Dual-well simultaneous fracturing technology for horizontal wells of Mahu tight oil reservoir

玛湖致密油田是国内增储上产重要领域^[1]。玛湖四井平台位于准噶尔盆地中央坳陷玛湖凹陷北斜坡区，油藏类型为受构造、岩性控制的岩性-构造油藏。开发层位为三叠系百口泉组二段，储层岩性主要为灰色、灰绿色砂质细砾岩，含砾粗粒岩屑砂岩，其次为不等粒岩屑中细砂岩。4口水平井分别以A1、B1、A2、B2命名，完井井口为KY105/78-65，采用Ø127 mm×11.1 mm TP110V/TP125 V套管固井完井。4口水平井垂深2 484~2 601 m，水平段长1 450~1 585 m，平均油层钻遇率93.3%，测井解释平均甜点钻遇率 81.1%，其中Ⅰ类油层平均厚度295 m，Ⅱ类油层平均厚度617 m，Ⅲ类油层平均厚度303 m。解释油层孔隙度9.9%~11%，渗透率2×10⁻³~3.491×10⁻³ μm²，平均含油饱和度56%。4口井的储层特性存在差异，但单井水平段长度、钻遇率、物性相近，可保障双井同步压裂施工同步进行。

双井同步压裂是用1套压裂车组对2口井同时进行压裂的作业方式。在北美二叠纪盆地2个独立平台共计8口水平井进行双井同步压裂技术应用，较传统增产方式施工效率至少提高了55%，减少了压裂泵车使用数量并大幅度降低了整体完井成本^[2]。双井同步压裂现场采用1套机组和2套桥塞射孔作业泵送队伍对2口井同步进行桥射作业。现场统一供水供砂，4口井按照“双井同步压裂+拉链作业”的模式，在A组(A1、A2)井压裂时，B组(B1、B2)井同时射孔，然后对A组与B组井进行拉链作业。双井同步压裂与传统压裂施工流程对比如表1所示。

根据油藏地质情况，确定储层改造设计原则。以 “密切割、高强度、缝尖干扰” 为改造核心理念，采用桥塞分段压裂和等孔径射孔枪弹组合保证施工成功率以及改造规模。压裂液采用免配制变黏压裂液体系，降低液体成本。针对初期排量提高困难的改造段，采用酸处理和低砂比段塞工艺，确保快速达到设计排量。

双井同步压裂平台分段分簇，在簇间距一致的条件下减少段间距和单段簇数，在加砂强度和单孔排量一致的条件下，降低单段施工排量，提高液砂比，增加单井段数，确保储层改造效率。在保持加砂强度和单孔排量一致、用液强度和簇数相当的情况下，玛湖四井平台双井同步压裂方案设计总段数110段，段间距48.2 m；总簇数220簇，即每段2簇，簇间距24.1 m。通过压裂软件优化不同加砂规模下的裂缝参数，确定裂缝半长为100 m左右，主体加砂规模为35 m³/簇。支撑剂使用承压等级不小于28 MPa的石英砂，前置液采用40/70目石英砂，主支撑剂采用20/40目石英砂。现场使用变黏滑溜水体系，采用高黏造缝、低黏段塞和变黏连续携砂的泵注程序。拉链压裂方案和双井同步压裂方案设计如表2所示。

根据玛湖区域的压裂施工特点，需要对现场的供水系统、仪表指挥系统、高低压系统、桥射队伍进行部署和优化。对4口及以上井的多井平台采用1套压裂车组同时进行2口井压裂作业。由于地层非均质性，不具备2口井自行分流注入的能力，因此，2口井的高压设备需要独立分开，并通过1台仪表车实现2口井的同时指挥，优化后的地面流程如图1所示。施工现场使用1套供水系统、1套仪表指挥系统、2套高、低压系统和2支桥射队伍。优化后单车组排量由12 m³/min增至16 m³/min，即每口井排量为8 m³/min。现场使用4台电动撬+13台压裂泵车，支撑双井同时施工。

Figure 1.  Surface equipment layout of the dual-well simultaneous fracturing site

玛湖四井平台双井同步压裂历时11 d，共完成110段压裂施工，单日最高施工14段，共泵入压裂液125 189 m³、支撑剂7 360 m³，单日最大泵注液量15 311.1 m³、支撑剂960 m³。双井同步压裂相比于传统拉链作业完井时间以及日均施工段数均有显著提高，由表3可以看出，在同等水马力条件下，相对4井和5井平台拉链作业，双井同步压裂完井时间缩短45%，日均施工效率提高70%；日均入井液量分别提高150%、11%，日均入井砂量分别提高72%、2%；单车组日均入井液量分别提高88%、96%，单车组日均入井砂量分别提高41%、99%；日均泵注时间分别提高49%、41%，日均泵注时间占比最高达到65.8%，日均泵注时间显著增加。层间完全转换时间显著缩短，双井同步压裂施工110段只需57次同步层间转换，转换层间总时间最短，平均层间完全转换时间仅0.93 h，同比拉链作业平均层间完全转换时间分别降低60%、34%。综上，对比传统拉链作业，双井同步压裂能有效提高压裂施工效率。

多井同步压裂时，2口井水力裂缝之间的应力干扰促使复杂缝网的形成，从而可获得更高的单井产量^[3-5]。玛湖四井平台双井同步压裂后的井在邻井已经转抽的情况下仍旧在自喷，由图2可以看出，双井同步压裂井最高日产油量18 t。

Figure 2.  Reservoir stimulation performance comparison between dual-well simultaneous fracturing and conventional zipper fracturing in the same block

对玛湖四井平台的2口井(A1和B1)在2种作业模式下的缝网改造体积进行了模拟，结果如图3所示，可以看出，传统拉链式压裂每段裂缝扩展不均匀，但双井同步压裂每段裂缝扩展均匀，同等加砂规模下支撑面积提高12.6%~15.5%。对改造后的产量模拟发现，双井同步压裂后一年期单井累产液、累产油量均比拉链式压裂高14.8%~19.3%，如表4所示。从模拟结果可以看出，双井同步压裂对于增加水平井改造体积具有较大的促进作用, “密切割、高强度、缝尖干扰” 的改造思路有助于增大改造规模，形成更加复杂的缝网。

Figure 3.  Simulated fracture networks of zipper fracturing and dual-well simultaneous fracturing

施工同步是指在双井同步压裂施工中配对的2口井同时起停工作，是双井同步压裂的一个重要指标，图4展示了双井同步压裂的各段同步情况，其中相同颜色标记的为同时起停段。双井同步压裂共110段，有52段(26次)同时起停泵，非同步58段，整体同步率47.3%。

Figure 4.  Synchronization performance of dual-well simultaneous fracturing in four-well pads of Mahu

该平台压裂未同步的原因包括地质、工程和设备因素。首先，4口井地质情况存在差异，其中A1井穿过了300 m泥岩段，造成4口井分段分簇不统一并导致了16段未同步；其次，有的井段因施工压力过高需要进行挤酸、泡酸等操作，或压力突增引起加砂困难，额外施工操作导致的时间差造成了22段未同步；第三由于混砂车、泵车、分流撬、井口液动阀、测井设备和供水系统等设备的维护造成了20段未同步。从这次施工同步情况可以看出，双井同步压裂施工还有巨大的提升空间，只要减少由于工程和设备导致的未同步段数量，就能够更大地提高施工效率。

施工压力曲线是压裂施工情况的重要指示，在此次双井同步压裂施工中，由压力突增导致的未同步段有22段，占总未同步段的38%；共出现压力突增段50段63次，占比45.5%。分析认为，压力突增原因：(1)该井区裂缝起裂主要为砾岩裂缝扩展，与常规砂岩剪切破坏不同，砾岩裂缝存在纵向劈裂破坏和剪切破坏多种模式，裂缝扩展形式主要有止裂、偏转绕行、穿砾及裂纹被砾吸附等，砾石的屏蔽作用会使裂缝遇砾石受阻，从而形成复杂扩展延伸路径，导致施工压力突增^[6-7]；(2)水力裂缝穿过泥岩段导致施工压力突增；(3)射孔孔眼堵塞导致施工压力突增。

和同区块邻井作业相比，双井同步压裂作业时施工压力突增概率较大。表5给出了该区块水平井压裂施工过程中压力突增次数以及所占比例，施工压力突增不仅会影响压裂施工效率及施工安全，还会造成材料消耗增加。双井同步压裂较常规压裂有着更少的射孔簇，在两簇射孔施工模式下，射孔孔眼堵塞可能是造成施工压力突增的主要原因。

在双井同步压裂施工过程中，除了出现因压力突增导致的耗时耗液外，也出现了总计12段的压力突降，共计突降15次，占总段数的10.9%。造成这种情况的主要原因为：(1)桥塞失封和移位导致液体流入其他压裂段内造成压力突降；(2)在冲蚀作用下，压裂液冲开了原先被支撑剂所堵塞的流动通道；(3)有新裂缝产生，形成了新的流动通道。其中瞬间压降大于10 MPa的情况有10段，占总压力突降段数的83.3%，此种情况可认为是桥塞失封或是移位导致的压力突降。

双井同步压裂在玛湖四井平台的成功实施，达到了“降排量、减车组”的目的。从实施效果看，特别是从单车日均注入液量和砂量分析，施工排量降低，车组利用效率提高，单日改造段长增加。同时，在水力压裂裂缝缝间干扰作用下形成了更加复杂的缝网和更大的改造体积，增加了油井产量。较传统拉链式压裂，在减少施工时间和施工成本的同时，还能达到更好的储层改造效果。

但从目前的实践来看，双井同步压裂技术还存在一些问题。首先，分段内射孔簇数与压力突增的关系尚不明确。压力突增是影响施工效率及施工安全的重要因素，也是造成材料消耗的重要原因，要继续评价2簇与多簇跟压力突增的关系，确定玛湖致密油双井同步压裂施工最佳射孔方案。结合地质工程一体化方法，明确双井同步压裂技术增产机理，形成配套提产设计优化方法、压后评估方法以及双井同步压裂技术模板。

其次，压裂设备是双井同步压裂施工的核心，关键核心设备是混砂车，接下来现场需要升级改造混砂车，使单台混砂设备具备两套独立排出系统，以达到同一低压系统双井同步压裂的目的。同时，未来还需深化单台仪表设备，使其具备两套独立数据采集和智能操作系统，单套高、低压管汇橇具备两套独立高、低压管汇施工流程。

第三，双井同步压裂技术适用于4口以上多井平台，最好单井水平段长度、钻遇率、物性相近，施工效率和产量才能有所保障，这意味着在布井和钻井方案设计时就要考虑到后续开发的需要。双井同步压裂技术实施还需要油田各单位从源头推进，加速双井同步压裂工艺在国内的落地和实施，助力国内非常规油气资源的开发。

(1) 玛湖四井平台双井同步压裂实践为下一步规模应用提供了成功经验。双井同步压裂作业在提高作业效率、降低运行成本的同时，还能通过井间和段间的应力干扰形成更加复杂的缝网，形成更大的储层改造体积，提高油井产量，是未来国内非常规储层高效经济的压裂改造工艺。

(2) 玛湖四井平台双井同步压裂施工过程中施工同步率受到地质因素、工程设计和设备维护因素的限制，下一步应评价射孔簇数与压力突增的关系，优化双井同步压裂射孔方案，降低施工难度保障施工安全，进一步提升施工效率。

(3) 未来需深化研究双井同步压裂单台混砂设备具备2套独立排出系统、单台仪表设备具备2套独立数据采集和智能操作系统、单套高低压管汇橇具备2套独立高低压管汇施工流程3种关键装备研究。结合地质工程一体化方法，明确双井同步压裂技术增产机理，形成配套提产设计优化方法、压后评估方法以及双井同步压裂技术模板。加速双井同步压裂工艺在国内的落地和实施，助力国内非常规油气资源的开发。