趙金洲 何弦桀 李勇明 石 彥 劉進(jìn)軍

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南石油大學(xué)) 2.新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠)

稠油油藏作為一種特殊類型的油藏，已經(jīng)成為重要的勘探、開發(fā)對(duì)象。稠油具有高密度、高黏度、流動(dòng)性差等特點(diǎn)。因而，長期以來對(duì)于稠油油藏的開發(fā)并沒有考慮采用壓裂增產(chǎn)措施[1-6]。二次加砂壓裂技術(shù)通過改變巖石的力學(xué)狀態(tài)、壓裂液的流動(dòng)路徑，可較好地控制縫高，擴(kuò)展裂縫寬度，克服了常規(guī)壓裂裂縫導(dǎo)流能力不足的缺點(diǎn)[7-9]。因此，可以考慮采用二次加砂壓裂技術(shù)開發(fā)稠油油藏。應(yīng)用FracproPT壓裂軟件對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地東部X井區(qū)已進(jìn)行過二次加砂壓裂的油井展開分析，優(yōu)化了二次加砂比例、停泵時(shí)間、施工排量和加砂量等參數(shù)。

1 二次加砂壓裂增產(chǎn)機(jī)理

二次加砂壓裂是在壓裂中把總砂量分為兩批加入。在加入第一批砂之后，停泵一段時(shí)間，待支撐劑下沉、裂縫閉合，再開泵加入第二批砂進(jìn)行壓裂。這樣沉降下來的第一批砂可以在水力裂縫的底部形成阻抗，并使井筒周圍的應(yīng)力重新分布；在加入第二批砂時(shí)，裂縫在垂直向上的延伸就受到了阻礙，從而迫使裂縫沿長度和寬度方向擴(kuò)展，讓支撐劑能夠有效地鋪置在產(chǎn)層中，形成一條較寬的高導(dǎo)流能力裂縫。

對(duì)于稠油油藏壓裂，二次加砂壓裂具有以下優(yōu)點(diǎn)[10]：

(1) 在裂縫尖端形成阻抗，控制裂縫高度，避免其穿入水層。

(2) 增加縫內(nèi)凈壓力，擴(kuò)展裂縫寬度，從而大幅度提高縫內(nèi)有效鋪砂濃度和裂縫導(dǎo)流能力。

(3) 減小砂堵幾率，提高施工成功率，增長壓裂有效期。

2 二次加砂壓裂模擬計(jì)算

X井區(qū)壓裂層位厚度6.5～20 m，平均11.8 m；孔隙度16.6%～21.1%，平均18.7%；滲透率8.1×10-3～38.4×10-3μm2，平均21.3×10-3μm2；加砂量10～20 m3，平均16.4 m3；施工排量2.8～3.5 m3/min，平均3.23 m3/min；結(jié)合實(shí)際施工參數(shù)，應(yīng)用FracproPT壓裂軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，所得裂縫幾何形態(tài)如表1所示。

表1 X井區(qū)二次加砂壓裂裂縫幾何形態(tài)

X井區(qū)共有13口井實(shí)施了二次加砂壓裂，施工成功率100%，壓后有效率100%，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該區(qū)塊壓后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裂縫參數(shù)范圍為縫長30～35 m，縫高20～25 m，縫寬5～7 mm，F(xiàn)racproPT軟件模擬的結(jié)果與其擬合度較高，說明使用FracproPT軟件可以很好地對(duì)二次加砂壓裂進(jìn)行模擬。

3 二次加砂壓裂與常規(guī)壓裂對(duì)比分析

使用FracproPT軟件對(duì)X8井分別進(jìn)行二次加砂壓裂模擬和常規(guī)壓裂模擬，得到不同的壓后裂縫幾何參數(shù)，如表2所示。裂縫延伸過程中，動(dòng)態(tài)裂縫幾何形態(tài)隨時(shí)間的變化如圖1～圖3所示。

X8井基本參數(shù)為：產(chǎn)層厚度13 m，產(chǎn)層滲透率8.1×10-3μm2，孔隙度17%，加砂量15 m3，施工排量2.8 m3/min，前置液總量35 m3，攜砂液總量53.5 m3，頂替液總量12.4 m3。

表2 X8井兩種壓裂方式裂縫幾何參數(shù)對(duì)比

對(duì)比結(jié)果表明，二次加砂壓裂裂縫較常規(guī)壓裂長度明顯減小，寬度明顯增加，高度略微減小。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因在于二次加砂過程中，砂堤不斷增高，受砂堤的影響，過水?dāng)嗝婷娣e減小，流動(dòng)阻力增加，壓降梯度大，同時(shí)砂堤的存在使得裂縫垂向延伸困難。

圖1為動(dòng)態(tài)裂縫長度隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線，可以看出，二次加砂壓裂動(dòng)態(tài)裂縫長度小于常規(guī)壓裂，并且在二次加砂過程中縫長延伸較慢；圖2表明二次加砂壓裂動(dòng)態(tài)裂縫高度略低于常規(guī)壓裂，并且在二次加砂過程中縫高增加緩慢；從圖3可以看出，二次加砂壓裂動(dòng)態(tài)裂縫寬度大于常規(guī)壓裂，并且在二次加砂過程中縫寬拓展迅速。

4 二次加砂壓裂參數(shù)優(yōu)化分析

使用FracproPT軟件對(duì)X12井分別進(jìn)行二次加砂比例、停泵時(shí)間、施工排量和加砂量等參數(shù)的模擬分析，以優(yōu)化二次加砂壓裂施工參數(shù)。

X12井基本參數(shù)為：產(chǎn)層有效厚度14 m，產(chǎn)層滲透率52.7×10-3μm2，孔隙度21.1%，加砂量20 m3，施工排量3.5 m3/min，前置液總量43.5 m3，攜砂液總量70 m3，頂替液總量12 m3。

4.1 二次加砂比例分析

二次加砂壓裂中兩批支撐劑占支撐劑總量的比例不同會(huì)得到不同幾何形態(tài)的裂縫，從而影響裂縫導(dǎo)流能力及增產(chǎn)效果?，F(xiàn)將第一次加砂量與總砂量的比值定義為一次加砂比例；將第二次加砂量與總砂量的比值定義為二次加砂比例。

改變二次加砂比例，應(yīng)用FracproPT軟件計(jì)算得到不同二次加砂比例下壓后裂縫幾何形態(tài)參數(shù)，如表3所示。

表3 不同二次加砂比例下的裂縫幾何形態(tài)參數(shù)

從表3可以看出，隨著二次加砂比例的增大，支撐縫長呈減小趨勢(shì)，且當(dāng)二次加砂比例為0.6時(shí)，達(dá)到最小值，隨后會(huì)隨著二次加砂比例的繼續(xù)增加而增大；支撐縫高隨著二次加砂比例的增大而呈減小趨勢(shì)，且當(dāng)二次加砂比例為0.6時(shí)，達(dá)到最低值，隨后支撐縫高會(huì)隨著二次加砂比例的繼續(xù)增加而增大；平均支撐裂縫寬度隨二次加砂比例的增大而呈上升趨勢(shì)，且當(dāng)二次加砂比例超過0.6之后，上升趨勢(shì)逐漸減弱。

因此，為了有效控制縫高、獲得短而寬的高導(dǎo)流能力裂縫，二次加砂比例取0.5～0.6范圍為宜。

4.2 停泵時(shí)間分析

分別取停泵時(shí)間為20 min、40 min、60 min、80 min，應(yīng)用FracproPT軟件模擬計(jì)算,得到壓后裂縫幾何形態(tài)，見圖4～圖6所示。

從圖4可以看出，裂縫長度隨著停泵時(shí)間的增加而呈增大趨勢(shì)。圖5表明，裂縫高度隨停泵時(shí)間的增加而呈上升趨勢(shì)。從圖6可以看出，隨著停泵時(shí)間的增加，裂縫寬度呈減小趨勢(shì)。

因此，為了獲得較寬的高導(dǎo)流能力裂縫，停泵時(shí)間在30 min左右是最佳的。

4.3 施工排量分析

分別取施工排量為2 m3/min、2.5 m3/min、3 m3/min、3.5 m3/min、4 m3/min、4.5 m3/min，應(yīng)用FracproPT軟件模擬計(jì)算，得壓后裂縫幾何形態(tài)，見圖7～圖9所示。

從圖7～圖9可以看出，隨著施工排量的增加，裂縫長度、高度和寬度均呈增大趨勢(shì)。然而，為了控制縫高、獲得較寬的裂縫，又必須要合理控制排量，因此建議施工排量范圍在3.5～4 m3/min。

4.4 加砂量分析

分別取加砂量為15 m3、20 m3、25 m3、30 m3，應(yīng)用FracproPT軟件模擬計(jì)算，得壓后裂縫幾何形態(tài)，見圖10～圖12所示。

由圖10和圖11可以看出，隨著砂量的增加，裂縫長度和高度呈減小趨勢(shì)，這是由于砂量過多導(dǎo)致端部脫砂。圖12表明二次加砂壓裂裂縫寬度隨砂量的增加而呈增大趨勢(shì)。因此，為了獲得一定縫長且較寬的高導(dǎo)流能力裂縫，加砂量在20～25 m3最佳。

5 結(jié) 論

(1) FracproPT軟件能夠很好地模擬二次加砂壓裂裂縫幾何形態(tài)，其運(yùn)算速度快、精度高，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)壓裂模擬需要。

(2) 與常規(guī)壓裂相比，二次加砂壓裂所形成的裂縫短而寬，導(dǎo)流能力更高。

(3) 通過對(duì)X井區(qū)的二次加砂壓裂參數(shù)優(yōu)化分析，認(rèn)為二次加砂比例控制在0.5～0.6、停泵時(shí)間設(shè)定在30 min左右、施工排量在3.5～4 m3/min、加砂量控制在20～25 m3時(shí)，可以最大限度地提高二次加砂壓裂增產(chǎn)效果。

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