王鵬，趙益忠，崔明月，武明鳴，蔣衛(wèi)東，郭黎明

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；2.中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東 東營 257000）

壓裂防砂技術(shù)在勝利油田低滲敏感稠油油藏的應(yīng)用

王鵬1，趙益忠2，崔明月1，武明鳴2，蔣衛(wèi)東1，郭黎明2

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；2.中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東 東營 257000）

為進(jìn)一步提高低滲敏感稠油油藏開發(fā)效果，勝利油田引進(jìn)了壓裂防砂技術(shù)。利用有限元模擬方法定量分析了壓裂防砂技術(shù)增產(chǎn)及防砂的內(nèi)在機(jī)理，明確了該技術(shù)對(duì)低滲敏感稠油油藏具有較強(qiáng)適應(yīng)性；開展了壓裂防砂施工工藝優(yōu)化，確定最優(yōu)造縫長(zhǎng)度為70 m，優(yōu)選0.425～0.850 mm陶粒作為支撐劑，合成聚合物壓裂液作為施工用液，前置液用量比為35%～45%。2013年壓裂防砂技術(shù)在勝利油田草13區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)15井次，油井投產(chǎn)初期平均單井日產(chǎn)油5.4 t，與擠壓充填防砂井日產(chǎn)油相比，單井增產(chǎn)1.8倍，能夠很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。壓裂防砂技術(shù)對(duì)于低滲敏感稠油油藏具有較強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性，可為該類油藏高效開發(fā)提供新的技術(shù)支持。

壓裂防砂；低滲；敏感；稠油；防砂機(jī)理；工藝優(yōu)化

0　引言

勝利油田低滲敏感性稠油油藏主要分布在草13、王152等區(qū)塊的沙河街組、館陶組，總體探明可動(dòng)用儲(chǔ)量達(dá)4 300多萬噸，做好該類油藏高效開發(fā)工作對(duì)于勝利油田穩(wěn)產(chǎn)具有重要的意義。但該類油藏開發(fā)動(dòng)用難度大，主要體現(xiàn)在：油層物性差（油層薄、夾層多、滲透率低、非均質(zhì)性強(qiáng)、泥質(zhì)含量高、敏感性強(qiáng)），且開發(fā)過程中易出砂［1-3］；擠壓充填等常規(guī)防砂工藝措施改造地層能力有限，防砂后普遍存在低產(chǎn)、低液等問題［4-7］，限制了該類油藏的高效開發(fā)。為此，勝利油田引進(jìn)壓裂防砂技術(shù)［8-15］，從增產(chǎn)及防砂內(nèi)在機(jī)理出發(fā)分析了該技術(shù)對(duì)低滲敏感稠油油藏的適應(yīng)性，優(yōu)化了施工工藝，并在草13塊開展了15井次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，應(yīng)用效果良好，為該類油藏開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1　增產(chǎn)及防砂機(jī)理分析

1.1增產(chǎn)機(jī)理分析

采用有限元模擬的方法對(duì)壓裂防砂井及未壓裂井井周滲流形態(tài)進(jìn)行定量分析，模擬采用的基礎(chǔ)參數(shù)均取自勝利油田草13區(qū)塊沙四段 （見表1）。以半縫長(zhǎng)80 m為例，模擬未壓裂井及壓裂防砂井井周壓力分布云圖（見圖1、圖2）。

表1　模擬所需基礎(chǔ)參數(shù)

對(duì)比圖1、圖2可明顯看出：對(duì)于未壓裂井來說，油藏壓降絕大部分都消耗在了近井區(qū)域，生產(chǎn)壓差影響區(qū)域有限，尤其是當(dāng)近井地帶存在污染時(shí)，更容易導(dǎo)致油井低產(chǎn)低液；而對(duì)于壓裂防砂井來說，人工裂縫的存在明顯改變了近井壓力分布形態(tài)，井周低壓區(qū)面積顯著擴(kuò)大，生產(chǎn)壓差對(duì)儲(chǔ)層的波及影響程度得到有效增強(qiáng)［11-15］，大幅提高了儲(chǔ)層供液能力。

圖1　未壓裂井井周壓力

圖2　壓裂防砂井井周壓力

將井眼中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，未壓裂井及不同縫長(zhǎng)壓裂防砂井沿人工裂縫縫長(zhǎng)方向、垂直縫長(zhǎng)方向的壓力分布情況見圖3、圖4。由圖可知：對(duì)于未壓裂井來說，井周存在顯著的壓降梯度，導(dǎo)致驅(qū)替能量大部分消耗在近井地帶，而油藏廣大區(qū)域并未建立起有效的驅(qū)替壓力梯度，對(duì)稠油油藏滲流非常不利；對(duì)于壓裂防砂井來說，井周壓降梯度明顯變緩，油藏廣大區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生有效的驅(qū)替壓力梯度，使得有效滲流區(qū)域顯著擴(kuò)大，進(jìn)而起到良好的增產(chǎn)效果，尤其對(duì)于近井存在污染的油井，增產(chǎn)效果更加顯著。

圖3　沿縫長(zhǎng)方向壓力分布

圖4　垂直縫長(zhǎng)方向壓力分布

1.2防砂機(jī)理分析

一方面，人工裂縫的存在可顯著緩解生產(chǎn)對(duì)地層巖石的破壞作用。原因如下：開井生產(chǎn)后，近井孔隙壓力梯度顯著增加，由流固耦合理論可知，近井壓力梯度的形成會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石骨架有效應(yīng)力的增加，當(dāng)骨架承受應(yīng)力超過其強(qiáng)度時(shí)，巖石破壞出砂，而對(duì)于壓裂井來說，其近井壓力梯度遠(yuǎn)小于未壓裂井，使得其井周巖石受力狀況得到一定改善，降低了巖石骨架受力破壞風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，人工裂縫的存在可顯著降低近井流體滲流產(chǎn)生的沖刷攜帶作用。將未壓裂井與壓裂防砂井井周最大流速進(jìn)行對(duì)比（見圖5）可知：與未壓裂井相比，壓裂防砂井井周最大滲流速度最多可降低10倍以上，井周2 m以內(nèi)區(qū)域滲流速度可降低5倍以上，從而大大降低了滲流對(duì)地層微粒及泥質(zhì)的沖刷攜帶作用，顯著降低地層出砂及泥質(zhì)堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5　滲流速度降低倍數(shù)

在上述內(nèi)在機(jī)理綜合作用下，壓裂防砂技術(shù)即可以實(shí)現(xiàn)油井增產(chǎn)，同時(shí)又可以顯著降低油井出砂隱患，延長(zhǎng)油井防砂有效期，對(duì)于低滲敏感稠油油藏具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

2　壓裂防砂工藝優(yōu)化

2.1壓裂裂縫規(guī)模優(yōu)化

采用草13區(qū)塊物性參數(shù)，對(duì)壓裂裂縫規(guī)模進(jìn)行了優(yōu)化，壓裂裂縫縫長(zhǎng)與壓裂后油井累計(jì)產(chǎn)油關(guān)系見圖6。由圖可知：隨壓裂縫長(zhǎng)增加，壓后累計(jì)產(chǎn)油逐漸增加，當(dāng)裂縫長(zhǎng)度超過70 m時(shí)，隨裂縫長(zhǎng)度的增加，累計(jì)產(chǎn)油增加趨勢(shì)顯著放緩，從投入產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)角度考慮，人工裂縫最優(yōu)長(zhǎng)度為70 m。

圖6　累計(jì)產(chǎn)油量與壓裂縫長(zhǎng)的關(guān)系

2.2支撐劑優(yōu)選

支撐劑選擇需要綜合考慮油藏閉合壓力、支撐劑導(dǎo)流能力及粒徑等因素。勝利油田草13區(qū)塊埋深介于1 250～1 450 m，油藏閉合壓力為21 MPa，由于石英砂在15～20 MPa下導(dǎo)流能力為陶粒的68%，為保證人工裂縫具有較高導(dǎo)流能力，支撐劑選用耐壓52MPa的陶粒。

另外，壓裂防砂支撐劑粒徑選擇依據(jù)為地層砂粒徑中值的4～8倍。草13沙四塊地層砂粒度中值為0.090 mm，且分選性較好，因此選擇陶粒粒徑為0.425～0.850 mm即可。

2.3攜砂液優(yōu)選

壓裂液是影響壓裂防砂施工成功率和壓后油井生產(chǎn)效果的重要因素。壓裂防砂施工用攜砂液主要從胍膠壓裂液、VES（黏彈性表面活性劑）壓裂液、合成聚合物壓裂液等3類中選擇，其中能夠滿足低滲儲(chǔ)層大排量、高砂比改造的主要是胍膠壓裂液和合成聚合物壓裂液。對(duì)上述2種攜砂液從黏溫性、敏感性方面開展評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7、圖8。從圖可以看出，合成聚合物壓裂液對(duì)于低滲敏感稠油油藏的保護(hù)性和適應(yīng)性更強(qiáng)，故優(yōu)選其作為壓裂防砂施工用液。

圖7　2種攜砂液黏溫性對(duì)比

圖8　2種攜砂液傷害率對(duì)比

2.4前置液用量比優(yōu)化

采用Meyer壓裂模擬軟件對(duì)施工前置液用量比進(jìn)行了優(yōu)化（見圖9）。由圖可知，隨前置液用量比增加，造縫長(zhǎng)度逐漸增加，當(dāng)前置液用量占總液量比達(dá)到35%～45%時(shí)，壓裂縫長(zhǎng)可達(dá)70～75 m，因此，優(yōu)化前置液用量占總液量的35%～45%，即可確保造縫長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖9　縫長(zhǎng)與前置液比的關(guān)系

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2013年，壓裂防砂技術(shù)在勝利油田草13塊實(shí)施15井次，施工排量平均為4.0 m3/min，前置液比平均為40.8%，平均砂比為27.2%，最高砂比為100%，平均單井加砂32.9 m3。壓裂防砂施工后全部采用冷采生產(chǎn)，投產(chǎn)初期平均單井日產(chǎn)油5.4 t，與擠壓充填防砂井日產(chǎn)油相比，單井增產(chǎn)1.8倍，取得了很好的開發(fā)效果。

4　結(jié)論

1）人工裂縫的存在明顯改變了近井壓力分布的形態(tài)，井周低壓區(qū)面積得到顯著擴(kuò)大，生產(chǎn)壓差對(duì)儲(chǔ)層的波及影響程度得到有效增強(qiáng)，大幅提高了儲(chǔ)層供液能力。

2）人工裂縫的存在可顯著緩解生產(chǎn)對(duì)地層巖石的破壞作用，可顯著降低近井流體滲流產(chǎn)生的沖刷攜帶作用，顯著降低地層出砂及泥質(zhì)堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

3）壓裂防砂技術(shù)即可以實(shí)現(xiàn)油井增產(chǎn)，同時(shí)又可以顯著降低油井出砂趨勢(shì)，延長(zhǎng)油井防砂有效期，對(duì)于低滲敏感稠油油藏具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

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（編輯史曉貞）

Application of fracturing sand control technology in low permeability sensitive heavy oil reservoir of Shengli Oilfield

WANG Peng1，ZHAO Yizhong2，CUI Mingyue1，WU Mingming2，JIANG Weidong1，GUO Liming2
（1.Langfang Branch，Research Institute of Petroleum Exploration&Development，PetroChina，Langfang 065007，China；2.Research Institute of Petroleum Engineering，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying 257000，China）

In order to improve the development effect of low permeability sensitive heavy oil reservoirs in Shengli Oilfield，fracturing sand control technology is introduced.In this article，first，the increasing production effect of fracturing sand control technology and sand control inherent mechanism were analyzed by means of finite-element simulation.Second，fracturing sand control process was optimized.Optimization results are as follows：the optimum fracture length is 70 m，the best proppant is 0.425-0.850 mm ceramic，the optimized liquid is synthetic polymer fracturing fluid，and the optimized prepad fluid usage is 35%-45%.Third，field test of 15 wells in Cao-13 Block in Shengli Oilfield is carried out.The average oil output is 5.4 t/d per well，which is 1.8 times as much as squeeze packing sand control method，which meets field demand.The study shows that fracturing sand control technology is targeted and suitable for the low permeability sensitive heavy oil reservoirs in Shengli Oilfield，which provides new technology support for this kind of reservoir.

fracturing sandcontroltechnology；lowpermeability；sensitivity；heavy oil；sandcontrolmechanism；processoptimization

山東省博士后創(chuàng)新項(xiàng)目“疏松砂巖儲(chǔ)層應(yīng)力及出砂界限研究”（201203017）

TE357

A

10.6056/dkyqt201602031

2015-09-01；改回日期：2016-01-12。

王鵬，男，1974年生，工程師，碩士，1997年本科畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，主要從事油氣井完井設(shè)計(jì)及研究。E-mail：wangpeng69@petrochina.com.cn。

引用格式：王鵬，趙益忠，崔明月，等.壓裂防砂技術(shù)在勝利油田低滲敏感稠油油藏的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2016，23（2）：269-272. WANG Peng，ZHAO Yizhong，CUI Mingyue，et al.Application of fracturing sand control technology in low permeability sensitive heavy oil reservoir of Shengli Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（2）：269-272.