2022年?yáng)|部項(xiàng)目組多縫壓裂總結(jié)報(bào)告

1、2008 年多縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)在七里村采油廠的應(yīng)用西安奧力石油工程有限公司2008 年 12 月 9 日一、多縫壓裂技術(shù)簡(jiǎn)介水力壓裂技術(shù)是低滲透油氣井增產(chǎn)的主要方式。通過(guò)水力壓裂技術(shù)，可以改善井 底附近的滲流條件，溝通油氣儲(chǔ)集區(qū)和改善油氣流動(dòng)方式，提高油氣井的產(chǎn)能。多縫壓裂主要分成兩個(gè)步驟：1) 、首先對(duì)新層段采取常規(guī)水力壓裂，此過(guò)程加入一半的設(shè)計(jì)砂量；2) 、常規(guī)水力壓裂完畢，進(jìn)行放壓，壓力釋放完畢加入轉(zhuǎn)向劑，將剛壓開(kāi)的新縫進(jìn)行 封堵后，再起泵壓開(kāi)新裂縫。裂縫轉(zhuǎn)向劑經(jīng)過(guò)地層中的水和壓裂液浸泡，溶解，返排 出地層，兩次壓開(kāi)的裂縫一起生產(chǎn)，大大提高油氣井的產(chǎn)量與油氣采收率。七里村采油廠主要是低滲透

2、油氣藏，非均質(zhì)性比較強(qiáng)，地層中存在著大量的天然 裂縫，即使對(duì)于均質(zhì)的砂巖油氣藏，水力壓裂也會(huì)形成多條裂縫。當(dāng)存在天然裂縫時(shí)，裂縫延伸的尖端可能遭遇天然裂縫，根據(jù)裂縫的延伸原理，裂縫延伸方向的判斷標(biāo)準(zhǔn)是能夠產(chǎn)生最大的拉應(yīng)力，裂縫的實(shí)際延伸方向與產(chǎn)生最大拉應(yīng)力的方向垂直，該方向的剪切應(yīng)力為0，而天然裂縫正符合這個(gè)條件，因此裂縫的端部遭遇天然裂縫時(shí)，裂縫優(yōu)先沿天然裂縫的賦存方向延伸。這樣，液體經(jīng)過(guò)天然 裂縫加速延伸并改變延伸方向。因此，裂縫可能錯(cuò)過(guò)與其它射孔孔眼或裂縫相連的機(jī) 會(huì)，造成多個(gè)獨(dú)立裂縫同時(shí)延伸的局面。多條裂縫的存在對(duì)于儲(chǔ)層加砂改造，對(duì)于油氣藏的產(chǎn)量、評(píng)估及開(kāi)發(fā)優(yōu)化等提出 了挑戰(zhàn)，造成了異

3、常高的施工壓力和早期砂堵，導(dǎo)致了多條長(zhǎng)度較短、縫寬較窄、導(dǎo) 流能力低的裂縫，增加了開(kāi)發(fā)成本。多縫壓裂技術(shù)是在重復(fù)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)之上 發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)。二、多縫壓裂理論2.1 、流量分流理論多條裂縫同時(shí)存在、同時(shí)延伸時(shí)流量分流遵循兩個(gè)原則，壓力平衡原則與體積平衡原則，也就是 Kirchoff 第一定律和 Kirchoff 第二定律 。多裂縫水力系統(tǒng)的存在物質(zhì)平衡 (Kirchoff 第一定律 ) ：式中： Q 為壓裂處理的總注入排量，m。 s；Q，為各條裂縫中的流量，m。s；為裂縫條數(shù)。Kirchoff 第二定律是壓力連續(xù)準(zhǔn)則，對(duì)于橫向上的任意兩條裂縫，忽略各裂縫之間液柱高度造

4、成的壓差、摩擦阻力、射孑 為：L 壓降，則任意兩個(gè)裂縫之間的壓力關(guān)系式中： xp 為第條裂縫內(nèi)的凈壓力，Pa；為任意裂縫端部的閉合應(yīng)力。xp ，可以根據(jù)第一部分的內(nèi)容計(jì)算出來(lái)，聯(lián)立式 力，可計(jì)算每個(gè)裂縫的具體分流流量。2.2 、濾失規(guī)律的研究(9) 、 (10) 兩個(gè)式子，結(jié)合裂縫的延伸壓多條裂縫存在時(shí)，假設(shè)在均質(zhì)地層的情況下，最外面的兩個(gè)裂縫面的濾失情況與 里面被包裹狀態(tài)的裂縫面的濾失情況必然不同。首先考察濾失系數(shù)的計(jì)算原理：壓裂 液向地層濾失受 3種機(jī)理的控制，與之相對(duì)應(yīng)地，影響綜合濾失系數(shù) (C) 的3個(gè)因素就是 受壓裂液黏度數(shù)控制的濾失系數(shù) (C ) ，受地層流體壓縮性控制的濾失系數(shù)

5、(C ) 和造壁 (Axp) 密切相關(guān)，性濾失系數(shù) (C。) 。從他們的表達(dá)式來(lái)看，濾失系數(shù)與縫內(nèi)外的壓差 沒(méi)有壓差就沒(méi)有濾失。對(duì)于同方位的多個(gè)裂縫而言，最外面的兩個(gè)裂縫面的濾失是不受影響的；但是對(duì) 于內(nèi)部的裂縫壁面而言，由于裂縫之間所束縛的巖石空間比較小，在壓裂初期，裂縫壁面有一定的吸收液體的能力；隨著時(shí)間的推移，流體濾失進(jìn)入巖石以后，如果 不能夠擴(kuò)散出去，將迅速增加巖體內(nèi)部的壓力，減小縫內(nèi)外的壓差，造成濾失的減小 甚至喪失。對(duì)于不同方位的多個(gè)裂縫而言，裂縫之間的捕捉巖石較多，而且與無(wú)限遠(yuǎn)處巖體連接的流通通道較寬，在壓裂的初期，各個(gè)裂縫兩邊的濾失規(guī)律 ( 濾失系數(shù) ) 可以認(rèn)為相同。2.3

6、、多裂縫同時(shí)延伸理論2.3.1 等效多裂縫理論裂縫壁面有一定的吸收液體的能力；隨著時(shí)間的推移，流體濾失進(jìn)入巖石以后，如果不能夠擴(kuò)散出去，將迅速增加巖體內(nèi)部的壓力，減小縫內(nèi)外的壓差，造成濾失的減小甚至喪失。對(duì)于不同方位的多個(gè)裂縫而言，裂縫之間的捕捉巖石較多，而且與無(wú)限遠(yuǎn)處巖體連接的流通通道較寬，在壓裂的初期，各個(gè)裂縫兩邊的濾失規(guī)律 ( 濾失系數(shù) )可以認(rèn)為相同。不妨將多個(gè)水平裂縫得到的結(jié)論拓展到多個(gè)縱向裂縫同時(shí)延伸時(shí)的裂縫參數(shù)的變 化規(guī)律。這樣，計(jì)算一個(gè)三維裂縫延伸的裂縫參數(shù)，根據(jù)上述理論反算裂縫的條數(shù)與 其它參數(shù)，但上述理論將裂縫的轉(zhuǎn)向摩擦阻力看作是裂縫條數(shù)的增加造成的，因此，有欠妥當(dāng)。2.3

7、.2 同方位延伸多裂縫理論假設(shè)同一方位產(chǎn)生了多個(gè)同時(shí)延伸的裂縫，而且裂縫延伸軌跡類(lèi)似、間距一致，如圖 2所示。此時(shí)最關(guān)鍵的問(wèn)題是計(jì)算裂縫之間的閉合應(yīng)力的影響與濾失規(guī)律的變化。該裂縫所處位置的閉合應(yīng)力，加上其他裂縫對(duì)本裂縫作用的應(yīng)力，構(gòu)成總的閉合 應(yīng)力。假設(shè)有兩條裂縫，其中單元分別表示為、，兩條裂縫相互影裂縫的延伸軌跡與 單條裂縫的延伸方法相同；同方位的多裂縫的分流流量基本一致。至此，可以得到完整的同方位多裂縫同時(shí) 延伸的模型。2.3.3 不同方位延伸的多裂縫理論一般情況下，不同方位延伸的多個(gè)裂縫的顯著特點(diǎn)是，各個(gè)裂縫相距有一定距離，縫口閉合應(yīng)力不同，軌跡不同，分流流量不同，而同方位的多裂縫延伸

8、模型是不 同方位多裂縫延伸模型的特例。三、效果分析1）新層段、井段壓出新裂縫、并投入轉(zhuǎn)向劑封堵剛壓開(kāi)的新裂縫，再次壓裂、使其形成更多裂縫、大大提高了裂縫的導(dǎo)流能力。A 同一層段新層位壓裂B 同井新層段壓裂這是一種新段壓裂或多次壓裂、分層壓裂的技術(shù)范疇。2）堵新縫壓多縫的壓裂技術(shù)A 中高含水、其它裂縫成為主要出水通道控水穩(wěn)油B 水力裂縫的增多，大大提高了裂縫的導(dǎo)流能力，從而形成大的泄油面積，使其可采儲(chǔ)量能夠有效的利用。實(shí)施多縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)（暫堵新縫），是真正意義上的多縫壓裂概念。我們應(yīng)用的轉(zhuǎn)向多縫壓裂技術(shù)就屬于這一范疇。其理想模型如下：1 多裂縫的產(chǎn)生及影響 多裂縫是從井簡(jiǎn)處同時(shí)生長(zhǎng)，或從已產(chǎn)生

9、的人工裂縫某一個(gè)音 I ；位叢生的多條裂 縫大跨度的射孔井段、射孔段之間的夾層比較大，壓裂裂縫沿射孔井段的很多不 同的位置處擴(kuò)展，進(jìn)入地層，形成縱向上的多裂縫由于受到不同井段的儲(chǔ)層物性及 地應(yīng)力控制多裂縫之問(wèn)的縫長(zhǎng)、縫寬形狀有很大的差異，其中井簡(jiǎn)附近沿最小地 應(yīng)力方向生長(zhǎng)的裂縫因受地應(yīng)力的控制會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)彎曲壓裂裂縫與天然裂縫特別發(fā) 育的區(qū)域相交時(shí)，產(chǎn)生多裂縫，壓裂裂縫與天然裂縫相交或與節(jié)理相交，產(chǎn)生分義多 裂縫，壓裂裂縫平面與井筒平面非常的不整合對(duì)于斜井井段，壓裂裂縫沿井簡(jiǎn)射孔孔 眼處位置，會(huì)形成多裂縫，在井筒附近產(chǎn)生的相互平行的多裂縫與井簡(jiǎn)斜交，呈“ 雁 式排列” 。多裂縫的產(chǎn)生后果主要表現(xiàn)

10、在：(1) 多裂縫環(huán)境中的每條單獨(dú)的壓裂裂縫與相同環(huán)境中擴(kuò)展的單一壓裂裂縫相比裂縫 會(huì)更窄極大地增 JJu 了脫砂的可能性。(2) 多條裂縫共同分享壓裂液和支撐劑，壓裂裂縫將更短、更窄多裂縫的寬度總和 會(huì)大十單一壓裂裂縫導(dǎo)致近井筒區(qū)城其有更高的導(dǎo)流能力，這也是砂堵井往往效果 好的原兇之一。(3) 多裂縫相互爭(zhēng)奪裂縫寬度，造成施工壓力升高。(4) 山千多裂縫單一裂縫寬度減少，支撐劑對(duì)流現(xiàn)象變得不重要壓裂液的流變參數(shù) 將在壓裂施工期問(wèn)起到重要的作用。壓裂液的濾失重或抗剪切能力不強(qiáng)，將導(dǎo)致壓裂 施工很快脫砂 (5) 由于多裂縫的產(chǎn)生使施工壓力上升，引起裂縫凈壓力上升，導(dǎo)致裂縫在高度上延 伸失控。也就

11、是人工裂縫縫高容易失控 (6) 擴(kuò)展的多裂縫共同分享壓裂液和支撐劑改變了預(yù)定的雁裂裂縫兒何尺寸 Pinnacle 公司研究認(rèn)為：壓裂裂縫的半徑隨著多裂縫數(shù)量的增加而減少。對(duì)于垂直裂縫，壓裂裂縫半徑正比于多裂縫數(shù)量的29 次方；隨著多裂縫的數(shù)量增加，裂縫寬度變窄對(duì)千垂直 昌 4 縫，單一壓裂裂縫寬度正比于多裂縫數(shù)量的59 次方，但總的脆裂裂縫的寬度比單一裂縫要大；多裂縫環(huán)境中每條單獨(dú)的壓裂裂縫寬 度更小，導(dǎo)致支撐劑在壓裂裂縫中的輸運(yùn)過(guò)程中易出現(xiàn)橋窘脫砂問(wèn)題，使用 3 倍支撐 荊粒徑的準(zhǔn)入判斷，當(dāng)有 l4 條以上同時(shí)擴(kuò)展的壓裂裂縫時(shí)，壓裂裂縫將不接受 2O4Ol(0 45 一 O9ram)的支撐劑

12、；當(dāng)有 6 條以上同時(shí)擴(kuò)展的壓裂裂縫時(shí)壓裂裂 縫將不接受 l2 ，2O目 f 0 8 一 l 、2ram】的支撐劑。一 、多縫轉(zhuǎn)向壓裂的機(jī)理 1、多縫轉(zhuǎn)向壓裂概念 多縫壓裂主要分成兩個(gè)步驟：1) 、首先對(duì)新層段采取常規(guī)水力壓裂，此過(guò)程加入一半的設(shè)計(jì)砂量；2) 、常規(guī)水力壓裂完畢，進(jìn)行放壓，壓力釋放完畢加入轉(zhuǎn)向劑，將剛壓開(kāi)的新縫進(jìn)行 封堵后，再起泵壓開(kāi)新裂縫。裂縫轉(zhuǎn)向劑經(jīng)過(guò)地層中的水和壓裂液浸泡，溶解，返排 出地層，兩次壓開(kāi)的裂縫一起生產(chǎn)，大大提高油氣井的產(chǎn)量與油氣采收率。1）新層段、井段壓出新裂縫、并投入轉(zhuǎn)向劑封堵剛壓開(kāi)的新裂縫，再次壓裂、使其 形成更多裂縫、大大提高了裂縫的導(dǎo)流能力。A 同一

13、層段新層位壓裂 B 同井新層段壓裂 這是一種新段壓裂或多次壓裂、分層壓裂的技術(shù)范疇。2）堵新縫壓多縫的壓裂技術(shù) A 中高含水、其它裂縫成為主要出水通道控水穩(wěn)油 B 水力裂縫的增多，大大提高了裂縫的導(dǎo)流能力，從而形成大的泄油面積，使其可采儲(chǔ)量能夠有效的利用。實(shí)施多縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)（暫堵新縫），是真正意義上的多縫壓裂概念。我們應(yīng)用 的轉(zhuǎn)向多縫壓裂技術(shù)就屬于這一范疇。其理想模型如下：2、多縫轉(zhuǎn)向壓裂的機(jī)理Pa) (M7最小水平應(yīng)力方向上誘導(dǎo)應(yīng)力61）轉(zhuǎn)向壓裂力學(xué)機(jī)理：5最大水平應(yīng)力方向上誘導(dǎo)應(yīng)力4要實(shí)現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵是：化3變 xmin+ x 誘導(dǎo) ymax+ y 誘導(dǎo)力201020304050應(yīng)1而

14、大量的室內(nèi)研究和油田礦場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，0鄰井經(jīng)過(guò)一段時(shí)間對(duì)本油藏層段的開(kāi)發(fā)距離井眼距離 (m)利用，導(dǎo)致原始應(yīng)力剖面將發(fā)生一定的變化，這種變化為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向多縫壓裂提供了客觀的物質(zhì)條件。其變化主要原因如下：縫口誘導(dǎo)應(yīng)力最大A、鄰井支撐裂縫誘導(dǎo)的應(yīng)力變化縫口誘導(dǎo)應(yīng)力最大 ) a P M (001020304050裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力隨著縫的位置而變化-2-4B、生產(chǎn)誘發(fā)的應(yīng)力變化-6a. 在空間上橫向應(yīng)力變化-8最小水平主應(yīng)力方向上應(yīng)力變化變-10力-12化越大應(yīng)最大水平主應(yīng)力方向上應(yīng)力變化-14b. 生產(chǎn)初期由于開(kāi)采速-16距離井眼距離 (m)度高, 孔隙壓力下降大 , 引起應(yīng)力變化較大， 縫端誘導(dǎo)應(yīng)力最小生

15、產(chǎn)到一定時(shí)間后 , 主要隨空間距離變化；C、鄰井注水產(chǎn)生熱彈性應(yīng)力和孔隙彈性應(yīng)力縫端誘導(dǎo)應(yīng)力最小(a) 注入引發(fā)的應(yīng)力變化在徑向上始終為負(fù), 表為張應(yīng)力 , 井眼處應(yīng)力變化最大 , 隨著徑向距離的增加應(yīng)力數(shù)值逐漸降低；(b) 切向上應(yīng)力變化開(kāi)始隨著徑向距離增加而增大, 同時(shí)應(yīng)力的變化從負(fù)值到正值, 變50化趨勢(shì)受徑向距離和注入時(shí)間控制；15(c) 由于沒(méi)有考慮剪切應(yīng)力 , Pa) (M化變1001020切向誘發(fā)應(yīng)力因此徑向應(yīng)力方向即為最大5水平應(yīng)力方向，切向應(yīng)力方0徑向誘發(fā)應(yīng)力力 應(yīng)向?yàn)樽钚∷綉?yīng)力方向上；-53040 (d) 切向上的應(yīng)力變化比徑-10向上的應(yīng)力變化大，則在最距離井眼距離 (

16、m)大水平應(yīng)力方向和最小水平 應(yīng)力方向上的應(yīng)力變化具有 相似的特征。2）多縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)原理 a. 該劑在中高溫高壓環(huán)境下，通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)以及物理法的勢(shì)能活化得到的顆粒型 堵劑，是化學(xué)反應(yīng)與物理勢(shì)能相互催化的復(fù)合體。在應(yīng)用時(shí)顆粒隨液體遵循流體向阻 力最小方向流動(dòng)的原則進(jìn)入炮眼和原裂縫后，在壓力差下獲得勢(shì)能后繼續(xù)反應(yīng)交聯(lián)，40-80Mpa的裂縫破裂壓力的壓差值 , 使后續(xù)工作液不能向原裂縫 產(chǎn)生橋堵，可以形成 和高滲透帶進(jìn)入，從而壓裂液進(jìn)入高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生新縫。產(chǎn)生橋堵的轉(zhuǎn)向劑在施工完成 后溶于地層水和壓裂液，不對(duì)原縫產(chǎn)生污染。b. 壓開(kāi)新的裂縫后正常加砂，注完頂替液后關(guān)井1 小時(shí)，緩慢防壓，等裂縫閉

17、合后，在向井筒內(nèi)加入轉(zhuǎn)向控制劑，進(jìn)行暫堵新縫從而壓開(kāi)更多的轉(zhuǎn)向裂縫3）多縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)的施工工藝 主要工序： a、起出原井生產(chǎn)管柱 b、下壓裂施工管柱 c、備液、洗井、d、接正常壓裂程序進(jìn)行壓裂 e、關(guān)井 1 小時(shí) f、向井筒內(nèi)加入轉(zhuǎn)向劑（暫堵新縫）后進(jìn)行二次壓裂，有明顯破壓后，按正常壓裂程序進(jìn)行壓裂 g、壓后半小時(shí)，緩慢放噴，反洗井 二、多縫轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)在七里村采油廠實(shí)施情況及效果分析 自 2008 年 8 月 5 日至 2008 年 10 月 24 日我公司在七里村采油廠共實(shí)施多縫轉(zhuǎn)向 壓裂 6 口井，油層基本數(shù)據(jù)見(jiàn)表一。表一: 多縫壓裂井油層基本數(shù)據(jù)序號(hào)井號(hào)層井段 m 厚度聲波孔隙滲透率

18、含油綜合解釋時(shí)差度位m 10-3 m飽和度 % 1 郭 614 662.0-671.0 s/m % 油層郭 615-2 5 2 C69.0 3 郭 616 鄭 658-4 5 5 鄭 658-2 C6634.4-645.6 11.2 油層7 6 鄭 658-2 C6662.0-673.0 11.0 油層8 措施效果見(jiàn)表三。井 號(hào)壓裂初次二次前置液前置液攜砂液攜砂液加 砂加 砂頂替液頂替液停泵壓力停泵壓力總液量破壓破壓（1）（2）（1）（2）（1）（2）（1）（2）（ 1）（2）時(shí)間(m 3) (MPa) (MPa) (m 3) (m3) (m 3) (m 3) (m 3) (m 3) (m 3

19、) (m 3) (MPa) (MPa) 鄭08.10.11 40.0 41 14.0 4.1 43.1 48.0 12.0 12.0 3.0 4.0 11.0 12.0 122.9 658-5 鄭08.10.11 33.0 35 12.0 6.0 45.0 47.0 12.0 12.0 3.0 4.6 7.0 7.5 120.7 658-7 鄭08.10.11 37.0 49 13.0 4.6 41.0 44.0 12.0 12.0 2.5 4.0 9.0 10.0 115.26 658-8 郭 614 08.10.24 25.0 32.0 8.0 6.0 42.0 43.0 12.0 12.

20、0 2.0 4.9 7.9 8.5 122.6 郭08.10.21 35.0 38.0 10.0 6.0 41.0 48.0 12.0 12.0 2.5 5.0 8.7 9.5 110.2 615-5 郭 616 08.10.21 36.0 37.0 14.0 3.8 45.2 50.0 12.0 12.0 3.0 4.8 9.0 9.1 124.2 序號(hào)井號(hào)壓裂目的施工日期層位厚度措施一個(gè)月后正常產(chǎn)狀日產(chǎn)油備注液油含水（ m）（ t ）1 郭 614 新段壓裂08.10.11 2 C6（m 3/d ）（m 3/d ）（）剛大修完，排液期2 郭 615-5 新段壓裂08.10.11 2 C69

21、.0 正在大修，暫未修好3 郭 616 新段壓裂08.10.11 2 C64 鄭 658-5 新段壓裂08.10.24 2 C65 鄭 658-7 新段壓裂08.10.21 2 C611.2 6 鄭 658-8 新段壓裂08.10.21 2 C611.0 投入產(chǎn)出比計(jì)算：?jiǎn)尉畨毫言O(shè)備費(fèi)用按均價(jià)5 萬(wàn)元人民幣計(jì)，藥劑費(fèi)用按均價(jià)3 萬(wàn)元人民幣計(jì)，技術(shù)服務(wù)費(fèi)按均價(jià) 3.8 萬(wàn)元人民幣計(jì)， 6 口井累計(jì)投入： 6 （5+3+3.8）=70.8 萬(wàn)元人民幣。累計(jì)增油噸，按原油市場(chǎng)價(jià) 4000.00 元/ 噸計(jì)，累計(jì)產(chǎn)出 :1034.37 0.4=413.7 萬(wàn)元人 民幣。投入產(chǎn)出比為 : 70.8:= 1：三、存在的問(wèn)題及取得的認(rèn)識(shí) 1 存在的問(wèn)題 1）、作業(yè)隊(duì)未