遼河油田大位移井壓裂技術研究

摘 要:本文綜述了近年來國內外大位移井壓裂技術的發展，同時通過對遼河油田灘海地區低滲透油藏地質特點、生產特點的研究和分析，論證了大位移井壓裂技術在遼河油田應用的可行性、必要性及其廣闊前景。

關鍵詞:大位移井 壓裂 遼河 初探

中圖分類號:TE357文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0088-01

由于大位移井在油田勘探和開發中發揮出良好的開采效果和經濟效益，鉆井數量逐年上升，已經成為海上、淺海、特殊油氣藏開發的一種重要手段，其中，相當一部分大位移井處于低滲透油藏中，因此，對大位移井壓裂技術深入研究很有必要，近些年，國內外在這個領域的研究和應用越來越廣泛。

1 國內外大位移井壓裂技術發展

與垂直井、斜直定向井、普通定向井和水平井相比，大位移井的井身結構更加復雜，井斜和方位都不斷發生變化。近年來，國內外對大位移井壓裂的裂縫起裂壓力和方位、最佳裂縫條數優化、縱向擴展和垂向延伸規律、施工壓力預測、壓裂工具及其井下受力狀態、可能產生砂堵的原因及其解決方法、數值模擬軟件等方面都開展了大量的研究。

1.1 裂縫起裂規律研究

由于大位移井井身發生傾斜，有的斜角甚至達到80°以上，因此，大位移井的壓裂裂縫起裂與垂直井、普通定向井有顯著差別，起裂模式對井眼軌跡(井斜角、方位等和地應力方位都是密切相關的。然而根據地應力方位與井斜方位之間的關系，裂縫起裂通常有橫向裂縫和縱向裂縫兩種表現形式。

對于斜井的裂縫起裂分析，Bradley認識到剪切應力的重要性，提出了一套計算井筒周圍應力分量的公式;C.H.Yew和Y.Li等應用三位彈性理論分析了斜井的壓裂，推導了一套計算井筒周圍應力分量的公式，同時還認為，平面外正應力和剪切應力分量將影響裂縫起裂壓力的大小以及裂縫位置和方位，他們還應用最小應變能密度準則研究了裂縫平面的偏離，結果表明井壁表面上的裂縫相對于井軸方向傾斜一個角度，由此裂縫線所產生的水力裂縫平面將偏離初始裂縫線形成的平面;C.H.Yew等詳細提出了斜井壓裂設計的技術概念和方法，改進了以前的坐標系統，提出一種新的坐標變換，分析了裸眼井復合裂縫相互連接所要求的裸眼間距以及套管井中套管對孔位和孔密的影響，建立了裂縫相互連接的判據。從而得到簡化的垂直井筒和水平井筒的起裂結果。

1.2 最佳裂縫條數研究

大位移井井身位移長，為了使壓后生產達到最優，充分發揮大位移井的生產潛力，優化大位移井的裂縫條數是大位移井壓裂改造前必須得到一個關鍵的內容。

前人曾對水平井壓裂設計中的裂縫條數優化加大了研究，基本思路都是圍繞建立水平井壓裂后多裂縫(或多條天然裂縫)生產產能的解析模型和數值模型，結合壓裂經濟評價模型，確定水平井壓裂的最優生產裂縫條數。

事實上，對于大位移井的壓裂裂縫條數優選模型，但迄今為止卻沒有明確的報道。由于大位移井井身位移長，而水平井僅僅可以看作是大位移井的一個特例，盡管這樣，如果能夠全面的考慮，但對于大位移井的壓裂裂縫條數優選問題還是可以借鑒水平井的技術方法的。

1.3 裂縫垂直延伸研究

大位移井可以同時穿越多個層位，可能穿透上下隔層而垂直延伸。Cleary認為產層與隔層之間的原地應力差、彈性模量差、斷裂韌性差、界面強度以及裂縫中壓裂液壓力分布和壓裂液的流變性等都會對縫垂向延伸產生很大影響。

美國Lawrence Livermore實驗室實驗研究了產層和隔層間界面強度對裂縫垂向延伸的影響，認為當界面強度足夠大時，裂縫是否進入隔層與油層和隔層之間的巖石力學性質差異有關。 目前國內外專家一致認為，產層和隔層的水平地應力差是影響裂縫垂向延伸的關鍵因素。胡永泉等采用正交分析方法，模擬裂縫高度的影響因素，提出了控制裂縫高度延伸的工藝措施;盧修峰等分析了垂直裂縫高度人工控制機理及實施作業參數;李峰等分析了原地應力、巖層性質和壓裂液密度等因素對裂縫垂向擴展的影響，提出了預測裂縫高度的簡單計算方法。

1.4 地面施工泵壓預測研究

大位移井壓裂過程中，需要較高泵注排量來實現支撐劑的有效輸送，這樣，就會產生很高的施工泵壓高，因此，地面施工泵壓預測準確與否將影響施工成敗。目前對于大位移井泵壓預測的難點在于缺乏精確的流體摩擦模式，大位移井摩阻壓力預測遠比垂直井中要困難。Bilden等曾觀察到大位移井壓裂中出現“異常”或升高的地面施工壓力，表明了大位移井的井筒摩阻與垂直井中的區別。國內周代余建立了大位移壓裂井地面施工泵壓預測分析方法，并進行了部分實例計算。

2 遼河油田大位移壓裂井應用可行性分析

遼河油田灘海地區油氣儲量豐富，在已發現的太陽島、葵花島、筆架嶺、海南等區塊，灘海地區已經成為遼河油田油氣生產的重要后備接替區。

近幾年在海南3塊進行了前期壓裂改造試驗，取得了較好的效果，2005年以來，累計進行現場壓裂施工21井次，累計增油2.2×104t，從現場試驗來看，取得了比較理想的增產效果，但在后期開發過程中也遇到了許多困難，增產效果明顯變差。分析原因主要是因為大斜度井與普通直井相比，壓裂施工時加砂難度較大，且容易產生砂堵，因此目前加砂量都在40m3以內，但由于儲層厚度較大，這種規模的壓裂只能對近井地帶裂縫較發育的儲層見效。

如在這類油藏中進行水平井、大位移井鉆井，情況就會發生改變，在水平井、大位移井中進行壓裂，可產生多裂縫系統，這種多裂縫可在儲層中溝通比垂直井壓裂更多的天然裂縫，這樣，在同等加砂規模條件下，大位移井、水平井壓裂效果要比垂直井壓裂效果好的多。因此，在遼河油田進行大位移井壓裂是非常可行的。而且灘海地區由于地理受到條件所限，主要以定向大斜度井開發方式為主，大斜度井壓裂技術的發展與不斷完善，必將為遼河灘海地區油氣田的開發注入新的動力，大斜度井壓裂技術在遼河油田應用前景十分廣闊。

3 結語

(1)國內外對于大位移井壓裂技術在理論上已經進行了較深入、有益的研究和探索;(2)國內外在大位移井壓裂現場施工經驗相對較少;(3)通過大位移井壓裂改善遼河油田灘海地區開采效果是十分可行的;(4)遼河油田應進一步加強大位移井壓裂現場施工工藝，特別是穩定性強的大位移井壓裂工具的研究工作。