鄂尔多斯盆地致密储层天然裂缝发育特征及地应力特征，王晓东等[22]研究认为采取6.0 m3/min排量基本能够满足天然裂缝开启所需的净压力，但为了产生更多的横向分支缝，需进一步提高排量，增加缝内净压力，且随着排量提高，带宽明显增大。南区6口水平井压裂施工排量为6.0～6.3 m3/min，北区4口水平井排量为7.5～15.0 m3/min。井下微地震监测结果显示，南区平均单段带宽76 m，北区平均单段带宽达116 m。北区的大排量压裂增加了缝网带宽，必然增大储层总改造体积，是持续高产的首要因素之一。

表2 试验区水平井压裂数据

2.3.2 砂量

为了使地层中造成的裂缝在停泵后不至于闭合，要在缝内填上支撑剂，试验区用的支撑剂是石英砂。一般加砂量越大,压裂效果越好[23]。大砂量是致密油体积压裂改造显著特点之一。全区10口井平均加砂量为868.3 m3,北区4口井加砂量都超过1 000 m3，有2口井已接近1 500 m3；南区6口井中只有S10井加砂量超过1 000 m3,其它井的加砂量还不及北区的一半。统计结果显示，加砂量与产油量具有正相关关系，时间越长，相关性越好(图1)，大量支撑剂进入缝网系统，有效防止缝网闭合，保持更好的导流能力是北区高产的必要条件。

图1 砂量与试采1年时的单井产量关系

2.3.3 砂比

活性水黏度低、滤失大，导致其携砂能力差。用活性水作为压裂液进行施工时砂比的选择具有一定的局限性, 一般低于15%[24]。压裂缝参数相近的情况下，缝内支撑剂浓度愈高,裂缝闭合后导流能力愈大[25]。南、北区水平井压裂施工砂比差别较大，南区6口水平井砂比为8.5%～10.6%，北区4口水平井砂比为13.7%～14.3%，明显高于南区井。砂比与试采各时段日产油量相关性分析表明，砂比与产油量具有一定的正相关关系。北区高砂比充填保证了压后形成的缝网系统依然具有高渗流能力，是持续高产的必要条件。

2.3.4入地液量

国内外试验发现，累计注入液量是影响改造体积重要因素，主裂缝带长与注入液量成正比例关系[26]。北区4口井的入地液量都超过了10×104m3，其中的S7井入地液量接近1.4×104m3。南区除了S10入地液量超过了1.6×104m3，其它井几乎是北区的一半(表2)。井下微地震监测结果显示南区平均半缝长为219 m，北区平均半缝长360 m。进一步证实了北区水平井的高入地液量增加了主裂缝带长，提高了改造体积，是高产的另一关键因素。南区的S10井是试验区入地液量最高的井，初期产量高于其它井，也在一定程度上反映了入地液量对于水平井日产油量的控制作用。入地液量与试采初期、试采一年后日产油量的良好正相关关系也充分证明了这一点(图2、图3)。

图2 入地液量与水平井初期日产量关系

图3 入地液量与水平井一年后日产量关系

3 结论与认识

(1)烃源岩是北区持续高产的资源基础。高溶解气油比使北区原油密度降低，黏度变小，流动更容易，是北区水平井自喷生产的关键因素。

(2)北区的高排量、大入地液量增加了压裂形成的缝网带宽和缝长，增大了储层总改造体积，是持续高产的首要因素。有限的高砂比之下，充填大量的支撑剂于压后的缝网系统中，使之保持良好的导流能力,是北区持续高产的必要条件。

(3)北区水平井的持续高产为国内致密油的规模开发起到技术引领作用，“大排量、大砂量、大入地液量”的体积压裂理念是提高类似致密油藏单井产量的关键。

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编辑：王金旗

1673-8217(2016)06-0111-04

2016-08-01

李卫成，工程师，硕士，1971年生，2005年毕业于中国石油大学(华东)矿业普查与勘探专业，现主要从事储层综合研究方面工作。

国家重大基金项目“中国非常规油气储层分类与典型地质模型建立”(41390451)。

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