裂縫性油藏水力壓裂多裂縫控制技術(shù)

鄧明堅(jiān) 杜高強(qiáng) 李萬軍

(1.中石化江漢油田分公司采油工藝研究院 湖北武漢 430035)

(2.中石化江漢油田分公司坪北經(jīng)理部 陜西安塞 717462)

(3.中石化江漢油田分公司清河采油廠 山東壽光 262714)

一、引言

裂縫性油藏的一個(gè)特征是油層存在隱含或張開的天然裂縫，這與普通油藏相比有一些不同之處。但是大多數(shù)裂縫在原地應(yīng)力條件下并未張開，只是在鉆井、注水、壓裂等人工誘導(dǎo)后才張開成為有效縫。

裂縫性油藏的特點(diǎn)致使在水力壓裂時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下的情況：①儲(chǔ)層微裂縫發(fā)育，易產(chǎn)生多裂縫；②儲(chǔ)層巖石楊氏模量高，水平方向應(yīng)力差大，裂縫寬度較??；③垂向與水平應(yīng)力差小，壓后形成復(fù)雜立體裂縫系統(tǒng)。在施工過程中表現(xiàn)為：施工壓力高，易砂堵，有效縫長小。小型壓裂曲線擬合顯示：施工中后期多裂縫數(shù)量明顯增加，濾失增加液體效率迅速降低；導(dǎo)致裂縫寬度變窄，施工凈壓力不斷上升，表示出現(xiàn)了多裂縫。因此，控制多裂縫是裂縫性油藏水力壓裂施工成敗的關(guān)鍵。

二、水力壓裂裂縫控制技術(shù)

1.多條裂縫控制機(jī)理

根據(jù)水力壓裂極限縫寬理論，裂縫寬度由鋪砂濃度、支撐砂粒徑等決定，而支撐砂粒徑與壓裂液的砂比又相互影響，即

其中W—壓裂縫寬；D—壓裂砂粒徑；Cv—鋪砂濃度；Ccs—砂堵時(shí)的砂濃度。

通過合理設(shè)計(jì)支撐劑粒徑及濃度等，利用可控的次級(jí)裂縫加砂暫堵技術(shù)，增加主裂縫寬度，減少裂縫條數(shù)，以確保主裂縫的正常延伸，達(dá)到增產(chǎn)目的。需要考慮的問題是：既要有效封堵多裂縫，又不能造成砂堵。因此其技術(shù)關(guān)鍵是：粒徑優(yōu)選、段塞級(jí)數(shù)設(shè)置、段塞支撐劑的濃度以及段塞注入時(shí)機(jī)等。

為了控制裂縫性油藏水力壓裂無效裂縫，施工的基本程序同時(shí)考慮進(jìn)行調(diào)整：將原來壓裂施工中的前置液量降低，在裂縫開啟時(shí)擠入段塞進(jìn)行封堵，隨著時(shí)間延長，原來的多裂縫長度延伸、寬度增加受到抑制，確保主裂縫的長度和寬度。

2.多條裂縫控制工藝

根據(jù)以上裂縫控制機(jī)理，實(shí)現(xiàn)多裂縫控制的工藝主要分為以下幾個(gè)步驟：

(1)段塞粒徑優(yōu)選

支撐劑粒徑太小，無法實(shí)現(xiàn)有效堵塞天然裂縫；支撐劑粒徑過大，可能出現(xiàn)過早脫砂，造成砂堵。

以江漢油田潭口油區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行理論計(jì)算和數(shù)值模擬的結(jié)果表明，與天然裂縫寬度相適應(yīng)的段塞支撐劑粒徑和支撐劑尺寸之間具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表1.

表1 適應(yīng)天然裂縫寬度的段塞支撐劑設(shè)計(jì)結(jié)果

0.38～0.830.25～0.55<0.15>1.20.8～1.5<0.520/4030/60100

(2)段塞注入時(shí)機(jī)設(shè)置

段塞注入過早，人工裂縫縫寬過小，形成砂堵；段塞注入過遲，人工裂縫縫寬過大，達(dá)不到控制多裂縫的目的。

以液體效率≥80%優(yōu)化設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果表明段塞注入時(shí)機(jī)為前置液5～15m3后加入為宜。

(3)鋪砂濃度設(shè)計(jì)

段塞濃度設(shè)計(jì)的依據(jù)是多裂縫縫寬，臨界縫寬對(duì)應(yīng)的砂濃度則為極限鋪砂濃度。

(4)級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)測試壓裂分析所表現(xiàn)出來的多裂縫數(shù)量和與之相對(duì)于的閉合壓力值的大小，進(jìn)行段塞級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)。需要根據(jù)單井實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)際分析。

(5)段塞液量優(yōu)化

段塞液量的優(yōu)化需綜合考慮裂縫的三維參數(shù)，即需要考慮縫寬要求、儲(chǔ)層垂厚及多裂縫的發(fā)育程度，以江漢油田潭口油區(qū)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)為6～10m3段塞液量。

三、礦場實(shí)施情況及效果分析

自2011年以來，多裂縫高砂比段塞控制技術(shù)在礦場應(yīng)用22井次，與常規(guī)壓裂工藝38井次情況進(jìn)行對(duì)比取得了較好的效果，見表2.

表2 多裂縫高砂比段塞控制技術(shù)應(yīng)用效果對(duì)比

如JH-T8P2井水平段長950m，采用裸眼管外封隔器分11段壓裂，前2采用常規(guī)段塞，均發(fā)生砂堵，平均加砂14.5m3；后9段嘗試采用高砂比段塞施工均順利完成，每段平均加砂24.3m3。

JH-T8P2井分段壓裂施工完成后，產(chǎn)液35m3/d，產(chǎn)油10m3/d，超過同一地區(qū)鄰井15%，穩(wěn)定生產(chǎn)近300天，增產(chǎn)效果良好。

四、結(jié)論和認(rèn)識(shí)

1.裂縫性油藏的原始裂縫不一定是連通的，在壓裂過程中裂縫原始狀態(tài)因被破壞而可能張開，形成誘導(dǎo)縫，溝通孤立溶孔和微孔，對(duì)生產(chǎn)井的產(chǎn)能有較大的影響；

2.根據(jù)歷史生產(chǎn)情況，結(jié)合巖心及地應(yīng)力特征研究可以明確，多裂縫是影響裂縫性油藏壓裂效果的關(guān)鍵。

3.高砂比段塞注入壓裂工藝能有效控制多裂縫，提高了施工成功率和壓后有效期；該技術(shù)對(duì)各類微裂縫發(fā)育儲(chǔ)層具有指導(dǎo)意義。

[1]J.L吉德利等著，蔣闐單文文等譯.水力壓裂技術(shù)新發(fā)展[M]，石油工業(yè)出版社，1995.