正理莊油田裂縫性低滲油層壓裂工藝技術探討

趙彥云

摘 要：從正理莊油層應力及濾失分析入手，對低滲透油田壓裂施工油層的天然裂縫進行分析，依據儲層天然裂縫發育特性，有針對性的選擇壓裂施工藝，優化參數，提高施工成功率，取得較好的壓裂效果。

關鍵詞： 裂縫性油層；壓裂；參數；效果

前言

油藏都存在天然縫，形成的力學性質分為：張性和剪性裂縫。油藏在正常壓力條件下，受表面張力、地應力的綜合作用，低滲儲層中天然縫處于閉合狀態，油氣無法運移。但在壓裂施工中，人造裂縫穿過天然裂縫時，裂縫的張應力逐漸增加，使閉合的裂縫張開或具有的張開趨勢，造成壓裂液在地層的濾失量大大增加，影響壓裂效果。因此，在對這類儲層進行壓裂設計時，就要考慮天然縫對壓裂施工的影響，選擇合適的工藝、壓裂液非常必要。

一、油層天然縫應力變化分析

開發中獲取的巖心、測井資料表明，低滲油層天然縫多為高角度縫，縫的傾角>61o。當縫面為彈性接觸時，正常狀態下天然縫縫面法向應力與最大、最小水平主應力及縫面與最大水平主應力夾角有關。

正理莊油田的油藏最大、最小水平主應力差一般為18～32MPa⑴，取最小水平主應力約為49MPa（油藏深度為3200m左右），對不同應力差及縫內凈壓力下天然縫面有效應力進行了計算，根據計算得出如下結論：人造裂縫穿過天然縫時，隨著天然縫與最大水平主應力間夾角不同，縫面法向應力產生變化，假設在其它參數不變時，近平行或近垂直于最大水平主應力方向的天然縫，其法向應力最低。人造裂縫穿過天然縫后，縫面有效法向應力降幅較大，其值等于人造裂縫內流體壓力。近平行或近垂直的天然縫被人造裂縫穿透后其縫面有效法向應力最易小于或等于零，這種情況下天然縫最容易張開。天然縫方位相同，水平主應力差越大，縫面法向應力越大，縫面張開的可能性越小。

二、儲油層天然縫在壓裂施工過程的濾失

正理莊油層壓裂施工過程中，壓裂液在油層中的濾失受壓裂液造壁性、儲層流體粘度及其壓縮性、壓裂液粘度三種機理控制，在裂縫性低滲油層中，當人造裂縫穿過天然縫后，縫面有效法向應力降低，引起裂縫滲透率增大。在天然縫未張開的情況下，這一變化可用下式表示：

通過計算表明，在天然縫未張開的情況下，隨縫內流體壓力的增大，天然縫滲透率可達到原始滲透率的數十甚至上百倍，相應的壓裂液濾失量也會數倍、數十倍的增大，使壓裂液效率大幅降低，引起壓裂施工過程中發生砂堵。返排時，天然縫先于人造裂縫閉合，其滲透率又恢復至原始較低值，壓裂液不能得到及時返排，影響壓裂效果。因此，了解天然縫的濾失特征，優化壓裂設計，有針對性的采取降濾措施，在壓裂施工中非常重要。

三、正理莊油層壓裂技術

油層天然裂縫的存在增大了壓裂施工中壓裂液濾失速率，一旦裂縫張開，甚至形成多條裂縫，使人造裂縫的延伸及其幾何形態更為復雜，施工難度隨之增大。正理莊油田也不例外，在現場實踐過程中，許多針對裂縫性低滲油層特征的壓裂改造技術得到應用和發展，這些技術措施一般可分為兩類：

一是根據儲層的特征，合理選擇施工排量、支撐劑粒徑、加砂比等壓裂施工參數。

二是降低壓裂液濾失速率，提高壓裂液效率的降濾失措施。

由于天然縫發育的復雜性，在采取必要的降濾措施的同時，通過加大施工排量、增加前置液量來提高施工成功率。同時，也采取小粒徑、低砂比、分段加砂等工藝措施來實現充分改造的目的，這幾項工藝可根據儲層滲透率，結合允許支撐劑進入裂縫的準則來選擇。根據室內模擬結果，支撐劑進入裂縫需滿足以下條件：

a、 支撐劑固體體積分數 時，裂縫平均寬度 必須大于

；

b、 當 時， 裂縫平均寬度 必須大于 。

根據以上條件及現場經驗，可合理確定加砂比或支撐劑粒徑，如目前常用的0.55～0.95mm陶粒，其單位體積顆粒體積分數約為65%，當砂比為32%時，支撐劑體積分數為19%，若保持或繼續提高砂比，就需要更大的裂縫寬度，否則，就會因縫寬不足而使支撐劑在裂縫中堆積，導致施工失敗。

針對正理莊油田油藏儲層物性特點、不同類型油井的具體數據，我們在合理優化的基礎上選擇了以下幾方面的壓裂工藝，并取得了很好的效果。

1、灘壩砂壓裂技術

2004年8月對高89塊的高89-1實施了當時勝利局規模最大的壓裂措施，壓裂液470m3，加砂66m3，壓后自噴日油32噸，自噴15個月后轉抽，效果顯著。2006年3月在油層跨度最大（79.3m），小層數最多（24個小層）的高891塊的高891-10井上，實施了勝利局最大的一口壓裂井，設計加砂121m3，實際加砂73m3，當時是全局規模最大的一口井。至目前，相繼在高89、樊147等灘壩砂低滲透油藏推廣應用。

2、水平井連續油管壓裂工藝

在梁8平1、樊147平2、樊147平1等井實施成功，取得增油223噸的好效果。

3、水平井分段射孔、壓裂工藝

在純75平1井實施成功，取得增油，21噸的好效果。

四、裂縫性低滲油層壓裂工藝的應用效果

根據正理莊油田不同區塊低滲油層天然裂縫發育情況，采取相應的裂縫性低滲油層壓裂工藝，在裂縫性低滲油層壓裂施工中分別采取了加粉陶、OSR降濾等施工工藝，獲得了較好效果。2010-2018年，共實施壓裂井合計230口，當年增產原油20萬噸。

公式符號意義：

K ---外力作用下天然裂縫滲透率，×10-3μm2

Ko --------- 天然裂縫滲透率，×10-3μm2

C -----------常數

---------常數

P -----------天然裂縫內流體壓力，MPa

σ---------- 天然裂縫面應力，MPa

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