超低滲油藏油井壓裂縫高度控制時(shí)機(jī)研究

超低滲油藏油井壓裂縫高度控制時(shí)機(jī)研究

隨著發(fā)展的深入，超聲滲透油藏（滲透率小于1.0.10-3）逐漸成為鄂爾多斯盆地穩(wěn)定候選人的主要資源。這類油藏主要分布在鄂爾多斯盆地東北部和西南部的沉積系統(tǒng)前方。儲(chǔ)層巖石致密，主要由細(xì)砂巖和細(xì)砂巖組成，性質(zhì)差，壓力層高，難以建立有效壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在盆地西南緣隴東地區(qū)莊19井區(qū)長(zhǎng)8、莊40井區(qū)長(zhǎng)6開(kāi)展超前注水開(kāi)發(fā)試驗(yàn),井網(wǎng)方位NE75°.在地層壓力達(dá)到超前注水要求后,對(duì)油井進(jìn)行了壓裂改造、投產(chǎn),并應(yīng)用井下微地震技術(shù)對(duì)壓裂縫進(jìn)行了監(jiān)測(cè).井下微地震裂縫測(cè)試是通過(guò)監(jiān)測(cè)裂縫端部巖石的張性破裂和濾失區(qū)微裂隙的剪切滑動(dòng)造成的微地震信號(hào),得到裂縫空間展布特征.測(cè)試結(jié)果表明裂縫擴(kuò)展呈現(xiàn)出多種形態(tài)復(fù)雜性,以雙翼縫為主,也有單翼縫,壓裂縫方位與開(kāi)發(fā)試驗(yàn)井網(wǎng)部署方位一致,但壓裂裂縫高度嚴(yán)重失控,裂縫高度長(zhǎng)(50~260m),裂縫穿透了目的層,向圍巖延展.莊40井區(qū)超前注水3個(gè)月后,莊87-22油井射孔、壓裂,射孔段長(zhǎng)7m(1823~1830m),井下微地震監(jiān)測(cè)顯示壓裂縫縱向上延伸長(zhǎng),裂縫高度70m左右.超低滲油藏超前注水后的壓裂特征,給油田開(kāi)發(fā)者提出了一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題:超低滲透油藏油井合理的壓裂、投產(chǎn)時(shí)機(jī),即在滿足超前注水條件,如何較好控制壓裂縫高、裂縫展布,實(shí)現(xiàn)超低滲油藏的有效開(kāi)發(fā).1適應(yīng)性特征的地球積累特征地應(yīng)力對(duì)壓裂縫具有控制作用,儲(chǔ)隔層地應(yīng)力差值控制著壓裂縫在縱向的延伸,水平兩向主應(yīng)力大小對(duì)壓裂縫的延伸方向有直接的影響.1.1聲發(fā)射凱菲爾效應(yīng)法巖石的聲發(fā)射活動(dòng)能夠“記憶”巖石所受過(guò)的最大應(yīng)力,這種效應(yīng)為凱塞爾效應(yīng).利用聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)可以測(cè)量巖石曾經(jīng)承受過(guò)的最大壓應(yīng)力,是將取自現(xiàn)場(chǎng)的巖心在室內(nèi)進(jìn)行加載,用聲發(fā)射儀接收巖石受載過(guò)程中所發(fā)出的聲波信號(hào).實(shí)驗(yàn)是采用與鉆井巖心軸線垂直的水平面內(nèi),增量為45°的方向鉆取3塊巖樣,測(cè)出3個(gè)方向的凱塞爾點(diǎn)處正應(yīng)力,而后求出水平最大、最小主應(yīng)力;由與巖心軸線平行的垂向巖樣凱塞爾點(diǎn)處的地應(yīng)力確定垂向地應(yīng)力.利用聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)法對(duì)莊19井區(qū)、莊40井區(qū)進(jìn)行了地應(yīng)力大小測(cè)定.莊19井區(qū)水平最大、最小兩向應(yīng)力差在4.0~6.0MPa之間,垂向最小應(yīng)力差在2MPa左右,對(duì)壓裂縫走向控制較好,縫高難以控制;莊40井區(qū)水平兩向應(yīng)力差在3.5~5.8MPa之間,垂向最小應(yīng)力差在3MPa左右,對(duì)壓裂縫高控制較難(表1).1.2數(shù)值模擬方法開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明超前注水是特低滲油藏開(kāi)發(fā)的重要技術(shù).超前注水建立了有效壓力驅(qū)替系統(tǒng),保持較高的地層壓力,降低了因地層壓力下降造成的地層傷害,達(dá)到提高單井產(chǎn)量和最終采收率的目的.超前注水和油田開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)地層變形和流體流動(dòng)的耦合問(wèn)題.在此過(guò)程中,地層壓力發(fā)生變化,使得地層發(fā)生形變,地應(yīng)力場(chǎng)隨之發(fā)生改變.對(duì)于垂向應(yīng)力而言,由于受圍巖的影響,地應(yīng)力變化有限;而平面上沒(méi)有約束可以自由變形,因而平面應(yīng)力一般來(lái)說(shuō)受超前注水和油井生產(chǎn)的影響更大,因此,注水后地應(yīng)力場(chǎng)的變化主要體現(xiàn)在水平兩個(gè)主應(yīng)力的變化.平面地應(yīng)力場(chǎng)的變化對(duì)壓裂裂縫的動(dòng)態(tài)延伸產(chǎn)生影響,采用數(shù)值模擬方法對(duì)莊19井區(qū)注水后的地應(yīng)力動(dòng)態(tài)分布進(jìn)行了研究.應(yīng)用有限元法對(duì)應(yīng)力場(chǎng)分布進(jìn)行研究,通過(guò)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段得到某些井位上的水平地應(yīng)力數(shù)值,建立有限元模型,在整體的邊界上施加多次的應(yīng)力組合求得區(qū)域上的應(yīng)力場(chǎng)分布.在對(duì)超前注水后不同時(shí)間段地應(yīng)力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)分布研究后,認(rèn)為地應(yīng)力變化具有以下規(guī)律:超前注水和油井生產(chǎn)對(duì)儲(chǔ)層地應(yīng)力產(chǎn)生一定的影響,整體上,平面地應(yīng)力分布呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì),表現(xiàn)在水平最大和最小主地應(yīng)力的增加;地應(yīng)力增加的幅度和注水強(qiáng)度關(guān)系明顯,當(dāng)注水強(qiáng)度大時(shí),地應(yīng)力的增加幅度相對(duì)增大;隨著累積注水量的增加,注水井附近地應(yīng)力增加幅度大(2~4MPa),采油井附近,地應(yīng)力的增加幅度較小,增加幅度在0.5~3.2MPa之間(圖1).同時(shí),由于平面地應(yīng)力變化的不均衡性,導(dǎo)致局部應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變,從而導(dǎo)致壓裂縫延伸方向不規(guī)則,如單翼縫現(xiàn)象.值得注意的是,隨著注水量的增大,平面最大、最小主應(yīng)力增大明顯,垂向應(yīng)力變化雖然有限,但圍巖地應(yīng)力未變,因此,儲(chǔ)、隔層之間的應(yīng)力差減小,不利于控制壓裂縫高.因此,超前注水區(qū)地應(yīng)力的變化對(duì)油井壓裂裂縫具有重要的控制作用,因此,必須對(duì)油井壓裂時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化.2儲(chǔ)、隔層應(yīng)力應(yīng)變分析對(duì)合理的油井壓裂時(shí)機(jī),主要是通過(guò)物理模擬方法對(duì)其進(jìn)行研究.首先通過(guò)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)和測(cè)井資料的解釋,得到儲(chǔ)層和隔層的力學(xué)參數(shù),根據(jù)所測(cè)得的力學(xué)參數(shù),構(gòu)建物理模型,模擬不同應(yīng)力差作用下的油井壓裂縫特征.根據(jù)彈性力學(xué)原理,應(yīng)用三軸應(yīng)力試驗(yàn)裝置,對(duì)莊19井區(qū)、莊40井區(qū)砂、泥巖的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定(表2).莊19井區(qū)彈性模量屬于中低水平,砂、泥巖彈性模量差別不大,不利于縫高控制,且井間非均質(zhì)性較強(qiáng).莊40井區(qū)砂、泥巖彈性模量存在一定差異,但是井間差異較大.為了更準(zhǔn)確地掌握儲(chǔ)、隔層應(yīng)力大小,得到連續(xù)的巖石力學(xué)剖面,莊19井區(qū)莊61-23井進(jìn)行了5700測(cè)井,測(cè)井解釋表明莊61-23井隔層、油層平均泊松比分別為0.29和0.24,其平均剪切模量為2.0×104MPa和2.6×104MPa,巖石力學(xué)性質(zhì)差異性較小(圖2).根據(jù)儲(chǔ)、隔層巖石力學(xué)參數(shù),采用不同比例的砂、水泥做成人工模型,模擬儲(chǔ)、隔層,施加不同的應(yīng)力差,觀察能夠使人工裂縫從儲(chǔ)層剛進(jìn)入隔層的臨界應(yīng)力差.物理模擬結(jié)果表明儲(chǔ)、隔層應(yīng)力差對(duì)壓裂縫高具有控制作用:當(dāng)應(yīng)力差大于4MPa時(shí),裂縫僅在模型中部擴(kuò)展,表明4MPa的應(yīng)力差能夠有效阻止裂縫垂向擴(kuò)展;當(dāng)應(yīng)力差為2MPa,裂縫的垂向擴(kuò)展并沒(méi)有受到垂向應(yīng)力差的影響,在上、下層均得到了充分的擴(kuò)展,說(shuō)明2MPa的應(yīng)力差不能阻止裂縫的垂向擴(kuò)展(圖3).當(dāng)儲(chǔ)層與上、下隔層應(yīng)力差不等時(shí),裂縫可在應(yīng)力差較大的方向控制在儲(chǔ)層內(nèi)延伸,而另一個(gè)方向不易控制.因此,超低滲油藏油井壓裂最好在注水井未注水前,油井主要受原始地應(yīng)力的影響,裂縫展布形態(tài)、高度等參數(shù)較為理想.壓裂試油后關(guān)井,注水井投注,待地層壓力達(dá)到方案設(shè)計(jì)的地層壓力保持水平后,油井投產(chǎn),其開(kāi)發(fā)效果可能更好.3做好縫高、裂縫的壓裂研究.超低滲油藏由于巖性致密,儲(chǔ)、隔層