楊建新++尤立紅++趙亮

[摘 要]重復(fù)壓裂是油田進(jìn)一步增產(chǎn)挖潛的重要技術(shù)手段，重復(fù)壓裂產(chǎn)生的裂縫方向取決于地應(yīng)力狀態(tài)，儲(chǔ)層中的應(yīng)力分布尤其是水平主應(yīng)力方向的應(yīng)力變化控制著重復(fù)壓裂裂縫的起裂方位和延伸方向。張開(kāi)的初次人工裂縫、鄰井注/采生產(chǎn)時(shí)地層溫度變化和孔隙壓力變化是導(dǎo)致應(yīng)力重定向的主要因素。本文綜述了誘導(dǎo)應(yīng)力促使原地應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)向的力學(xué)機(jī)理，調(diào)研和總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于重復(fù)壓裂理論的最新研究成果與技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]重復(fù)壓裂 地應(yīng)力場(chǎng) 誘導(dǎo)應(yīng)力 工藝技術(shù)

中圖分類號(hào)：F426.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）20-0048-01

水力壓裂技術(shù)是低滲透油氣藏改造的主要措施，但經(jīng)過(guò)水力壓裂后的油氣井，在生產(chǎn)過(guò)程中由于種種原因可能導(dǎo)致水力裂縫失效。對(duì)這類油氣井很自然就會(huì)采取重復(fù)壓裂措施以保證油藏穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、提高油氣采收率。目前美國(guó)壓裂井的近1/3為重復(fù)壓裂井。重復(fù)壓裂的裂縫延伸機(jī)理研究以及重復(fù)壓裂的可行工藝技術(shù)探討是重復(fù)壓裂施工成功與否的重要課題。

1 重復(fù)壓裂井筒附近應(yīng)力場(chǎng)

油層從投產(chǎn)到重復(fù)壓裂施工大致可以分為三個(gè)過(guò)程：鉆井形成井眼過(guò)程；初次壓裂施工過(guò)程；生產(chǎn)和注水過(guò)程。所以，重復(fù)壓裂前井筒及裂縫附近的總應(yīng)力場(chǎng)可以看作是下面三種應(yīng)力場(chǎng)的疊加：（1）鉆井成孔后的地應(yīng)力場(chǎng)，這是原地應(yīng)力場(chǎng)與井眼誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)的疊加；（2）初次人工裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)證明，人工裂縫的存在能改變近井地帶地應(yīng)力的大小和方向；（3）生產(chǎn)/注入過(guò)程中由于地層孔隙壓力變化形成的誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)。以上應(yīng)力場(chǎng)疊加后，如果誘導(dǎo)應(yīng)力差大于原始水平主應(yīng)力的初始應(yīng)力差，應(yīng)力場(chǎng)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向。

1.1 初次人工裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力

根據(jù)彈性力學(xué)理論，引入平面問(wèn)題規(guī)律的二維雙調(diào)和方程和傅立葉積分變換，經(jīng)過(guò)變換就可得到二維垂直裂縫所誘導(dǎo)的應(yīng)力場(chǎng)為：

（1）

（2）

（3）

式中：p是縫內(nèi)壓力，c是裂縫高度的一半。

1.2 地層孔隙壓力誘導(dǎo)應(yīng)力

考慮無(wú)限大、水平等厚的均質(zhì)儲(chǔ)層，儲(chǔ)層的頂、底界面均為不滲透層?；炯僭O(shè)為：1）應(yīng)力場(chǎng)處于平面應(yīng)變狀態(tài)；2）儲(chǔ)層均質(zhì)各向異性，巖石為線彈性多孔介質(zhì)，孔隙壓力的變化完全由注/采生產(chǎn)引起；3）儲(chǔ)層流體為單相等溫流動(dòng)，微可壓縮，服從達(dá)西定律；4）忽略重力、毛管力對(duì)滲流的影響；5）裂縫為流量均布型垂直裂縫，裂縫高度與儲(chǔ)層相等。

根據(jù)彈性力學(xué)以及流固耦合推導(dǎo)得出地層孔隙壓力誘導(dǎo)應(yīng)力為：

（4）

（5）

式中：rp為孔隙壓力徑向誘導(dǎo)應(yīng)力，θp孔隙壓力周向誘導(dǎo)應(yīng)力，pw為井底壓力，rw為井眼半徑，p0為儲(chǔ)層壓力。

1.3 井筒附近總應(yīng)力場(chǎng)

重復(fù)壓裂前井筒附近的地應(yīng)力場(chǎng)分布情況，在距離井眼一定距離后，初始最大、最小主應(yīng)力大小關(guān)系發(fā)生了改變，超出這個(gè)范圍之后應(yīng)力場(chǎng)又逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)下。該結(jié)果表明一定條件下，重復(fù)壓裂的新裂縫將沿著新的方位起裂，當(dāng)延伸一段長(zhǎng)度后，裂縫超過(guò)應(yīng)力重定向橢圓區(qū)，恢復(fù)到初次裂縫方向繼續(xù)延伸，即新裂縫呈近“S”形延伸。

2 重復(fù)壓裂工藝技術(shù)

2.1 常規(guī)重復(fù)壓裂

油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于壓力、溫度等環(huán)境條件的改變，引起原有壓裂裂縫失效。為了獲得較長(zhǎng)的增產(chǎn)有效期，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)重復(fù)壓裂規(guī)模。

常規(guī)重復(fù)壓裂有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）有效延伸原有的裂縫系統(tǒng)：在縫端產(chǎn)生與原裂縫成一定角度的新裂縫，使裂縫面與更大面積的含油層相接觸，擴(kuò)大了泄油半徑，增加原裂縫系統(tǒng)油流通道。

2）沖洗裂縫面：在原造的裂縫面上，由于被壓裂液的殘?jiān)氯驂毫岩盒纬傻臑V餅過(guò)厚過(guò)結(jié)實(shí)，影響裂縫面的滲流，對(duì)它進(jìn)行有效的清洗，并將堵塞物返回油井。

3）再填充支撐劑：壓裂井隨生產(chǎn)時(shí)間增長(zhǎng)，支撐劑破碎率、嵌入程度都會(huì)不斷增加。老縫重復(fù)壓裂可以再次填充高導(dǎo)流能力的支撐劑，又可以改進(jìn)加砂方法，從而增加了裂縫的導(dǎo)流能力。

2.2 改向重復(fù)壓裂

由于裂縫滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基質(zhì)滲透率，當(dāng)老油田的低滲透層處于高含水期時(shí)，老裂縫控制的原油已接近全部采出，裂縫成了主要出水通道，但某些井在現(xiàn)有開(kāi)采條件下尚控制有一定的剩余可采儲(chǔ)量。為此，必須實(shí)施改向重復(fù)壓裂新技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是，采用一種高強(qiáng)度的裂縫堵劑有選擇性地進(jìn)入并有效封堵原有壓裂裂縫和射孔孔眼，但不能進(jìn)入地層孔隙而堵塞巖石孔隙；然后采用定向射孔技術(shù)重新射孔以保證重復(fù)壓裂時(shí)使裂縫改向，在不同于老裂縫的方位，形成新的裂縫；最后再在產(chǎn)層射孔，從而采出最小主應(yīng)力方向或接近最小主應(yīng)力方向泄油面積的原油，實(shí)現(xiàn)控水增油。實(shí)施這種重復(fù)壓裂要求堵劑強(qiáng)度至少要高于產(chǎn)層破裂壓力，這是保證形成新裂縫的關(guān)鍵之一。

2.3 暫堵重復(fù)壓裂

近期Barnett使用可降解暫堵劑來(lái)進(jìn)行多級(jí)滑溜水重復(fù)壓裂。該技術(shù)特別適合于水平井的重復(fù)壓裂增產(chǎn)措施。在施工過(guò)程中，裂縫轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用于創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)的網(wǎng)狀橋塞。這將導(dǎo)致壓差增加并引起裂縫沿水平待增產(chǎn)孔段重新定向。這種技術(shù)不僅能消除力學(xué)因素對(duì)裂縫轉(zhuǎn)向的干預(yù)，而且能夠通過(guò)微地震監(jiān)測(cè)對(duì)壓裂施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化。

該技術(shù)的優(yōu)化施工流程，暫堵劑將會(huì)在現(xiàn)有的裂縫系統(tǒng)中生成一個(gè)臨時(shí)的漿塞，暫堵劑中含有可降解纖維基，其目的是暫堵現(xiàn)有的或正在產(chǎn)生的裂縫系統(tǒng)通路，并產(chǎn)生足以在儲(chǔ)層新區(qū)域產(chǎn)生并傳播新裂縫的壓降。當(dāng)該技術(shù)應(yīng)用在頁(yè)巖地層，它需要估計(jì)裂縫和地層參數(shù)，如估計(jì)近井地帶的裂縫寬度、增產(chǎn)體積以及天然裂縫密度。因此，這種技術(shù)與實(shí)時(shí)微震解釋的結(jié)合運(yùn)用非常重要，這樣就可以校準(zhǔn)地層參數(shù)以及調(diào)整不同階段轉(zhuǎn)暫堵劑配方。

Barnett的井A和井B進(jìn)行了暫堵重復(fù)壓裂施工，再次壓裂后這兩口井的天然氣產(chǎn)量顯著增加（井A，1600Mcf/d；井B，1200Mcf/d）。井A的數(shù)據(jù)表明，暫堵重復(fù)壓裂技術(shù)的應(yīng)用使這口井的最終采收率（EUR）比估計(jì)的最終采收率高了20%。對(duì)井B進(jìn)行類似的分析表明，該措施大約增加了2.5億立方英尺的可采儲(chǔ)量。

3 認(rèn)識(shí)

重復(fù)壓裂技術(shù)是油氣田綜合治理的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，是提高低產(chǎn)壓裂井產(chǎn)量的有效途徑之一。目前，我國(guó)已進(jìn)入老油田中高含水期開(kāi)發(fā)階段以及非常規(guī)油氣藏勘探開(kāi)發(fā)階段，重復(fù)壓裂技術(shù)已經(jīng)成為老油田與非常規(guī)油氣藏增產(chǎn)的有效措施，明確重復(fù)壓裂的裂縫延伸機(jī)理，探討高效的重復(fù)壓裂技術(shù)，特別是在我國(guó)還未實(shí)施過(guò)的結(jié)合微地震監(jiān)測(cè)的多次暫堵壓裂技術(shù)，將是重復(fù)壓裂有效應(yīng)用到油田的關(guān)鍵，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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