1. 引言
页岩油是指储存在致密页岩储层中的油气资源，即泥页岩孔隙、裂缝以及层系中致密碳酸盐岩或碎屑岩邻层或夹层中的石油资源 [1]。近年来，水平井和压裂技术的发展推动了页岩油的开采，Bakken储层作为美国页岩油的主力产层，其产量从2006年的10 × 104桶/天，到2010年增长到40 × 104桶/天 [2]。Bakken油藏增产措施经历三个阶段，1987年之前，Bakken油藏采用垂直井生产，通过小型酸化和压裂增产，使得该油藏处于微裂缝发育带的部分井获得产能；1978~1991年，Bakken油藏开始采用水平井技术，但未采取压裂措施，油井的增产效果不明显；1991年~至今，由于水平井分段压裂技术的快速发展和应用，Bakken油藏油井的增产效果明显 [3] [4] [5]。压裂技术的应用是页岩油产量持续增长的重要因素，因而对于压裂施工后页岩油产量特征和施工参数对于产量的影响的研究也就显得尤为重要。
2. 油田生产特征
Charlson油田位于Williston盆地，该盆地是美国最大页岩油产区，盆地中页岩油典型主要产层包含Bakken组和Three Forks组 [6]。早期由于经济技术的限制，水平井技术还没有成型，页岩油的开发采用的是垂直井。因而获得工业油气流的垂直井较少，并且多位于页岩微裂缝发育带。
Charlson油田的开发始于1952年，但由于页岩开发的特殊性，在1955~1985年期间，Charlson油田在微裂缝发育带共计打52口垂直井，经过酸化或压裂处理，获得油气资源较好的井47口，但产量大多不高。进入21世纪之后，水平井和压裂两大技术发展突飞猛进，美国开始将这两大技术应用于页岩油藏的开发。因而，2010~2014年期间，Charlson油田的开发也进入高速开发期。在此期间，Charlson共计打了62口水平井，并全部进行了压裂处理，几乎全部获得工业油气流。
初始产量反应油藏能量大小，根据现有Charlson油田油井生产动态数据按油井初始日平均产油量最大值对油田的生产井进行分类，可分为高产井(日平均产油 > 1000桶/天)、中产井(日平均产油500~1000桶/天)和低产井(日平均产油 < 500桶/天) (如图1)。根据统计分析，Charlson油田压裂前的油井以中低产井为主，特别是低产井占的比例较高。而压裂后的油井以中高产井为主。
Figure 1. Classification diagram of single well productivity in Charlson Oilfield
图1. Charlson油田单井产能分类图
3. 油井水平井分段压裂增产
Surjaatmadia在1998年提出了将水力压裂分级的思想和概念 [7]。水平井分段压裂最早用于页岩气藏的开发，随着北美页岩气藏大规模的成功开发，天然气价格大幅下降，研究人员开始将目光转向页岩油藏。由于页岩气藏开发的成功经验 [8] [9] [10]，水平井分段压裂技术开始应用于页岩油藏的开发，并取得了较大的成功 [11]。Charlson油田中选取不同产能情况下压裂与未压裂典型井进行Blasingame图版拟合计算单井EUR (估计的最终可采储量)，结果如图2、表1所示。
根据典型井的Blasingame图版拟合的结果可以看出，Charlson油田油井的单井EUR都比较高，但目前累计产油量较少，油井的采出程度较低。Charlson油田早期打在微裂缝发育带的垂直井，其产能较高，但产量相对较低，稳产时间较长，但能够获得产量的区域有限。压裂井能够获得较高的产量，三年的累
Table 1. Statistical table of Blasingame fitting results for typical Wells
表1. 典型井Blasingame拟合结果统计表
计产量与早期垂直井十年的累计产量相当，油井短期的收益较高，但几乎不能保持高产，且早期的递减率较高。
4. 增产措施对产量的影响
由于Bakken储层最大深度仅为12150 ft，目前应用较多的是集射孔、压裂和水力封隔一体的水力喷射压裂技术。这种技术通过使用专用喷射工具产生高速流体，穿破套管和岩石，形成孔眼。然后在孔眼附近产生高于岩石破裂压力的高压，形成裂缝。压开一个层段后，拖动管柱到下一层段，依次施工压裂 [12]。这样可以实现较多段数的压裂，大大改善页岩油藏的泄油面积，从而提高页岩油藏的产量。
在压裂施工过程中，施工的参数如压裂级数、水平段长度、支撑剂的用量和最高施工压力等都会对产量有着或大或小的影响，对Charlson油田压裂施工参数进行统计，结果如图3所示。该油田的压裂级数主要分布在15~20和25~30，水平段长度主要集中在3000~5000 ft和9000~11000 ft，支撑剂的用量主要分布在小于2000千磅和3000~4000千磅，而且压裂液的用量30~70千桶。
4.1. 压裂液用量对产量的影响
图4(a)~(d)分别是Charlson油田压裂液用量与初始最大日均产油量、三个月日均产油量、累产一年日平均产油量和累积日平均产油量之间的关系。根据对比可以看出，当Charlson油田油井压裂液的用量越高时，油井的初始最大日平均产油量、三个月日平均产油量、累产一年日平均产油量和累积的日平均产油量也就越高。根据图4(a)~(d)，Charlson油田目前压裂液用量最高在80千桶左右。因而，根据上述分析，若要得到较好的压裂效果，压裂液的用量应在80千桶左右。
(a) 压裂级数分布
(b) 水平段长度分布
(c) 支撑剂用量分布
(d) 压裂液用量分布
Figure 3. Fracturing parameter statistics of Charlson Oilfield
图3. Charlson油田压裂施工参数统计
(a) 压裂液用量与初始日均产油量
(b) 压裂液用量与三个月日均产油量
(c) 压裂液用量与年日均产油量
(d) 压裂液用量与累计日均产油量
Figure 4. Diagram of fracturing fluid consumption and oil production in Charlson Oilfield
图4. Charlson油田压裂液用量与产油量关系图
4.2. 水平段长度对产量的影响
对比分析Charlson油田水平段长度与产量关系图可看出，水平段长度与产量的关系呈现两部分分布，即集中在3000~5000 ft和9000~10000 ft。若初始产量500桶/天为中高产井与低产井的分界，累产三个月日均产油量以400桶/天为中高产井与低产井的分界，累产一年日平均产油量为300桶/天为中高产井与低产井的分界，累积日平均以200桶/天中高产井与低产井的分界，则根据图5(a)~(d)统计规律依次如表2所示，水平段长度越长，对于其最大日平均产油量、累计三个月日平均产油量、年累计日平均产油量和累积日平均产油量较高的油井数较多且占比较高。因而，根据上述分析，若要得到较好的压裂效果，水平段长度应在9000~10000 ft。
4.3. 支撑剂用量对产量的影响
支撑剂的用量决定着水力裂缝导流能力的大小，同时也决定了人造裂缝的有效性 [13]。图6(a)~(d)分别是Charlson油田支撑剂用量与初始最大日均产油量、累计三个月日均产油量、累计一年日平均产油量和累积日平均产油量之间的关系。Charlson油田支撑剂用量与产量的关系主要分布在<2000千磅和3000~4000千磅两个区域。依据4.2节中的标准对产量分布统计如表3所示。在Charlson油田压裂施工时，当支撑剂用量在3000~4000千磅时，油井的初始产量、三个月日平均产油量、年日平均产油量和累积日平均产油量较高的概率较大，油井高产的概率也比较大。因而，根据上述分析，若要得到较高的压裂效果，支撑剂的用量应在3000~4000千磅。
(a) 水平段长度与初始日均产油量
(b) 水平段长度与三个月日均产油量
(c) 水平段长度与年日均产油量
(d) 水平段长度与累计日均产油量
Figure 5. Chart of horizontal section length and oil production in Charlson Oilfield
图5. Charlson油田水平段长度与产油量关系图
Table 2. Relationship between horizontal section length and oil production in Charlson Oilfield
表2. Charlson油田水平段长度与产油量关系统计表
(a) 支撑剂用量与初始日均产油量
(b) 支撑剂用量与三个月日均产油量
(c) 支撑剂用量与年日均产油量
(d) 支撑剂用量与累计日均产油量
Figure 6. Chart of proppant usage and oil production in Charlson Oilfield
图6. Charlson油田支撑剂用量与产油量关系图
Table 3. The relationship between proppant dosage and oil production in Charlson Oilfield
表3. Charlson油田支撑剂用量与产油量关系统计表
由于压裂措施的成功实施，页岩油藏的油井获得了较高的产量。根据Chalson油田压裂参数分析结果表明，并且压裂的水平段长度越长，压裂获高产量的概率相对越高，但并不是说，水平段长度越长越好。对于压裂的支撑剂和压裂液用量来说，支撑剂和压裂液用量越多，产量相对越高。对于Charlson油田油井压裂效果来说，目前压裂较好的压裂级数在25~30级，压裂段的长度主要在9000~10000 ft，支撑剂的用量主要在3000~4000千磅，而压裂液的用量在80千桶左右。因而，对于Charlson油田目前的压裂效果而言，若要得到较好的增产效果，需参考这些压裂参数的范围。
5. 结论
(1) Charlson油田压裂前油井以中低产井为主，压裂后的油井以中高产井为主，水平井分段压裂技术明显增加油井产量，但几乎不能保持高产，且早期的递减率较高。
(2) 统计分析表明Charlson油田油井常用压裂级数为25~30级；压裂液用量与产量呈一定线性关系，压裂液用量越多，产量相对越高；水平压裂段长度越长，产量相对越高，但并不是绝对的，Charlson油田水平段长度集中在9000~10000 ft，产量较高的井数较多；支撑剂用量越多，产量也相对越高，Charlson油田的支撑剂液用量主要集中在3000~4000千磅，产量高的井占比较高。
(3)根据分析，对于Charlson油田页岩油藏的后续油井压裂，施工建议为压裂级数30级左右，压裂液用量80千桶，水平段长度为9000 ft左右，支撑剂用量为3000~4000千磅，以期达到较好的压裂增产效果。