多級(jí)投球壓裂技術(shù)在大跨度儲(chǔ)層井中應(yīng)用及特殊裂縫形態(tài)分析

摘 要：低滲區(qū)塊的路43-x井產(chǎn)層跨度近百米，儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性強(qiáng)，措施記錄復(fù)雜。對(duì)路43-x井采用多級(jí)投球選擇性壓裂工藝進(jìn)行壓裂改造，成功壓開兩條高導(dǎo)流能力長(zhǎng)縫，實(shí)現(xiàn)對(duì)各小層的均勻改造，日產(chǎn)油量從1噸提高至9.8噸，取得良好增產(chǎn)效果。根據(jù)裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果，兩條裂縫成十字交錯(cuò)狀延伸，文章對(duì)這種裂縫形態(tài)成因進(jìn)行分析解釋，并就造縫機(jī)理的施工應(yīng)用提出設(shè)想。

關(guān)鍵詞：大跨度儲(chǔ)層壓裂；投球壓裂；重復(fù)壓裂；特殊裂縫形態(tài)

前言

采用常規(guī)籠統(tǒng)壓裂工藝在大跨度、多小層儲(chǔ)層改造效果并不理想，由于整體濾失量大，各層物性參差，無法對(duì)各小層充分改造，需采取選擇性壓裂工藝，對(duì)增產(chǎn)潛力大的小層針對(duì)性改造。目前主要的選擇型壓裂工藝主要為封隔器分層壓裂工藝，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分段封隔，但是小層間需要有明顯隔層，存在砂埋封隔器的風(fēng)險(xiǎn)。投球暫堵壓裂工藝是一種選擇性壓裂工藝，在壓裂泵注時(shí)投入暫堵球，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物性儲(chǔ)層的均勻改造。通過重復(fù)壓裂對(duì)地應(yīng)力方向影響的理論研究，發(fā)現(xiàn)地層進(jìn)行壓裂改造后應(yīng)力方向會(huì)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，但該結(jié)論一直缺乏直觀的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果證實(shí)。路43-x井下部?jī)?chǔ)層進(jìn)行過籠統(tǒng)壓裂改造，通過分段壓裂，根據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，上下兩條裂縫成近120度交錯(cuò)展布，重復(fù)壓裂地應(yīng)力偏轉(zhuǎn)理論合理解釋了路43-x井特殊裂縫形態(tài)。

1 投球暫堵選擇性壓裂工藝在路43-x井應(yīng)用

投球暫堵選擇性壓裂工藝是分段壓裂一種新工藝。首先對(duì)措施改造層段精確劃分，確儲(chǔ)層造縫段數(shù)和起裂順序優(yōu)化設(shè)計(jì)投球數(shù)量。在壓裂施工過程中，物性好的地層容易進(jìn)液首先開裂，投入預(yù)定的暫堵球封堵以壓開層的射孔孔眼，迫使壓裂液轉(zhuǎn)入低滲層憋升井底壓裂，繼續(xù)壓開低滲層逐次完成各層段的壓裂改造。投球暫堵選擇性壓裂技術(shù)井下工藝簡(jiǎn)便，施工風(fēng)險(xiǎn)小，適用于大跨度非均質(zhì)儲(chǔ)層的壓裂改造。

1.1 路43-x井儲(chǔ)層條件及工藝方案

路43-x井位于路44斷塊處于留西構(gòu)造帶南端儲(chǔ)層為沙河街三段，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重、聯(lián)通性差、地層流體流通困難。路43-x井產(chǎn)層目前為22-36號(hào)層跨度117.6m，其中27-36號(hào)層（3219.6-3293.8m）進(jìn)行過籠統(tǒng)壓裂改造，22-26號(hào)層（3176-3213.8m）為新補(bǔ)空未改造層。由施工記錄來看27-36號(hào)層并未充分改造，無法查明具體壓開層位確定不了封隔器卡點(diǎn)，且27、26號(hào)層間隔很近無明顯隔層容易壓竄，所以不能采用封隔器壓裂。路43-x井采用投球暫堵選擇型壓裂工藝，先投球封堵下部27-36號(hào)層已壓開部分層段然后對(duì)22-26號(hào)層及27-36號(hào)層中未改造段中破裂壓力較低段進(jìn)行選擇性壓裂，開啟第一次新縫。隨后進(jìn)行第二次投球待壓力升高3-5MPa后再啟新縫，對(duì)22-36全井段中未改造層段進(jìn)行充分改造實(shí)現(xiàn)均勻改造。施工分兩次加砂，在第一次壓裂的前置液段和頂替液段投球施工時(shí)容易發(fā)現(xiàn)壓力變化。

1.2 路43-x井投球暫堵選擇性壓裂工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

路43-x井2016年1月19日施工，從施工曲線可以看出，在前置液階段投球，破裂壓力明顯送球到位，壓力回升穩(wěn)定裂縫延伸順利，加砂階段，壓力平穩(wěn)在55MPa左右第一段施工正常。頂替液投球壓力回落，送球到位后，壓力升至59MPa地層新裂縫開啟，施工順利完成。施工總液量363.72m3，施工總砂量40m3，經(jīng)過壓裂改造路43-38x井日產(chǎn)量由2015年12月的1噸，升至2016年2月的9.8噸，增產(chǎn)效果顯著。

2 路43-x井特殊裂縫形態(tài)分析

路43-x井施工時(shí)，采用地面微地震檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行三維成像記錄。根據(jù)記錄結(jié)果壓裂先后形成兩條裂縫：先起裂的上部裂縫方向N45°E半長(zhǎng)140m深度范圍3195-3245m，壓開25-29號(hào)層；下部裂縫方向N74°W半長(zhǎng)60m深度范圍3285-3305m，壓開34-36號(hào)層。兩條裂縫并非平行，上部裂縫方向與鄰井檢測(cè)裂縫延伸方向基本一致下部裂縫與上部裂縫夾角為119°。路43-x井所在構(gòu)造單元為斷控單斜構(gòu)造，儲(chǔ)層各小層整合接觸遠(yuǎn)離斷層可以排除地質(zhì)構(gòu)造對(duì)裂縫形態(tài)影響。兩條裂縫垂向尺寸分別在29號(hào)層下部和34號(hào)層受限，根據(jù)分析29號(hào)層和34號(hào)層孔眼在施工投球時(shí)首先被封堵，29號(hào)層和34號(hào)層在2007年壓裂施工時(shí)已經(jīng)壓開。

2.1 重復(fù)壓裂裂縫偏轉(zhuǎn)理論

壓裂井由于存在初次支撐裂縫和天然裂縫的應(yīng)力場(chǎng)分布差異會(huì)引起的孔隙壓力變化，生誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)，在兩個(gè)水平主應(yīng)力方向上均附加誘導(dǎo)應(yīng)力。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，該應(yīng)力垂直于初始支撐裂縫，最小誘導(dǎo)應(yīng)力平行于初始支撐裂縫。重復(fù)壓裂過程中，新裂縫將在應(yīng)力最弱點(diǎn)開始啟裂。如果在井筒和初始裂縫周圍，原最小水平主應(yīng)力與最大誘導(dǎo)應(yīng)力之和大于原最大水平主應(yīng)力與最小誘導(dǎo)應(yīng)力之和，二次裂縫將重新定向，裂縫啟裂的方位將垂直于初次裂縫方位。隨著裂縫向遠(yuǎn)離井筒方向不斷延伸，誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)的影響逐漸減小，在兩個(gè)水平主應(yīng)力相等橢圓形區(qū)域外，向初始裂縫方向旋轉(zhuǎn)。

綜合路43-x井施工曲線和裂縫監(jiān)測(cè)記錄可以看出，該井下部第二條裂縫受到以壓裂改造的34號(hào)層應(yīng)力場(chǎng)變化的影響，在近井筒區(qū)域，裂縫發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由于第二條裂縫開啟較晚，延伸長(zhǎng)度較短，最終形成的裂縫與原有裂縫形成夾角，和第一條裂縫交錯(cuò)。

2.2 偏轉(zhuǎn)裂縫延伸機(jī)理的應(yīng)用

對(duì)壓裂過的層位進(jìn)行重復(fù)壓裂，新產(chǎn)生的裂縫會(huì)和原有裂縫交叉形成十字形或S型裂縫，擴(kuò)大裂縫的泄流面積。油氣井的注入活動(dòng)將會(huì)引起地應(yīng)力變化。根據(jù)最近的理論研究，壓裂裂縫遠(yuǎn)端同樣會(huì)受到鄰近井的水力裂縫重新定向。水力裂縫在裂縫周圍的地層中產(chǎn)生大量的誘導(dǎo)應(yīng)力，引起裂縫周圍附近地層應(yīng)力場(chǎng)變化，由于人工支撐裂縫面面積較大，其產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力可以延伸到較遠(yuǎn)的區(qū)域。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）投球暫堵選擇性壓裂工藝，通過精細(xì)劃分層段，依次投球暫堵憋壓，可以壓開多條裂縫，適用于大跨度非均質(zhì)儲(chǔ)層改造。

（2）路43-x井壓裂裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果，直觀證明了重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向理論。

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