中原油田采油一廠 陸詩文 楊洪亮 喻景華 史江紅 于亞婧

轉(zhuǎn)向壓裂配套關(guān)鍵技術(shù)研究

中原油田采油一廠 陸詩文 楊洪亮 喻景華 史江紅 于亞婧

在低滲透油藏的油田，油井幾乎都采用壓裂投產(chǎn)的方式。本文，筆者研究了轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)的原理及特點(diǎn)，分析了轉(zhuǎn)向壓裂裂縫轉(zhuǎn)向的機(jī)理，介紹了轉(zhuǎn)向劑的性能及優(yōu)選、壓裂液配制、轉(zhuǎn)向壓裂井層優(yōu)選原則及壓裂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)等轉(zhuǎn)向壓裂配套關(guān)鍵技術(shù)。

一、裂縫轉(zhuǎn)向機(jī)理分析

根據(jù)巖石力學(xué)、水力壓裂力學(xué)理論，裂縫的啟裂和延伸與地應(yīng)力密切相關(guān)，無論裂縫在何處啟裂，它總是沿著最大主應(yīng)力方向延伸，是由儲層壓力、構(gòu)造壓力變化等多種因素綜合引起的地應(yīng)力場變化的結(jié)果。

初次壓裂和壓裂后生產(chǎn)將導(dǎo)致由井筒和壓裂裂縫組成的一個橢圓形區(qū)域內(nèi)孔隙壓力的重新分布，產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力區(qū)。一般情況下，最大誘導(dǎo)應(yīng)力等于裂縫閉合后作用在支撐劑上的凈壓力，它垂直于裂縫，最小誘導(dǎo)應(yīng)力平行于裂縫。也就是說，由于裂縫附近的誘導(dǎo)應(yīng)力區(qū)形狀被拉伸，最大和最小水平主應(yīng)力有時就發(fā)生反轉(zhuǎn)，即最大變?yōu)樽钚?，最小變?yōu)樽畲?。受這種誘導(dǎo)應(yīng)力的影響和控制，重復(fù)壓裂時裂縫啟裂的方向就會垂直于初次壓裂裂縫的方向延伸，一直到達(dá)橢圓形應(yīng)力反轉(zhuǎn)區(qū)的邊界。在橢圓形邊界上，兩個水平應(yīng)力相等。在應(yīng)力反轉(zhuǎn)橢圓區(qū)之外，重復(fù)壓裂裂縫方向?qū)l(fā)生轉(zhuǎn)向，最后平行于初次壓裂裂縫方向延伸（圖1）。

二、轉(zhuǎn)向劑性能及優(yōu)選

在地面高溫高壓下通過交聯(lián)反應(yīng)以及物理法的勢能活化得到的顆粒型轉(zhuǎn)向劑，是化學(xué)反應(yīng)與物理勢能相互催化的復(fù)合體。在應(yīng)用時，顆粒隨液體進(jìn)入裂縫后，在壓力差下獲得勢能后繼續(xù)反應(yīng)交聯(lián)，形成高強(qiáng)度的濾餅，從而既具備顆粒性的高強(qiáng)度，又具備了交聯(lián)型堵劑良好的封堵率。因此轉(zhuǎn)向劑應(yīng)具備強(qiáng)度高、水溶性好、適合目前的設(shè)備條件、滿足投球器一次投15kg要求、用量少和費(fèi)用低等特點(diǎn)。

三、配套壓裂液

壓裂液在水力壓裂過程中起著傳遞壓力、形成和延伸裂縫、攜帶支撐劑的作用。進(jìn)行轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂的井，由于地層能量及油氣飽和度的降低，因此對轉(zhuǎn)向壓裂的工藝要求更高。壓裂液不僅要滿足高砂比工藝條件，還要盡可能地降低對地層的傷害及降低壓裂液的摩阻。因此，壓裂液應(yīng)具有以下特性。

1.與地層巖石和地下流體具有良好的配伍性。

2.良好的熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性。

3.具有較好攜砂性，同時具有低濾失、快速破膠、低殘?jiān)⒁追蹬诺忍攸c(diǎn)，可以保證轉(zhuǎn)向壓裂工藝的成功實(shí)施。

四、轉(zhuǎn)向壓裂井層優(yōu)選

結(jié)合國內(nèi)外的理論研究與實(shí)踐，為了獲得好的轉(zhuǎn)向壓裂效果，應(yīng)考慮下述原則。

1.油井必須具有足夠的剩余儲量和地層能量，這是取得轉(zhuǎn)向壓裂效果的基本條件。

2.需壓裂改造儲層受注水控制，需壓裂引效，但老裂縫方位與注采連通方向交角比較小，常規(guī)重復(fù)壓裂可能造成水竄，需要改變?nèi)斯ち芽p方位的井層。

3.優(yōu)先選擇前次壓裂由于施工原因造成施工失敗（如早期脫砂）井，前次改造規(guī)模不夠、對裂縫支撐不夠及改造后支撐劑破碎的井。

4.選井要注意井況，應(yīng)選擇套管狀況及強(qiáng)度具備條件，最好距邊底水、氣頂有一定距離，有較好遮擋層的井層。

五、轉(zhuǎn)向壓裂工藝設(shè)計(jì)

裂縫擴(kuò)展延伸規(guī)律受地應(yīng)力大小和分布、巖石力學(xué)性質(zhì)、地層流體特性等各種因素的綜合影響，其中施工壓力、排量、規(guī)模、攜帶液流變性等可控制因素是控制裂縫高度壓裂數(shù)值模擬和壓裂設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。轉(zhuǎn)向劑的泵入時間、合理用量及其形成的應(yīng)力差是控制裂縫高度和壓裂設(shè)計(jì)的核心。因此，控制裂縫高度壓裂工藝設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下的方法和步驟。

1.根據(jù)垂向應(yīng)力剖面的分布大小，利用全三維軟件進(jìn)行壓裂動態(tài)模擬，確定裂縫縫高的延伸情況，并模擬不同應(yīng)力差時裂縫縫高擴(kuò)展情況，確定最佳的應(yīng)力差。

2.根據(jù)壓裂模擬及射孔方案，確定采用轉(zhuǎn)向劑的類型和最佳用量。

3.確定加入轉(zhuǎn)向劑最佳排量，優(yōu)化泵注參數(shù)，從而確定最佳施工方案。

4.結(jié)合三維裂縫擴(kuò)展延伸規(guī)律，模擬支撐劑的運(yùn)移和分布規(guī)律，進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測及經(jīng)濟(jì)評價，實(shí)現(xiàn)凈現(xiàn)值最大化。