鄯善油田三類油層壓驅新工藝的研究與應用

王靜，蔣明，向洪，段勇成，張寧縣，鄧強

中國石油吐哈油田分公司（新疆鄯善 838299）

在三次采油技術的應用中，壓裂與驅油的組合一直是提高采收率的有效手段。吐哈油田鄯善老油區三類砂巖油層常規壓裂控制較差，由于壓裂裂縫突進問題嚴重，難以建立有效的驅替關系；同時存在非均質性較強、微觀特征復雜、孔喉半徑小、黏土礦物含量高等不利因素，常規驅油劑的作用有限[1]。雖然部分井采用驅油壓裂技術后產量有一定提高，但遞減較快、穩產時間短，開發效果并不理想。

與添加驅油劑的驅油壓裂和“注水蓄能+壓裂”不同，壓驅工藝是直接以驅油液替代壓裂液，分為兩個階段：先壓裂將一定濃度的驅油液通過裂縫注入到剩余油富集區，實現驅洗剩余油的同時補充地層能量；后加砂壓裂，建立驅洗后剩余油的流動聚集通道，以達到提高這類儲層采收率的目的。

該技術理念是由大慶油田公司先期提出，通過現場實施驗證了壓驅工藝提高三類儲層采收率的可行性，并取得了初步成功。但與大慶儲層特性不同，吐哈油田老油區三類油層物性相對更差（滲透率1×10-3～50×10-3μm2），含油飽和度更低，更主要的是水力壓裂的裂縫為垂直裂縫，又與大慶油田的水平裂縫有所區別。為了進一步提高采收率，開展了適用于吐哈油田老油區壓驅工藝的研究與應用。

1 壓驅工藝裂縫擴展及滲流機理研究

壓驅技術是實現“壓裂-滲濾-驅洗”相結合的壓裂滲濾提高采收率的技術。其主要原理是通過壓裂形成裂縫，將驅油劑經裂縫快速送至剩余油富集部位，邊壓裂造縫邊沿程上下濾失，將驅油劑快速充填到孔隙中，減少化學劑與地層之間的接觸時間和接觸距離，提高驅油效率[2]。同時，通過注入大量的驅油液可以短時間內補充地層能量，達到壓前蓄能的效果，提高和維持地層壓力，延長穩產期。

1.1 壓驅模型建立

為研究壓驅工藝裂縫起裂擴展規律及流體滲流規律，利用Abaqus 軟件的Cohesive 模塊單元，建立包含儲-隔層（邊界條件）的壓裂裂縫擴展和壓裂液滲濾數值模擬的長方體地質力學理想模型，并對儲層區域進行加密，Cohesive 裂縫擴展單元位于儲層中部，如圖1所示。

圖1 地質力學理想模型

以鄯善溫米區塊地質情況為依據，合理選擇儲層、隔層的彈性模量、泊松比、抗張強度、孔隙度、滲透率等參數（表1）。

表1 地質力學模型參數

1.2 滲流距離與壓力波及范圍模擬

壓驅工藝中壓裂液具有較高的滲濾速度，使壓裂液造縫效率變低，裂縫總體積變小。但因為濾失速度較快，其壓力較均勻波及到井筒周圍，如圖2、圖3 所示。利用壓驅模型，模擬同等規模及施工排量條件下常規壓裂與壓驅工藝的壓力波及范圍及滲濾距離（表2）。

圖2 常規壓裂和壓驅工藝壓力波及范圍對比

圖3 常規壓裂和壓驅工藝滲濾距離對比

表2 不同壓裂工藝的模擬參數及濾失量占比

從模擬結果看，相較于常規壓裂，壓驅工藝中模型的孔隙壓力縱向分布范圍變大，但由于液體滲濾范圍變大，液體效率降低，縫長變短[3]。

2 影響因素分析

機理研究表明濾失距離與裂縫長度是制約壓驅效果的關鍵因素，為了更好地優化壓驅新工藝的施工參數，分別對地層影響因素以及工程影響因素進行分析，計算對造縫半長和濾失距離的影響權重。

2.1 地層影響因素

2.1.1 彈性模量

設置儲層彈性模量（1.0～3.0 GPa），研究儲層彈性模量對裂縫半徑和壓裂液最大滲濾距離的影響。

隨著儲層彈性模量的增加，裂縫半長非線性增大，壓裂液最大滲濾距離增加，彈性模量繼續增加，最大滲濾距離增加減緩，如圖4 所示。這是由于隨著彈性模量的增加儲層巖石脆性增加，導致巖石更容易被壓開，因此儲層彈性模量越大越容易造縫，裂縫半長越長[4]。而隨著彈性模量的增加，導致巖石可壓縮性降低，使得儲層滲透率不容易因壓縮而降低，從而增加了濾失距離，但受儲層基質滲透率的限制，濾失距離增加減緩。

圖4 彈性模量對裂縫參數的影響

2.1.2 滲透率

設置不同儲層滲透率（20×10-3～40×10-3μm2），研究儲層滲透率對裂縫半長和壓裂液最大滲濾距離的影響。隨著滲透率的增加，裂縫半長逐漸縮短，壓裂液最大滲濾距離增大，如圖5 所示。這是因為滲透率越高，壓裂液滲濾量越大，水馬力利用效率越低，裂縫的擴展受到限制，進而導致改造體積減小，而儲層的滲透率直接影響液體的濾失，導致更多壓裂液滲入地層，增加了最大滲濾距離。

圖5 滲透率對裂縫參數的影響

2.2 工程影響因素

2.2.1 施工排量

施工總液量不變，設置不同的施工排量（1～5 m3/min），研究施工排量對裂縫半長和壓裂液最大滲濾距離的影響[5]。隨著施工排量的增加，裂縫半長增加較緩，最大滲濾距離線性增加，如圖6所示。這是因為當施工排量增大時，裂縫端部較大的壓力沿壓力梯度傳遞到裂縫尖部，使得壓裂裂縫不斷延伸，然而流體黏度及受巖體骨架強度的限制，此時其內部的壓力增加量不足以使裂縫產生快速擴展，因此裂縫長度擴展較為緩慢。而濾失速度與驅動液體的壓差線性相關，較大的施工排量，導致裂縫內液體壓力與地層壓力的差值逐漸增大，進而壓裂液的最大滲濾距離顯著增加。

圖6 施工排量對裂縫參數的影響

2.2.2 壓裂液黏度

設置不同的液體黏度（1～5 mPa·s），研究壓裂液黏度對裂縫半長和最大滲濾距離的影響。

隨著壓裂液的黏度增大裂縫半長逐漸減小，如圖7 所示，這主要是由于黏度的增加實質上是降低了壓裂液在裂縫中的流動性，阻力增加導致壓力損失增加，裂縫尖端的壓力降低，進而限制裂縫的延伸。隨著壓裂液黏度的增加，最大滲濾距離減小。這是由于黏度增加，降低了壓裂液滲濾速度，進而導致壓裂液滲濾距離減小。

圖7 壓裂液黏度對裂縫參數的影響

2.2.3 施工注入液量

施工排量不變，不斷提高施工注入液量，分別記錄不同注入液量數據（2 000～6 000 m3），研究注入液量對裂縫半長和最大滲濾距離的影響。隨著注入液量的增加，裂縫半長持續延伸，此時累計滲濾距離繼續增加。這主要是因為隨著注入量的增加，用于壓裂造縫的液量增多，因此裂縫半長持續延伸，最大滲濾距離也會持續增加，但受限于儲層基質滲透率，濾失距離增加會減緩。

2.3 影響因素權重分析

利用熵權法對造縫半長的5 個因素進行評價，得出對裂縫半長影響由強到弱的順序是：儲層巖石彈性模量、驅油液黏度、儲層滲透率、施工注入液量和施工排量，見表3。對濾失距離的5個影響因素進行評價得出由強到弱的順序為：儲層巖石彈性模量、施工注入液量、施工排量、儲層滲透率和驅油液黏度，見表3。

表3 影響因素的權重

2.4 最優施工方案參數

通過地質力學模型，以裂縫半長和滲濾距離為特征值，模擬5 個因素兩兩組合的施工參數優化版圖，根據數值模擬結果和施工參數優化版圖，結合因素權重分析給出了適合鄯善老油田壓驅工藝的最優施工方案參數，見表4。施工排量與施工液量決定了施工規模，驅油液黏度決定了添加驅油劑藥品的濃度。

表4 優化施工方案參數

3 壓驅工藝的應用

壓驅技術思路提出后，2019年12月和2020年1月在鄯善油區邊部選取了2口有采無注井WX16-4和S16-7 開展先導試驗，兩井分別位于鄯善油田西四塊和溫米區塊，開發層系均為侏羅系三間房組，周圍均沒有注水井能量補充，初期產水產油高，但遞減速度較快。

兩井的采收率均較低，截至施工前WX16-4 井采收率僅12.03%，日產液2.57 m3，日產油0.5 t，含水76.3%，施工前該井已經停產；S16-7 井處于低產液階段，日產液0.3 m3，日產油0.22 t，含水率12%。

采取先驅油補能后加砂壓裂的設計方式，結合優化施工方案參數，同時應用前期室內巖心實驗評價形成的HLX 驅油體系，考慮地層吸附損耗后，現場按0.3%質量分數混配驅油液施工注入，施工參數具體見表5、表6。

表5 WX16-4井壓驅注采施工參數

表6 S16-7井壓驅注采施工參數

目前WX16-4 井已連續穩產120 d，日產液19.62 m3，日產油2 t左右，累計產油超過150 t；S16-7 井也已初見成效，兩井的成功初步證實了壓驅采油技術在老油田特別是提高三類油層采收率的可行性。油田將繼續開展多井次試驗，以形成適合老油田提高三類砂巖油層采收率的壓驅技術體系。

4 結論

1）壓驅工藝是實現壓裂-滲濾-驅洗相結合的壓裂滲濾提高采收率的技術，采取先驅油補能后加砂壓裂設計方式，是提高老油田“薄注厚采、有潛力無能量”三類油層采收率的可行方法。

2）相較于常規壓裂，壓驅工藝孔隙壓力縱向分布范圍變大，但液體滲濾范圍變大，液體效率降低，壓裂縫長變短。

3）對裂縫半長影響由強到弱的順序是：儲層巖石彈性模量、驅油液黏度、儲層滲透率、施工注入液量和施工排量；對滲濾距離影響由強到弱的順序為：儲層巖石彈性模量、施工注入液量、施工排量、儲層滲透率和驅油液黏度。