重復壓裂技術發(fā)展現狀分析研究—大學畢業(yè)論文范文模板參考資料

1、重復壓裂發(fā)展現狀分析摘要：重復壓裂技術是低滲透油田增加單井產量確保油田穩(wěn)產提高經濟效益的重要措施。論文詳細分析和研究了原有裂縫失效的可能原因、重復壓裂的造縫機理；提出了重復壓裂的選井選層原則、重復壓裂的工藝技術特點和相應措施；提出了堵老縫壓新縫的重復壓裂技術，介紹了重復壓裂在國內外的應用現狀，結合國內外重復壓裂的現場應用情況分析了壓裂效果及存在的難題，從中明確了低滲透油田重復壓裂技術的發(fā)展趨勢。關鍵詞：重復壓裂；機理；現場應用；效果分析。目 錄1 緒論11.1 水利壓裂技術發(fā)展現狀31.2 水力壓裂新工藝和新技術52 重復壓裂的涵義及其機理分析92.1 重復壓裂涵義92.2 重復壓裂機理102

2、.2.1 閉合壓力變化102.2.2 重復壓裂裂縫張開平面的方位102.2.3 重復壓裂最優(yōu)時間確定112.2.4 裂縫失效原因112.2.5 重復壓裂評估112.2.6 重復壓裂選井選層的原則123 重復壓裂技術應用效果分析143.1 現場應用143.1.1 rangely 油田143.1.2 阿南油藏153.1.3 安塞坪橋油田163.2 應用效果分析163.3 存在的問題174結論與建議184.1 結論184.2 建議18參考文獻191 緒論水力壓裂技術經過了近半個世紀的發(fā)展，特別是自80年代末以來，在壓裂設計、壓裂液和添加劑支撐劑、壓裂設備和監(jiān)測儀器以及裂縫檢測等方面都獲得了迅速的發(fā)展

3、，使水力壓裂技術在縫高控制技術、高滲層防砂壓裂、重復壓裂、深穿透壓裂以及大砂量多級壓裂等方面都出現了新的突破?，F在水力壓裂技術作為油水井增產增注的主要措施，已廣泛應用于低滲透油氣田的開發(fā)中，通過水力壓裂改善了井底附近的滲流條件，提高了油井產能，在美國有30%的原油產量是通過壓裂獲得的國內低滲油田的產量和通過水力壓裂改造獲得的產量也在逐漸增加，水力壓裂技術的最優(yōu)實施和關鍵性技術的突破，將給石油工業(yè)帶來不可估量的前景。水力壓裂技術自發(fā)展半個多世紀以來，為增加油氣井產量、提高油氣田開發(fā)水平作出了不可磨滅的貢獻。但不是所有的壓裂措施都能達到預期的增產效果，許多油氣井壓裂以后增產效果不理想甚至沒有增產效

4、果，其中一個重要原因就是壓裂過程中壓裂本身對油氣層造成了損害。因此有必要對壓裂過程中的裂縫損害進行研究并找出相應的解決措施。水力壓裂過程中存在的損害主要包括粘土膨脹與顆粒運移損害、機械雜質引起堵塞損害、支撐裂縫導流能力的損害等。所以，要提高壓裂效果，可以從改進壓后裂縫導流能力和提高裂縫壁面附近地層的滲透率兩個方面入手，這就是要進行水力壓裂復合酸化技術研究的依據。酸液體系是否合理是能否消除壓裂液對裂縫壁面及支撐劑層損害的關鍵因素，因此也是水力壓裂復合酸化技術能否取得成功的關鍵。本文對己有的幾種酸液配方分別進行壓裂液傷害的解堵效果實驗，篩選出最合理有效的酸液配方，并進行了對地層的酸化效果評價和對支

5、撐劑層的解堵效果評價。經分析對比表明，通過實驗篩選出的合理的酸液配方能較好的改善裂縫壁面附近地層的滲透率和支撐裂縫的導流能力。通過酸液處理后，如果返排徹底，其導流能力可以恢復到裂縫初始導流能力。同樣水力壓裂技術自應用以來，已被證明是一項行之有效的增產工藝技術，但是，隨著壓裂井(層)的開發(fā)生產，第一次產生的水力裂縫會逐漸失去作用，因此必須進行重復壓裂來提高油氣井的產量，以保證油氣藏實現增產穩(wěn)產的開發(fā)目標。所謂重復壓裂是指同層的第二次或更多次的壓裂。早在50年代，國內外就已開始進行重復壓裂，在美國將近30%的壓裂屬于重復壓裂，我國則更普遍一些。受當時技術與認識水平的限制，一般認為，重復壓裂是原有水

6、力裂縫的進一步延伸或重新張開已經閉合的水力裂縫，且施工規(guī)模必須大于第一次壓裂作業(yè)的24倍，才能獲得與前次持平的產量，否則，重復壓裂是無效的。到了80年代中、后期，隨著油氣價格的變化和現代水力壓裂技術的發(fā)展，國外(主要是美國)又將重復壓裂作為一項重要的技術研究課題，從重復壓裂機制、油藏數值模擬、壓裂材料、壓裂設計、施工等方面進行研究攻關，獲得的主要認識有：(1)重復壓裂的水力裂縫方位可能與第一次形成的裂縫方位有所不同，即重復壓裂可能產生出新的水力裂縫；(2)重復壓裂應重新優(yōu)選壓裂材料；(3)對于致密氣藏，重復壓裂設計的原則是增加裂縫長度，對于高滲透性氣藏，則應提高裂縫的導流能力。這些研究成果獲得

7、了現場證實，如美國在阿拉斯加的kuparukriver油田在380口生產井中重復壓裂了185口，壓后采油指數平均提高了2倍，取得了非常好的增產穩(wěn)產效果。目前我國主要油田已進入中、高含水期的開發(fā)階段，重復壓裂作為老油田綜合治理、控水穩(wěn)油的重要組成部分，急需以技術進步來克服我國重復壓裂成功率低、增產量低、有效期短、科研落后于現場施工等被動局面。本文結合了勝利樁74斷塊油藏的特點，研究了不同含水期低滲透油藏的重復壓裂技術。借助復壓前油藏評估和水力裂縫診斷，對原有水力裂縫失效原因、潛力所在、改進途徑進行了研究論證，提出高砂液比進行重復壓裂的技術路線；使用油藏模擬、水力裂縫模擬研究了不同含水階段對重復壓

8、裂后產油量和產水量增長幅度的影響及重復壓裂設計；在先進實驗室的支持下選擇了適用于兩油藏的重復壓裂材料；并在兩油藏的8口井(層)上開展了重復壓裂現場試驗，取得了較好的效果，其中在勝利樁74斷塊的3口試驗井，復壓8個月后已累計增產原油4251.0t，獲得166.9萬元的經濟效益。這些初步研究成果將進一步推動重復壓裂技術研究，對注水開發(fā)老油田綜合治理，實現控水穩(wěn)油具有重要意義。水力壓裂技術是有效開發(fā)低滲透油氣藏必不可少的主要技術措施，但經過水力壓裂后的油氣井，在生產過程中由于種種原因可能導致水力裂縫失效對這類油氣井很自然就會采取重復壓裂措施以保證油氣藏穩(wěn)產增產、提高油氣田采收率。早在五、六十年代國內

9、外就開展了大量的重復壓裂實踐，但由于重復壓裂開展的理論研究工作遠遠落后于現場要求，使重復壓裂缺乏必要的、科學的、系統的理論指導，導致大量的重復壓裂作業(yè)沒有取得理想的效果主要表現在施工成功率低、增產效果差、增產有效期短，部分重復壓裂甚至無效。我國許多油氣田在投入開發(fā)初期就普遍進行了壓裂改造，獲得了很好的開發(fā)效果。目前多數主力油氣田都已進入開發(fā)中后期，重復壓裂作為老油氣田綜合治理的技術措施，是急待解決的重大課題。本文從原有裂縫失效的可能原因與重復壓裂的系統評估技術、重復壓裂裂縫延伸方式及判斷方法、重復壓裂的選井選層原則與方法以及重復壓裂裂縫延伸模擬方法等方面系統進行了研究，對于指導和實施重復壓裂具

10、有重要意義。1.1 水利壓裂技術發(fā)展現狀水力壓裂就是利用地面大功率高壓機泵組，以大大超過地層吸收能力的排量將高粘液體注入井中，隨即在井底憋起高壓而劈開地層形成裂縫；繼續(xù)注入液體，促使裂縫延伸擴張，而后將帶有支撐劑的液體注入地層。這樣停泵卸壓后即可在地層中形成具有一定長度、一定寬度和高度的填砂裂縫。由于壓裂形成的裂縫有很高的導流能力，有效地改善了油氣層的滲流條件，為流體提供了很好的滲流通道，降低了流體滲流阻力，從而大幅度提高油、氣、水井的產液、產氣量或吸水能力。隨著油田開發(fā)水平的提高，水力壓裂技術越來越受到人們的重視。水力壓裂自1947年在美國堪薩斯州胡果頓氣田試驗成功以來經過50多年的發(fā)展，不

11、僅已成為油氣井增產、水井增注的重要技術措施，而且是油藏整體開發(fā)的重要組成部分和評價認識儲層的重要方法。近年來，水力壓裂己廣泛用于調整油氣層開采中的三大矛盾、提高注水效果和加快油氣田的開發(fā)速度等領域。此外，它可用于極低滲透率氣田的開發(fā)，使本來沒有工業(yè)價值的氣田成為具有相當工業(yè)儲量和開發(fā)規(guī)模的大氣田。如今，水力壓裂技術在裂縫模型、壓裂井動態(tài)預測、壓裂液、支撐劑、壓裂施工設備、應用領域等方面均取得了驚人的發(fā)展。壓裂液方面：目前，國內壓裂液已形成系列，品種達30多種，常見的水基壓裂液，占90%，泡沫壓裂液占約10%，油基壓裂液使用很少。90年代，研制出了延遲交聯技術和新型膠囊破膠劑技術，從而研制出低傷

12、害壓裂液，但如前所述，硼酸鹽交聯壓裂液溶具有10%20%的傷害率，這對于低滲透油層乃是十分有害的，于是國外一些公司有相繼研制出新型無傷害壓裂液。這類壓裂液的最大特點是不含聚合物綢化劑，或綢化劑濃度極低。如液態(tài)co2壓裂液就是用100%的純液態(tài)co2，它具有返排徹底、無殘渣、對地層無傷害等特點。再如粘彈性表面活性劑基壓裂液不含聚合物而是含有一種從長鏈脂肪酸得來的基胺鹽，這種壓裂液也具有不需要破膠劑，壓后返徘徹底、無傷害等特點。自進行大規(guī)模水力壓裂以來，壓裂液無論從單項添加劑研制、整體壓裂液配方體系的形成、室內研究儀器設備和方法以及現場應用工藝技術等均發(fā)生了重大變化，特別是20世紀90年代以來，壓

13、裂液體系研究趨于完善，在壓裂液化學和應用工藝技術方面又取得了許多新的突破，并在現場應用中發(fā)揮了重要作用。支撐劑方面：近年來，中等強度和高強度支撐劑發(fā)展較快，與石英砂形成了支撐劑系列，可滿足不同目的的壓裂要求。中等強度的支撐劑有樹脂包層石英砂。樹脂包層支撐劑是70年代末研究出來的，80年代發(fā)展完善，目前己代替燒結鋁鋇土支撐劑。它有兩種：固化和預固化。固化砂在地層溫度下固結，這對于防止壓后裂縫吐砂和防止地層出砂有一定效果；預固化砂則是在地面上已形成完好的樹脂薄膜包囊，它的優(yōu)點是：樹脂薄膜包囊起來的砂子，增加了粒間的接觸面積，提高了抵抗閉合應力的能力；樹脂薄膜可將壓碎的砂粒小塊、粉砂包囊起來，減少了

14、微粒的運移與堵塞孔道的機會；樹脂包層砂總的體積密度比高強度人造支撐劑要低，便于懸浮，降低了對攜砂液的要求。支撐劑回流一直是困擾油氣采輸的難題之一，也是支撐劑發(fā)展急需解決的問題。近年來，國外包膠支撐劑及支撐劑回流控制技術得到了不斷完善和發(fā)展。近期支撐劑的技術進展是：a雙涂層技術；b部分固化支撐劑：c吠喃樹脂包層支撐劑；dhtl-pcp支撐劑系統；e支撐劑返排控制技術；f支撐劑的優(yōu)化設計。壓裂監(jiān)測技術的發(fā)展：近幾年來，各種壓裂監(jiān)測設備和監(jiān)測技術都得到了較大的發(fā)展。裂縫高度檢測方法包括井溫測量法和放射性同位素示蹤法。裂縫方位和幾何尺寸的主要檢測方法是在裸眼井中下井下電視測量、微地震測量、無線電脈沖測

15、量等方法對裂縫進行探測，通過傳送系統在地面進行實時顯示，根據圖像觀察和分析裂縫的方位和幾何形態(tài)。裂縫模型的發(fā)展：壓裂設計模型是綜合巖石斷裂力學和固液兩相流體力學、傳熱學等模擬水力裂縫幾何形狀和參數，由壓裂設計模型編制的壓裂設計軟件己普遍應用于所有油田的壓裂施工。目前國內外己提出許多種復雜程度不同的模型來預測裂縫的幾何形狀，大致可分為二維模型、擬三維模型、真三維模型。從二維模型到真三維模型，假設條件依次變寬，而求解的復雜度卻呈幾何級遞增，當然模擬實際壓裂的準確性也越來越高。在國外，80年代以前，壓裂設計使用的主要是二維軟件，進入90年代后，擬三維壓裂設計軟件的使用率達到了80，全三維軟件和二維軟

16、件各為10%左右，世界各主要石油服務公司已廣泛應用擬三維壓裂設計軟件，而且己擁有比較成熟的全三維軟件。目前，全三維軟件由于所需的很多參數無法準確確定和需要較高檔的計算工具(工作站)及較長的計算時間，所以在礦場上還沒有普遍使用，而主要用于評價擬三維設計軟件的精確程度和一些復雜井層的施工設計。論文下節(jié)將對主要的壓裂模型作簡單介紹?？p高控制技術的發(fā)展：壓裂過程中，當油層為薄油層或上下遮擋層為弱應力層時，壓裂裂縫可能會穿透生產層進入遮擋層，達不到壓裂效果，嚴重時甚至連通含水層造成水竄，從而導致壓裂失敗。因此近幾年來，國內外對縫高控制技術進行了廣泛的研究。目前的主要方法有：建立人工隔層控制縫高；非支撐劑

17、液體段塞控制縫高；調整壓裂液密度控制縫高；冷水水力壓裂控制縫高。高砂比與端部脫砂壓裂技術：由于壓裂液和支撐劑的性能得到改善和提高使高砂比壓裂和端部脫砂壓裂成為80年代末期發(fā)展起來的兩項新的壓裂工藝技術。高砂比壓裂技術是指提高地面砂液比，使支撐裂縫的支撐劑鋪置濃度增加，以提高裂縫導流能力，增加水力裂縫的流通面積，降低流體在水力裂縫中的流動阻力。一般把裂縫內單位面積的砂濃度大于10kg的壓裂稱為高砂比壓裂。70年代后期，由于新型聚合物的發(fā)展以及儲存、傳輸、混合、泵送及計量裝備的發(fā)展，使以提高縫內支撐劑濃度為目的的高砂比壓裂迅速發(fā)展起來，第一次高砂比壓裂作業(yè)的設計及施工是1976年在墨西哥州blac

18、o油田地層深度1524-1829m的一口井上進行的。目前，實驗及研究己證明高砂濃度支撐裂縫在提高裂縫導流能力方面具有很大的潛力。而端部脫砂壓裂技術是1987年由smith等人首次提出，它是一種非常規(guī)的壓裂技術，當裂縫達到預定的縫長時，前置液全部濾失完，這時在裂縫端部將發(fā)生脫砂(即砂堵)，裂縫凈壓力急劇升高，迫使裂縫在寬度方向上發(fā)展，以獲得比常規(guī)壓裂寬幾倍至幾十倍的支撐裂縫，從而大幅度提高裂縫導流能力。該技術在疏松地層的壓裂防砂、中高滲透地層壓裂和老井重復壓裂中得到了廣泛的應用。目前，國內外高砂比與端部脫砂壓裂技術還沒有系統化、成熟化。1.2 水力壓裂新工藝和新技術1）高壓水旋轉射流技術：高壓水

19、旋轉射流技術是利用井下可控轉速的自振空化發(fā)生器產生低頻水力波、高頻振蕩沖擊波和空化超聲波三種物理作用，對近井地層進行直接深穿透處理，徹底清除儲層堵塞，疏通油流孔道，從而提高處理深度和處理效果，使油水井恢復生產。該技術具有效率高、成本低、無污染等優(yōu)點，是適用于低滲油田油水井增產增注的新型工藝技術。（1）基本原理高壓水旋轉射流解堵工具主要由井下過濾器、扶正器、旋轉控制器和自振空化噴射器組成。整套工具用油管下至待處理目的層，處理液通過水泥車打壓經單向閥、過濾器后進入旋轉發(fā)生器，產生多股徑向高壓水射流。噴頭上沿四周分布四個風琴管噴嘴，其中兩個傾斜動力噴嘴噴出側向射流產生旋轉力矩，驅動噴頭旋轉，兩個徑向

20、噴嘴產生徑向高頻自振空化射流，直接沖擊管壁和地層。工具在井下邊旋轉邊上下移動，旋轉速度由旋轉控制器控制，每轉一周有四個水力脈沖，同時產生低頻旋轉水力波、高頻振蕩沖擊波、空化噪聲超聲波三種物理作用綜合作用地層，達到對整個射孔井段的完全處理。（2）作用機理1) 低頻旋轉水力波。射流噴射器旋轉時，在井筒內產生旋轉水力擾動波，旋轉速度為100400r/ min ，這種低頻旋轉水力波作用在地層，使沉積在地層孔隙內的機械雜質和堵塞物逐漸松動脫落，分散在液體中被水射流沖刷帶出，達到疏通孔道、解除堵塞的目的。同時，地層巖石在低頻旋轉水力波的反復作用下，產生疲勞微裂縫網，并隨水力波的深入，裂縫不斷擴大和延伸。

21、2) 自激振蕩沖擊波。自激振蕩射流具有強烈的壓力振蕩和沖蝕巖石效果。試驗證明，射流振動頻率為幾千至上萬赫茲，壓力脈動幅度達24 %37 % ，在相同泵壓條件下，沖蝕巖石效果為普通射流的24倍。噴射器在井下旋轉一周產生4次水力脈沖，每次水力脈沖本身又是自激振蕩射流，這種自激振蕩射流直接沖入近井地帶深穿透沖擊解堵，同時使地層巖石沖擊破碎，產生新的微裂縫，從而提高地層滲透率。3) 空化噪聲超聲波。噴射器產生高頻振蕩射流的同時，產生高頻、強輻射、深穿透空化噪聲，頻率高達10khz。這種高頻超聲波一方面有助于疏通油水通道，增加地層壓力梯度，另一方面改變原油分子結構，降低原油粘度，減小巖石和油水界面上的表

22、面張力，從而改善原油流動性，提高原油采出程度。（3）適用范圍和選井條件1) 地層滲透性較高，具有一定產能，近井地帶污染堵塞引起產量下降或停產停注的油水井。2) 地層污染堵塞又具有酸敏、水敏特性，不易酸化等措施的油水井。3) 地層能量低，酸化后無法排酸的井。4) 油層薄、層段小，層間干擾嚴重的多層分注井。5) 需調整油井產液剖面及水井吸水剖面的井。6) 可作為油水井酸化、壓裂、注蒸汽、注聚等措施前的預處理。端部脫砂壓裂技術（tso）：隨著油氣田開采技術的發(fā)展和多種工藝技術的交叉綜合運用，壓裂技術應用范圍已不再局限于低滲透地層，中高滲透地層也開始用該技術提高開發(fā)效果。當壓裂技術應用于中高滲透性地層

23、時，希望形成短而寬的裂縫，并盡可能地將裂縫控制在油氣層范圍內。為了適應這一特殊的要求，國外于20世紀80年代中期研制開發(fā)了端部脫砂壓裂技術，并很快應用于現場，目前國內也開展了這方面的研究，并取得了很大的進展。（4）重復壓裂技術重復壓裂技術是改造失效井和產量已處于經濟生產線以下的壓裂井的有效措施。美國對重復壓裂技術的理論研究、工藝技術和礦場應用都作了大量有成效的工作。如美國的rangely油田在891口井上作業(yè)1700多次，許多井壓裂達4次之多，重復壓裂成功率達到7080。north westbark unit油田在重復壓裂作業(yè)時采用先進的強制閉合技術和端部脫砂技術，取得了很好的經濟效益。重復壓

24、裂可用來改造低、中滲透地層；適用于常規(guī)直井、大斜度井和水平井。高滲層防砂壓裂技術：高滲透地層的防砂壓裂是指對高滲透地層進行壓裂的同時，又完成了充填防砂作業(yè)。常規(guī)的礫石充填防砂方法對高滲透地層容易造成傷害，嚴重降低導流能力。該項技術要求采用端部脫砂技術，使裂縫中的支撐劑濃度達到足夠高。加砂之后繼續(xù)泵注一段時間增大凈壓力可以進一步擴大裂縫寬度。若有必要，在施工末期略微降低泵速，可以使支撐劑更好地充填于裂縫中。經驗表明，與低滲透地層壓裂相比，高滲透地層壓裂可以產生較高的裂縫導流能力。這不僅能夠獲得更高的產量，而且也是極有效的防砂措施。但是應當注意，產量過高、產量變化、水浸等都有可能導致出砂或出砂加重

25、和減產。借助微壓裂可獲得較精確的裂縫閉合壓力、閉合時間、壓裂液效率、初損量、濾失系數等數據，還可以設計產生短、寬裂縫，以進一步減小表皮因子。常用的水基壓裂液是線性膠凝羥乙基纖維素和硼酸鹽交聯液，前者主要優(yōu)點是對地層無傷害性，后者具有良好的可逆性，使支撐劑充填層恢復高滲透率。上述兩種壓裂液組成的復合壓裂既能保護地層又能造出高導流能力的裂縫，用于高滲透地層壓裂效果甚佳。采用大顆粒支撐劑效果較好，是發(fā)展趨勢。目前優(yōu)選的是2040目砂。常規(guī)的礫石充填所用的砂的顆粒太小，不能有效地減小近井地帶壓降和防止出砂。采用該項技術在路易斯安那海上氣田滲透率50010-3100010-3m2地層，使單井日產量高達2

26、83104m3以上，遠高于在該地區(qū)用常規(guī)礫石充填的井的產量。在西部非洲一個高滲透新油田的開發(fā)中，采用該項技術使表皮因子下降到20，生產和防砂均取得良好效果。低滲層深穿透壓裂技術：水力壓裂是強化開發(fā)低滲層的基本方法之一，如果僅僅用于處理地層的近井地帶，只能取得很有限的效果。近幾年來深穿透壓裂技術的發(fā)展，使其產生的裂縫長度可達3001200m，極大地擴大了低滲層的可采儲量和產量，有力地提高了開發(fā)低滲層的效益。前蘇聯借助電子計算機對利用該技術開發(fā)低滲層進行了評價和分析。結果表明，目前可有效開發(fā)的低滲層儲量占其總儲量的50以上，其中24屬于由于利用了該技術而成為新增可采儲量，76屬于利用該技術可成倍地

27、提高開發(fā)速度和提高最終采收率的高效可采儲量；并認為對于深度不超過2500m的井可以用現有的70mpa壓力的壓裂設備和石英砂，而對于較深的井，特別是超過3000m的井，需要用105mpa壓力的壓裂設備和更可靠的支撐劑。借助于近年迅速發(fā)展的先進的壓裂工藝、材料和技術設備，深穿透水力壓裂技術從設計到實施，已有可能較好地實現。為了保證該技術有效地廣泛應用，目前需要盡快解決的主要問題是研究應用該項技術處理的井的最佳水動力學系統。為此國內外都在致力于利用電子模型和數學模型研究水力裂縫對油田開發(fā)指標的影響，處理好油藏、流體特性和裂縫幾何尺寸、方位及導流能力與開發(fā)注采系統之間的關系，最大限度地提高油田的開發(fā)指

28、標和經濟指標。低滲透深穿透水力壓裂在北美得到了最廣泛的應用。美國2530的原油儲量是利用該項技術采出來的。每年進行40006000次作業(yè)，加拿大的低滲層儲量所占比例更大，每年進行大約1500次作業(yè)。低滲層大砂量多級壓裂技術：低滲透地層往往具有巖性致密、地下閉合應力高等特點。對這樣的低滲透地層采用通常的水力壓裂技術，由于裂縫閉合較快，支撐砂易破碎等原因，作業(yè)有效期一般都很短，考慮到經濟因素，甚至是得不償失。如何能建立和維護裂縫的高導流能力，以便保持非穩(wěn)態(tài)流期間的高流量，是作業(yè)效果成敗優(yōu)劣的關鍵。為此，近年還發(fā)展了大砂量多級壓裂技術。該項技術目的是在整個生產層段產生較大的導流通道，因此首先需要大的

29、用砂量。據估算，要使無因次裂縫導流能力大于10，用砂量需增加300。考慮到完井層段的間隔、裂縫高度、現場監(jiān)控以及機械風險等因素，采取逐步加大用砂量的方式，而且用砂量仍呈增大趨勢，目前已設計一次作業(yè)用砂量高達2271042724104kg，并使用壓裂環(huán)和投球。因地下閉合應力高，支撐劑選用2040目砂或其它大顆粒高強度支撐劑，由于用砂量大，要求使用能在高溫剪切作用下保持較高粘度，具有良好抗濾失性和摩阻小的壓裂液。現場用的一種適合地層能量較高的線性凝膠，能保證在較高的井口油壓下具有足夠的攜砂能力，裂縫的穿透度相應也較大，一般達到泄流半徑的70。施工后液體能快速返排，是保證油井良好生產動態(tài)最關鍵的因素

30、。美國俄克拉何馬州南部致密氣層完井層段厚30484572m，井深2133627432m。其主力產層為石灰?guī)r，多處白云巖化，并含有砂質層系，采用大砂量多級壓裂技術后，初產量比常規(guī)壓裂平均高63。在第一個月內平均日產量高于28104m3的井占62%以上，而以前達到這一初產水平的井只有33。2 重復壓裂的涵義及其機理分析2.1 重復壓裂涵義重復壓裂是指在同一口井進行兩次或兩次以上的壓裂。這主要是壓裂后隨著生產時間的延長，導致油( 氣) 產能在一段時間后下降， 或者是該井壓裂后經過一段時間， 又發(fā)現了其它層位上有更大的開發(fā)潛力， 于是又對其進行壓裂?；趯χ貜蛪毫逊绞降牟煌斫猓?目前國內外實施的重復

31、壓裂有3種方式：(1) 層內壓出新裂縫。由于厚油層在縱向上的非均質性， 油層內見效程度不同， 層內矛盾突出而影響開發(fā)效果?？梢酝ㄟ^補射非主力油層或對非均質厚油層重復壓裂、或者壓裂同井新層等措施改善出油剖面， 從而取得很好的效果。實質上， 這是對重復壓裂的早期認識， 嚴格地講應當屬于分層壓裂的技術范疇。但國內以前主要基于這種認識開展理論和實踐探索。(2) 延伸原有裂縫。油田開發(fā)過程中， 由于壓力、溫度等環(huán)境條件的改變， 引起原有壓裂裂縫失效。這類井需要加砂重新撐開原有裂縫， 穿透堵塞帶就可以獲得不同程度的效果。另外， 壓裂改造規(guī)模不夠， 或者支撐裂縫短， 或者裂縫導流能力低， 這類井必須加大壓裂

32、規(guī)模繼續(xù)延伸原有裂縫， 或者提高砂量以增加裂縫導流能力， 這是目前最常用的重復壓裂概念。為了獲得較長的增產有效期， 必須優(yōu)化設計重復壓裂規(guī)模( 液量、砂量) 。(3) 改向重復壓裂( 即堵老縫壓新縫) 。油田的低滲透層已處于高含水期， 原有裂縫控制的原油產量已接近全部采出， 裂縫成了水的主要通道， 但某些井在現有采出條件下尚控制有一定的剩余可采儲量。這時最好的辦法是將原有裂縫堵死， 重新壓裂， 在與原有裂縫呈一定角度方向上造新縫， 這樣既可堵水， 又可增加采油量。即研究了一種高強度的裂縫堵劑封堵原有裂縫， 當堵劑泵入井內后有選擇性地進入并封堵原有裂縫， 但不能滲入地層孔隙而堵塞巖石孔隙， 同時

33、在井筒周圍能夠有效地封堵射孔孔眼； 然后采用定向射孔技術重新射孔以保證在不同于原有裂縫的方位(最佳方位是垂直于原有裂縫的方位)重新定向射孔， 以保證重復壓裂時使裂縫改向， 也即形成新的裂縫； 從而采出最小主應力方向或接近最小主應力方向泄油面積的油氣， 實現控水增油。chevron 石油技術公司、unocal 公司、dowell 公司和美國lost hill 油田測試都已經證明了改向重復壓裂的可能性。根據最小主應力原理，重復壓裂裂縫延伸方式依然取決于儲層應力狀態(tài)，不以人們的主觀意志為轉移而受客觀應力條件控制。前次形成的人工裂縫、地層流體壓力變化、孔隙熱彈性應力、鄰井注水生產活動都產生新的誘導應力

34、。它們的迭加結果決定了重復壓裂裂縫延伸規(guī)律。如果xmin+x 誘導ymax+y 誘導， 就改變以前的應力狀態(tài)， 重復壓裂裂縫就可能重新定向。因而在井筒附近也就有可能改變重復壓裂裂縫方位， 但距井筒一段距離后， 裂縫仍沿原來的方位延伸。2.2 重復壓裂機理通過部分重復壓裂井初次壓裂瞬時停泵和重復壓裂瞬時停泵所測的數據(表2.1)， 可以看出， 初次壓裂施工瞬時停泵壓力普遍高于重復壓裂時的瞬時停泵壓力。這說明重復壓裂的破裂壓力要低于初次壓裂的破裂壓力， 這很可能是由于重復壓裂裂縫重合于初次壓裂裂縫所致。由于初次壓裂巖石的抗張強度要高于重復壓裂時巖石的抗張強度， 因此，重復壓裂時的破裂壓力要低于初次

35、壓裂時的破裂壓力。表2.1 部分重復壓裂井初次壓裂和重復壓裂瞬時停泵壓力井號 初次壓裂/mpa 初次壓裂/ mpa靜38-64 27.3 22.0靜38-64 25.0 20.4前54-4 34.0 29.0坨32-38 29.7 26.0坨26-36 32.0 29.8張1 30.0 26.0冷43-44-564 23.0 19.5 冷43-82-568 24.0 19.0冷43-17-170 26.0 23.4錦2-14-110 19.0 16.52.2.1 閉合壓力變化隨著油田的開發(fā)， 油層壓力和孔隙壓力要逐漸降低。另一方面， 初次壓裂施工， 油井生產一段時間后， 將產生一個水平孔隙壓力

36、梯度。靠近井筒的孔隙壓力降低， 使得裂縫閉合壓力增大， 導致初次壓裂使用的支撐劑破碎或嵌入地層， 從而使初次壓裂形成的水力裂縫導流能力大大降低。因此， 重復壓裂時要選擇比初次壓裂強度更高的、與地層匹配的支撐劑， 這是保證重復壓裂有效的一個重要條件。2.2.2 重復壓裂裂縫張開平面的方位有兩個因素可以改變局部的地應力方位， 一是支撐裂縫產生的誘導應力； 二是孔隙壓力在油藏中重新分布產生的誘導應力。通過本區(qū)塊其它井的生產和注入， 或該井自身的生產， 可以改變其油藏壓力， 井眼周圍應力場的變化可以改變重復壓裂的裂縫方位。2.2.3 重復壓裂最優(yōu)時間確定為了確定重復壓裂的最優(yōu)時間， 需要考慮裂縫轉向之

37、前的長度和當時的孔隙壓力分布。試驗表明：重復壓裂的間隔時間越長， 裂縫轉向之前的長度越長。幾年后雖然孔隙壓力繼續(xù)下降， 但裂縫轉向之前的長度增長卻很緩慢。重復壓裂的最佳時機是此時裂縫長度可以達到很長或裂縫將延伸到的區(qū)域孔隙壓力仍很多， 當地層應力分布及油藏特性諸如孔隙度、滲透率、地應力等控制壓力分布的因素已知時， 可以確定重復壓裂的最佳時機。當地應力大小不能精確確定時， 仍可利用應力分布較好地估計重復壓裂最優(yōu)時機。2.2.4 裂縫失效原因重復壓裂原裂縫失效的原因主要有兩方面：即各種原因引起的裂縫及其附近地層堵塞；原有裂縫在油田開發(fā)過程中閉合。（1)化學結垢和沉積引起堵塞。地層水中存在結垢離子，

38、如ca2+，hco3-等，在油井生產過程中由于壓力降低而結垢。另外，地層水與產出水或不同產出水間成垢離子相互作用，或下降脫氣要產生baso4，caso4，srso4等垢。而且原生水隨著壓力下降和微粒運移也會自然產生結垢。此外，膠質、瀝青等重質烴組分沉積也將堵塞裂縫及附近地層。(2)微粒運移引起堵塞。泥質膠結儲層中，粘土多呈薄片堆積于孔隙中。注入水等外來水改變了地層水的礦化度，ph值變化可能會破壞地層水中存在的陽離子同粘土片表面的負電荷作用保持電中性的平衡，或者由于陽離子集中造成粘土片分散。另外，親水地層可能在砂粒附近不運移的束縛水中含微粒，若水侵入移動水相，則這些微粒即分散而參加運移。微粒運移

39、最終導致顆粒橋堵孔隙喉道，降低地層的滲透率。(3)壓裂裂縫閉合。我國油田大部分井都是經過壓裂投產的，隨著油田開采，地層壓力降低，圍巖對裂縫的應力增大，裂縫中支撐砂承受的壓力增加，當超過砂的破裂強度時，產生破碎；或者支撐劑在長期承壓下產生日益嚴重的變形，從而使裂縫的有效縫寬變小，降低了裂縫導流能力，油井產量下降。以上諸因素并不是孤立產生影響的，而是綜合作用的結果。由于油層本身的特性，在不同的井層起主導作用的因素不同，選井評層時要具體分析。2.2.5 重復壓裂評估重復壓裂評估目的在于認識儲層與裂縫當前狀況、評價前次壓裂材料和壓裂工藝有效性，為選井評層提供基礎資料。(1)單井狀況評價。單井狀況評估包

40、括當前裂縫狀況分析和井的生產能力分析。前者以試井分析為主要工具，理論和實踐都表明：不同類型油藏的壓力時間雙對數曲線(包括壓力導數曲線)在不同流動階段具有不同的形狀，按有限導流能力裂縫試井分析的壓力擬合計算流動系數，由時間擬合計算折算半徑、表皮系數和有效支撐縫長。后者以油藏數值模擬為基礎，以了解油藏的生產歷程、產量和累積產量變化，模擬評估支撐劑在裂縫中的狀況和裂縫導流能力等；根據井網條件和油藏滲流規(guī)律計算分析水力裂縫方位、支撐縫長和導流能力對井產能變化、掃油效率和最終采收率的影響。(2)壓裂材料評估。支撐劑評價：包括對支撐劑進行物理評價和導流能力評價。目前，國內的石英砂產地多、但性能差異大，在不

41、同閉合應力下的導流能力相差很大。必須結合地層的壓力、溫度和環(huán)境條件進行仔細評價。如，20/40目蘭州石英砂在30mpa下的顆粒群體破碎率可達24.2%，而湖南岳陽砂最大為40.7%。另外，對石英砂的不同處理方式也要影響裂縫導流能力。對支撐劑性能的評價目的在于找出適當的支撐劑。壓裂液體系評價：不同壓裂液體系性能差別很大，使用條件各不相同，必須對原有壓裂液進行全面評價，包括流變性、濾失性、溫度穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性、壓裂液對地層的傷害評價。實際上，傷害評價綜合反應了液相損害、固相損害和壓裂液殘渣的影響，但盡量分析清楚各種損害的程度，以便有效地采取針對性強的技術措施，選擇對特定油藏條件適應性好的壓裂液體

42、系。(3)工藝評價。包括泵注程序、加砂程序、砂比和反排狀況評價。目的在于了解前次壓裂形成的支撐剖面形狀、支撐裂縫是否充分發(fā)揮了作用、可能的油藏和裂縫污染程度等，從而評價前次壓裂的工藝合理性和科學性。2.2.6 重復壓裂選井選層的原則油井在壓裂生產一段時間后，由于多種原因的影響，如支撐劑破裂或嵌入，微粒遷移，生產作業(yè)引起的地層污染，初次壓裂施工規(guī)模小，壓裂液性能不佳，殘渣堵塞等因素，造成油井產量下降，影響了油田的開發(fā)效果。因此必須根據單一油井的生產歷史、井組油水井生產狀況、油田歷年動態(tài)監(jiān)測結果以及油田加密井取心對地層評價結果等資料，結合油田開發(fā)動態(tài)綜合分析引起產量下降的根本原因。在明確初次壓裂失

43、效原因的基礎之上，結合現場實際情況選擇有增產潛力的井進行重復壓裂。油井進行重復壓裂措施后是否能達到設計的增油效果，選井選層顯得至關重要。一般而言，重復壓裂選井選層的應遵循以下原則：(1)壓裂層段具有足夠的剩余可采儲量和地層能量，剩余可采儲量是壓裂增產的物質基礎，而地層能量有利于延長增油見小的有效期；(2)油井初次壓裂后產量高，目前產量低，而油井所在井組生產同一層位的油井目前產量高；(3)油井初次壓裂規(guī)模較小，加砂強度不夠，不能形成有效的支撐裂縫，壓裂層段沒有得到有效地改造，支撐裂縫導流能力低，引起了油井產量下降；(4)油井初次壓裂成功后，在生產過程中，由于作業(yè)或洗井造成油層污染，導致井筒附近油

44、層滲透率下降，引起油井產量下降；(5)在注采井網完善的井組，油井壓裂后沒有見到注水效果，能量下降快，從而油井產量下降；(6)油井前次壓裂有效支撐范圍不夠或支撐劑鋪置分布不合理或支撐劑破碎嚴重，滲透率低，油井的產量下降快；(7)重復壓裂井層段管外無串槽，固井質量好。3 重復壓裂技術應用效果分析早在20 世紀50 年代， 國內外就已開始進行重復壓裂， 在美國近30%的壓裂屬于重復壓裂。80 年代中后期， 隨著油氣價格的變化和現代水力壓裂技術的發(fā)展， 國外(主要是美國)又將重復壓裂作為一項重要的技術研究課題， 從重復壓裂機制、油藏數值模擬、壓裂材料、壓裂設計、施工等方面進行研究攻關， 獲得的主要認識

45、有：(1) 重復壓裂的水力裂縫方位可能與第一次形成的裂縫方位有所不同， 即重復壓裂可能產生新的水力裂縫； (2) 重復壓裂應重新優(yōu)選壓裂材料； (3) 對于致密氣藏， 重復壓裂設計的原則是增加裂縫長度， 對于高滲透性氣藏， 則應提高裂縫的導流能力。這些研究成果都獲得了現場證實， 如美國在阿拉斯加的kuparukriver 油田在380口生產井中重復壓裂了185 口， 壓后采油指數平均提高了2 倍， 取得了非常好的增產穩(wěn)產效果。目前我國主要油田已進入中、高含水期的開發(fā)階段， 重復壓裂作為老油田綜合治理、控水穩(wěn)油的重要組成部分， 急需以技術進步來克服我國重復壓裂成功率低、增產量低、有效期短、科研落

46、后于現場施工等被動局面。大慶、勝利、長慶等油田相繼從理論和實踐方面對重復壓裂技術作了一些有益的探索， 取得了一些寶貴的經驗和認識。遼河油田壓裂工作開始于1977 年， 至2000 年底已累計完成壓裂3400井次，累計增產原油546104t。其中重復壓裂164 井， 占總施工井數的4.8%， 在勝利樁74 斷塊的3 口試驗井， 復壓8個月后已累計增產原油4251.0t，獲得166.9 萬元的經濟效益， 近幾年重復壓裂井數逐漸增加， 重復壓裂技術在各油田得到廣泛的推廣應用。重復壓裂技術1997 年就開始在中原油田的一些老井上應用了， 經過幾年特別是科技攻關會戰(zhàn)以來的發(fā)展， 重復壓裂技術已經比較成熟

47、。僅2004年前5 個月， 已經現場實施12 井次， 施工成功率為96.1%， 有效率達83.3%， 平均單井日增油4.3t。重復壓裂技術在大港油田的馬西油田、棗園油田等地區(qū)已累計實施98 井次， 施工成功率達到80%以上； 重復壓裂后單井累計增油達到1 300t， 累計增油144 108t，有效率達89.7%。延長油礦舊井重復壓裂后， 第一年產量由1995 年的43.7t 增加到2003 年的163.2t， 增產3.7 倍。3.1 現場應用3.1.1 rangely 油田該油田是美國開發(fā)最早的油田之一， 近40年來在891 口井上作業(yè)1700 次， 許多井壓裂達4次之多， 重復壓裂成功率70

48、%80%。根據該油田首次壓裂后的油藏模擬和壓裂恢復測試分析， 作業(yè)失效的原因主要是改造規(guī)模不夠和支撐劑損壞嚴重， 為此， 重復壓裂的主要措施是使用高砂比和端部脫砂壓裂技術， 中等強度支撐劑， 壓裂液為鈦交聯水基瓜膠。為降低施工壓力使用113mm 油管進液， 排量高達132.5212l/s， 平均砂比0.9591.198g/cm3。重復壓裂后增產效果較顯著， 如表3.1 所示。表3.1 1974年以來重復壓裂效果數據階段評價的井數壓后一年的產量/m3成功率（%）油液1974-19781978-19871987-19881990-1997266423859.225.414.778.2746.583

49、9.2760.8956.6277%69%83%89%3.1.2 阿南油藏阿南油藏位于二連盆地馬尼特坳的阿南凹陷，為一背斜構造， 含油面積15.6km2， 地質儲量1 664104t。油藏內發(fā)育38 條大小斷層， 構造極為錯綜復雜。5條較大斷層將背斜切割成7 個斷塊。阿南油藏是一個被斷層復雜化且天然能量不足的油藏。現場進行了6 口井的先導試驗， 施工成功率100%。采用優(yōu)化的壓裂液體系和中等強度宜興陶粒(第一次壓裂使用石英砂)實施重復壓裂， 并實行了嚴格的質量控制， 使壓裂液性能合格。采用多級漸進式加砂程序和高砂比施工， 砂液比由15%起步， 最高砂液比達68%， 平均砂液比43%， 單井平均砂

50、液比最高為49%， 與第一次壓裂施工相比， 砂液比有大幅度提高(見表3.2)， 表明壓裂液整體水平較高， 使整體復壓技術與施工水平有了大幅度的提高， 達到國內同類型復壓施工的領先水平。表3.2 重復壓裂與第一次壓裂施工參數對比項目 用液量/m3 支撐劑量/m3 排量/（m3/min） 平均砂液比/%第一次壓裂 83 13 2.3 30第二次壓裂 83 14 3.0 436口復壓井累計生產608d， 累積產油4 937t， 累積增油3 252t， 平均單井增油542t， 平均單井日增油5.4t(見表3.3)。而含水率由復壓前的60%降至40%， 下降了20%。其中31- 227井在已壓2 次的情

51、況下， 進行第3 次壓裂也取得較好效果， 平均日增油8.3t， 平均含水由65%降至32%。復壓試驗取得成功， 初步實現了穩(wěn)油控水的目的。歷時14d 便收回了全部投資，取得很好的經濟效益。表3.3 重復壓裂井的增產效果井號 壓前日產油/t 壓后日產油/t 日增油/t 含水降低/%32-426 3.6 5.6 2.0 20 31-436 2.3 7.1 4.8 2131-22 3.5 10.1 6.6 2131-227 2.8 11.1 8.3 3311-305 1.1 8.3 7.2 2310-38 3.0 6.6 3.6 2平均 2.7 8.1 5.4 203.1.3 安塞坪橋油田為了探索低

52、滲透油田的增產途徑，于1998年在坪橋區(qū)塊對兩口老井進行了大規(guī)模的重復壓裂試驗。主要采用壓前通過恢復試井、小型測試壓裂、縫高測試二維壓裂優(yōu)化設計、現場監(jiān)控、閉合壓力監(jiān)測、抽吸排液、壓后評估等技術。平均單井加陶粒50m3，排量達到2. 8m3/ min，入地液量達300m3，投產一年后單井累積增油量為500t，目日前仍然有效，其效果對比見表3.4。表3.4 復壓井單井動態(tài)對比表由以上分析可見，就坪橋這種特低滲透油藏而言，只要應用適當的復壓改造工藝，便可達到提高油田開發(fā)效益的目的。3.2 應用效果分析重復壓裂試驗取得了一定的效果。對于含水率大于50%的井， 重復壓裂后產油量增加的速率小于產水率增加的速率； 但對于含水率小于50%的井，重復壓裂后產油量增加的速率大于產水量增加的速率， 與油藏模擬結果相同。影響重復壓裂效果的因素有：(1) 油層具有足夠能量時重復壓裂時機最好， 重復壓裂效果具有區(qū)域性， 微裂縫發(fā)育但物性相對較差， 因注水見效程度低， 油井儲層能量普遍不足， 壓裂效果不理想。重復壓裂效果不理想的主要原因是地層能量不足。結果重復壓裂無效。另外， 部分重復壓裂低效井， 隨注水方案調整產量明顯回升； 重復壓裂效果明顯的井， 一般都是重復壓裂和注水見效雙重作用的結果。為此， 原則上重復壓裂措施應選擇地層具