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多缝压裂新技术研究与试验-唐梅荣

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多缝压裂 新技术 研究 试验 唐梅荣
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第 32 卷 第 2 期2010 年 3 月石 油 钻 采 工 艺 32 2 2010文 章 编 号 : 1000 – 7393( 2010 ) 02 – 0071 – 04多 缝 压 裂 新 技 术 研 究 与 试 验唐 梅 荣   赵 振 峰   李 宪 文   赵   文( 长 庆 油 田 公 司 油 气 工 艺 研 究 院 , 陕 西 西 安   710021)摘要: 受 到 注 采 井 网 和 压 裂 工 艺 双 重 限 制 , 单 纯 增 加 缝 长 来 提 高 超 低 渗 透 油 藏 产 量 效 果 已 不 明 显 , 为 此 提 出 了 定 向 射 孔 多缝 压 裂 技 术 思 路 , 通 过 定 向 射 孔 诱 导 定 向 起 裂 , 迫 使 初 始 裂 缝 转 向 , 最 终 形 成 相 互 独 立 的 多 缝 , 进 一 步 提 高 油 层 横 向 动 用 程 度 ,扩 大 泄 油 面 积 。 通 过 物 模 研 究 , 认 识 到 射 孔 方 位 和 水 平 应 力 差 是 影 响 多 缝 形 成 的 关 键 因 素 , 在 此 认 识 上 , 优 化 了 压 裂 工 艺 。 华庆 地 区 现 场 试 验 2 口 井 , 通 过 净 压 力 拟 合 和 微 地 震 裂 缝 监 测 等 手 段 分 析 , 初 步 证 实 层 内 形 成 了 独 立 多 缝 。 投 产 初 期 , 试 验 井 相比 邻 井 井 均 日 增 油 t( 增 幅 约 26% ) , 实 践 证 明 通 过 多 缝 压 裂 提 高 泄 油 面 积 可 以 达 到 增 产 的 目 的 。关 键 词 : 超 低 渗 透 油 藏 ; 定 向 射 孔 ; 裂 缝 转 向 ; 多 裂 缝 ; 泄 油 面 积中 图 分 类 号 :     文 献 标 识 码 : on of Xi'10021, to of it is to of by by of of is of to to of it is of on is on It is is on At of is 6%) be by 国 家 重 大 专 项 “ 鄂 尔 多 斯 盆 地 大 型 岩 性 地 层 油 气 藏 勘 探 开 发 示 范 工 程 ” ( 编 号 : 2008部 分 内 容 。作者简介: 唐 梅 荣 , 2002 年 毕 业 于 西 安 石 油 大 学 , 现 从 事 压 裂 酸 化 技 术 的 研 究 与 应 用 工 作 。 庆 油 田 部 分 超 低 渗 透 油 藏 的 储 层 渗 透 率 仅 10对 于 该 类 储 层 , 一 味 追 求 长 缝 改 造 提高 产 量 效 果 越 来 越 不 明 显 , 且 在 现 有 技 术 条 件 下 再大 幅 增 加 缝 长 会 造 成 压 裂 改 造 成 本 的 大 幅 上 升 , 经济 效 益 变 差 。 在 此 背 景 下 , 迫 切 需 要 转 换 思 路 研 究新 技 术 来 提 高 单 井 产 量 。 为 此 提 出 多 缝 改 造 的 思 路 ,通 过 多 裂 缝 来 提 高 储 层 的 横 向 动 用 程 度 , 进 一 步 扩大 渗 流 面 积 , 从 而 达 到 提 高 产 量 的 目 的[ 1]。72 石 油 钻 采 工 艺   2010 年 3 月 ( 第 32 卷 ) 第 2 期1  技 术 思 路 内 外 与 多 缝 相 关 的 技 术 主 要 是 暂 堵 转 向 压裂 , 该 技 术 通 过 暂 堵 剂 的 封 堵 作 用 提 高 缝 内 净 压 力 ,迫 使 压 裂 裂 缝 转 向 或 沟 通 天 然 裂 缝 。 虽 然 该 项 技术 研 究 时 间 较 长 , 但 并 未 成 熟 , 形 成 多 缝 存 在 不 确 定性 。 近 年 来 , 国 内 一 些 专 家 提 出 了 “ 缝 网 压 裂 ” 的 概念 , 但 仅 属 于 探 索 性 研 究 , 并 未 形 成 成 熟 的 技 术[ 2]。研 究 表 明 , 射 孔 方 位 和 最 大 主 应 力 方 向 呈 一 定夹 角 条 件 下 裂 缝 会 转 向 , 由 此 得 到 启 发 : 利 用 定 向射 孔 控 制 裂 缝 起 裂 方 位 , 实 现 裂 缝 硬 转 向 。进 行 逆 向 思 维 : 在 层 内 上 下 选 择 2 个 射 孔 段 ,通 过 定 向 射 孔 技 术 , 使 射 孔 方 位 与 最 大 水 平 主 应 力方 向 呈 一 定 夹 角 ; 压 裂 时 , 强 制 裂 缝 转 向 , 形 成 横 向分 离 、 纵 向 重 合 相 互 独 立 的 多 条 裂 缝 , 如 图 1 所 示 。图 1  定 向 射 孔 实 现 多 缝 压 裂 示 意 of 缝 压 裂 和 多 缝 压 裂 裂 缝 示 意 图 放 在 同 一 井网 内 对 比 , 可 直 观 地 看 出 多 缝 压 裂 泄 流 区 域 面 积 明显 大 于 单 缝 压 裂 。 因 此 , 确 定 的 技 术 研 究 思 路 为 :定 向 射 孔 诱 导 定 向 起 裂 , 定 向 起 裂 迫 使 裂 缝 转 向 , 裂缝 转 向 联 合 分 段 压 裂 实 现 裂 缝 分 离 , 从 而 形 成 独 立多 缝 。2  物 模 实 验 过 理 论 研 究 , 发 现 对 转 向 影 响 较 大 的 参 数 有射 孔 方 位 、 水 平 应 力 差 。 模 拟 地 层 三 向 应 力 、 水 力 压裂 , 对 试 件 进 行 注 入 实 验 , 研 究 不 同 射 孔 方 位 、 水 平应 力 差 下 裂 缝 起 裂 、 转 向 规 律 。模 拟 井 筒 、 射 孔 参 数of 外 径 20 内 径 15 射 孔 排 数 3 排 ,孔 排 间 距 25 相 位 角 180° , 射 孔 孔 径 2 孔深 30 模 拟 压 裂 试 件of 采 用 水 泥 和 石 英 砂 浇 铸 而 成 , 在 浇 铸 过 程中 , 根 据 需 要 , 将 外 径 20 内 径 15 长 225 管 置 入 试 样 中 , 作 为 模 拟 井 筒 。 在 模 拟 井 筒 上 的3 排 小 孔 中 插 入 不 同 规 格 的 细 纸 卷 , 模 拟 射 孔 孔 眼 , 且这 些 小 孔 也 是 压 裂 模 拟 实 验 时 压 裂 液 的 出 口 。试 件 参 数 : 孔 隙 度 渗 透 率 10弹 性 模 量 104泊 松 比 单 轴 抗 压强 度 模 拟 三 向 地 应 力of 压 裂 模 拟 实 验 要 求 模 拟 地 层 条 件 , 其 中 主要 因 素 之 一 是 地 应 力 大 小 和 分 布 。 通 常 地 层 三 向 主应 力 互 不 相 等 , 且 不 同 层 位 水 平 地 应 力 的 大 小 也 不同 。 对 于 水 力 压 裂 , 三 向 主 应 力 的 相 对 大 小 决 定 着裂 缝 扩 展 的 方 向 , 而 最 小 水 平 地 应 力 的 大 小 与 分 布影 响 裂 缝 的 几 何 形 态 。 在 模 拟 实 验 中 采 用 真 三 轴 加载 方 式 能 更 好 地 反 映 地 层 的 实 际 应 力 状 况 。试 验 结 果 1) 当 射 孔 方 位 与 最 大 主 应 力 方 向 呈 一 定 夹 角时 , 裂 缝 先 沿 射 孔 孔 眼 方 向 起 裂 , 后 转 向 最 大 主 应 力方 向 ( 见 图 2) 。图 2  定 向 射 孔 压 裂 试 件 实 拍 照 of 2) 射 孔 方 位 与 最 大 主 应 力 方 向 夹 角 越 大 , 转 向半 径 越 大 ; 随 应 力 差 增 加 , 转 向 半 径 减 小 ( 见 图 3) 。图 3  转 向 半 径 与 应 力 差 、 射 孔 方 位 关 系 ( σz=15 荣 等 : 多 缝 压 裂 新 技 术 研 究 与 试 验( 3) 对 转 向 半 径 的 影 响 程 度 , 射 孔 方 位 要 大 于 水平 两 向 应 力 差 。 为 直 观 分 析 射 孔 方 位 和 应 力 差 对 转向 半 径 的 影 响 , 同 时 将 射 孔 方 位 和 应 力 差 作 为 自 变量 , 转 向 半 径 作 为 函 数 值 , 进 行 曲 面 拟 合 ( 图 4) 。 图 4  实 验 数 据 曲 面 拟 of of 曲 面 与 实 验 曲 面 的 吻 合 度 较 高 , 说 明 通 过拟 合 得 到 的 函 数 关 系 式 精 度 可 靠 。R= 1)式 中 , R 为 转 向 半 径 , 水 平 应 力 差 , θ为 射 孔 方 位 , ° 。分 析 拟 合 公 式 发 现 , 应 力 差 增 加 , 转 向 半 径 减小 ; 射 孔 方 位 增 加 , 转 向 半 径 增 加 。 忽 略 方 程 中 的平 方 项 , 对 比 应 力 差 和 射 孔 方 位 的 系 数 发 现 , 射 孔 方位 对 转 向 半 径 的 影 响 要 大 一 些 。3  工 艺 设 计 过 物 模 试 验 研 究 能 清 楚 地 观 测 到 定 向 射 孔 可使 裂 缝 发 生 转 向 , 且 可 控 性 强 。 要 充 分 利 用 这 一 发现 来 实 现 多 缝 改 造 , 还 需 对 工 艺 设 计 进 行 优 化 研 究 。根 据 技 术 的 研 究 思 路 , 设 计 了 工 艺 程 序 、 方 法( 图 5) , 关 键 环 节 为 定 向 射 孔 和 分 段 压 裂 。图 5  多 缝 压 裂 工 艺 流 of 定 向 射 孔 庆 油 田 射 孔 方 位 是 随 机 的 , 可 用 陀 螺 仪 测 量井 下 射 孔 枪 方 位 来 实 现 定 向 射 孔 。( 1) 射 孔 弹 型 优 化 。 物 模 实 验 中 发 现 , 射 孔 方 位 与最 大 主 应 力 方 向 夹 角 越 大 破 压 越 高 。 为 降 低 破 压 , 尽量 增 加 射 孔 深 度 , 优 选 目 前 穿 透 深 度 较 大 的 小 1 米 弹 。( 2) 射 孔 孔 密 优 化 。 采 用 了 射 孔 弹 允 许 的 最 大 孔密 16 孔 /m。( 3) 布 孔 方 式 。 要 利 用 同 一 层 内 2 个 射 孔 段 射 孔方 向 的 变 化 实 现 2 条 裂 缝 的 转 向 , 需 要 180° 相 位 的排 状 布 孔 方 式 。分 段 压 裂 庆 油 田 分 压 工 艺 比 较 成 熟 , 动 管 柱 、 不 动 管 柱分 压 都 可 以 实 现 分 段 压 裂 。 根 据 试 验 特 殊 性 , 优 选采 用 封 隔 器 分 离 方 式 进 行 动 管 柱 分 段 压 裂 。4  现 场 试 验裂 缝 监 测 次 试 验 采 用 了 3 种 方 法 来 分 析 压 裂 形 成 的 两条 裂 缝 是 窜 通 还 是 相 互 独 立 。压 力 计 监 测 分 析   通 过 监 测 射 孔 段 位 置 压 力变 化 情 况 , 判 断 是 否 有 压 力 传 导 至 此 , 并 识 别 其 来源 , 根 据 压 力 来 源 可 判 别 两 次 压 裂 裂 缝 是 否 连 通 。压 裂 射 孔 段 2( 下 段 ) 时 , 若 裂 缝 延 伸 到 射 孔 段1( 上 段 ) , 则 上 压 力 计 将 显 示 压 力 急 剧 上 升 ; 若 未 压串 , 上 压 力 计 压 力 无 变 化 。 压 裂 射 孔 段 1 时 , 若 裂缝 与 射 孔 段 2 裂 缝 沟 通 , 则 下 压 力 计 将 显 示 压 力 急剧 上 升 ; 否 则 , 下 压 力 计 显 示 无 变 化 ( 见 图 6) 。图 6  压 力 计 监 测 分 析 示 意 of   净 压 力 拟 合 分 析[ 3]通 过 裂 缝 延 伸 压 力 、 净压 力 拟 合 分 析 等 手 段 , 识 别 压 裂 裂 缝 是 否 串 通 。图 7 是 A 井 两 次 压 裂 作 业 净 压 力 拟 合 对 比 。两 次 压 裂 裂 缝 延 伸 压 力 不 同 , 说 明 裂 缝 处 于 两 个独 立 系 统 , 没 有 串 通 。 净 压 力 拟 合 结 果 : 下 段 缝 高74 石 油 钻 采 工 艺   2010 年 3 月 ( 第 32 卷 ) 第 2 期2090~2122 m、 上 段 缝 高 2084~2127 m, 说 明 上 、 下段 压 裂 所 形 成 的 裂 缝 纵 向 重 叠 。 裂 缝 纵 向 重 叠 且没 有 串 通 , 证 明 层 内 形 成 了 独 立 多 缝 。图 7  两 次 压 裂 作 业 净 压 力 拟 合 对 of 微 地 震 监 测 分 析[ 4]通 过 微 地 震 测 试 , 分 析两 次 压 裂 裂 缝 方 位 , 判 断 裂 缝 是 否 重 合 ( 见 表 1) 。表 1  A 井 压 裂 裂 缝 地 面 微 地 震 监 测 结 果  数长 Y 下 段 119.0 上 100.0 缝 长 /m 缝 长 /m 方 位 /( °) 高 度 /m 垂 深 深 垂 直 垂 直该 井 两 次 压 裂 形 成 的 裂 缝 方 位 明 显 不 同 , 且 裂缝 方 位 与 射 孔 方 位 相 近 。 分 析 结 果 : 独 立 多 缝 。增 产 效 果 论 研 究 、 物 模 实 验 、 工 艺 设 计 认 识 的 基 础上 , 现 场 进 行 了 2 口 井 的 压 裂 试 验 , 从 增 产 效 果 这 个角 度 对 技 术 进 行 初 步 评 价 ( 见 表 2) 。表 2  长 庆 油 田 多 缝 压 裂 试 验 效 果  型井 数/ 口厚 度/ 率/10 /· 日 产水 / 2 5 试 验 井 和 邻 井 初 期 产 量 对 比 结 果 表 明 , 多 缝压 裂 试 验 井 日 均 增 油 t。5  结 论1) 根 据 定 向 射 孔 多 缝 压 裂 工 艺 设 计 了 物 模 实 验装 置 和 试 验 方 案 , 开 展 了 射 孔 夹 角 、 水 平 应 力 差 等 参数 对 裂 缝 转 向 影 响 的 研 究 。 裂 缝 转 向 半 径 随 着 射 孔方 位 增 加 而 增 加 ; 裂 缝 转 向 半 径 随 着 水 平 应 力 差 增加 而 减 小 ; 对 转 向 半 径 的 影 响 程 度 , 射 孔 方 位 大 于水 平 应 力 差 ; 射 孔 方 位 与 最 大 主 应 力 方 向 夹 角 越 大 ,破 裂 压 力 越 大 ; 随 应 力 差 增 加 , 破 裂 压 力 增 加 。( 2) 多 缝 压 裂 技 术 可 以 在 层 内 形 成 多 缝 , 达 到 了进 一 步 提 高 泄 油 面 积 的 目 的 , 从 而 实 现 增 产 。( 3) 多 缝 压 裂 工 艺 除 提 高 单 井 产 量 外 , 还 可 通 过提 高 油 藏 横 向 动 用 程 度 减 小 井 网 密 度 , 从 而 降 低 低渗 透 油 田 开 发 成 本 。参考文献: 1]   米 卡 尔 J 埃 克 诺 米 德 斯 . 油 藏 增 产 措 施 [ M] . 3 版 . 北京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 3rd [ M] . 2002.[ 2]   雷 群 .“ 缝 网 压 裂 ” — — 一 种 新 的 提 高 低 / 特 低 渗 透 油气 藏 改 造 效 果 的 技 术 方 法 探 索 研 究 [ A] //2008 年 低 渗透 油 气 藏 压 裂 酸 化 技 术 新 进 展 [ C] . 北 京 : 石 油 工 业出 版 社 , — — on a of A] //of 008[ C] . 2008.[ 3]   唐 梅 荣 , 卜 向 前 , 王 成 旺 , 等 . 试 在 长 庆 气 田 开发 中 的 应 用 [ J] . 油 气 井 测 试 , 2006, 15( 5) : et in J] . 2006, 15( 5) : 43 4]   张 景 和 , 孙 宗 颀 . 地 应 力 、 裂 缝 测 试 技 术 在 石 油 勘 探 开发 中 的 应 用 [ M] . 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , of to M] . 2001.( 收 稿 日 期   2009编辑 朱 伟 〕
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