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体积压裂

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体积
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体积压裂 体积压裂是指在水力压裂过程中 , 使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移,形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络,从而增加改造体积 , 提高初始产量和最终采收率。 积压裂机理 体积压裂的作用机理:通过水力压裂对储层实施改造,在形成一条或者多条主裂缝的同时,使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移,实现对天然裂缝、岩石层理的沟通,以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝,并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝,以此类推,形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络。从而将可以进行渗流的有效储层打碎,实现长、宽、 高三维方向的全面改造,增大渗流面积及导流能力,提高初始产量和最终采收率。 体积压裂的提出,是基于体积改造这一全新的现代理论而提出。 体积改造理念的 出现 ,颠覆了经典压裂理论,是现代压裂理论发展的基础。常规压裂技术是建立在以线弹性断裂力学为基础的经典理论下的技术。该技术的最大特点就是假设压裂人工裂缝起裂为张开型,且沿井筒射孔层段形成双翼对称裂缝。以 1 条主裂缝实现对储层渗流能力的改善,主裂缝的垂向上仍然是基质向裂缝的“长距离”渗流,最大的缺点是垂向主裂缝的渗流能力未得到改善,主流通道无法改善储层的整体渗流能力。后 期的研究中尽管研究了裂缝的非平面扩展,但也仅限于多裂缝、弯曲裂缝、 T 型缝等复杂裂缝的分析与表征,但理论上未有突破。而“体积改造”依据其定义,形成的是复杂的网状裂缝系统,裂缝的起裂与扩展不简单是裂缝的张性破坏,而且还存在剪切、滑移、错断等复杂的力学行为(图 1)。 积压裂的地层条件 1)天然裂缝发育,且天然裂缝方位与最小主地应力方位一致。在此情况下,压裂裂缝方位与天然裂缝方位垂直,容易形成相互交错的网络裂缝。 天然裂缝的开启所需要的净压力较岩石基质破裂压力低 50%。同样,有模型研究复杂天然裂缝与人工裂缝 的关系,以及天然裂缝开启的应力变化等,建立了天然裂缝发育与扩展模型,研究表明,在体积改造中,天然裂缝系统会更容易先于基岩开启,原生和次生裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性,从而极大地增大改造体积。图 2(左)为西南某储层的页岩露头在外力作用下形成的复杂缝网,图 2(右)是体现体积改造形成既有主缝,又有分枝缝,以及纵横交错缝网系统的示意图。而这些天然裂缝的开启以及是否能够形成缝网,与储层的岩石力学参数也有密切的关系。 图 2 体积压裂地层改造理想网络裂缝示意图 2)岩石硅质含量高 (大于 35%),脆性系数高。岩石 硅质 (石英和长石 )含量高,使得岩石在压裂过程中产生剪切破坏,不是形成单一裂缝 , 而是有利于形成复杂的网状缝,从而大幅度提高了裂缝体积。 3)敏感性不强,适合大型滑溜水压裂。弱水敏地层,有利于提高压裂液用液规模,同时使用滑溜水压裂,滑溜水黏度低,可以进入天然裂缝中,迫使天然裂缝扩展到更大范围,大大扩大改造体积。图 3 为滑溜水压裂和交联冻胶压裂改造范围比较曲线。 型滑溜水压裂 体积压裂技术实施,以美国的 岩的有效开发最具代表性,除了大幅度降低成本的水平井钻井和“工厂化 ” 作业 模式之外,储层改造 的主体技 术为:水平井套管完井 +分段多簇射孔 +快速可钻式桥塞 +滑溜水多段压裂。实现 体积压裂 技术关键主要体现在以下几个方面。 基本特点为:大液量、大排量、大砂量、小粒径、低砂比。主要技术参数为:水平段长 1000~1500m,分 8~15 段,每段分 4~6 簇,每簇长度 间距 20~30 m,排量 10 m3/上,平均砂比 3%~5%, 每段压裂液量 1000~1500 段支撑剂量 100~200 t,压裂液体系采用滑溜水 +线性胶组合方式,以 40/70 目支撑剂为主。目前最新文献报道表 明 : 水平井的水平段越来越长,为 1372~2134 m;改造段数越来越多,为 10~24 段;段间距越来越短,约为 90 m;规模越来越大,每段使用 2067 溜水、 175 t 支撑剂。 积压裂在陇东油田超低渗油藏的应用 陇东油田鄂尔多斯盆地三叠系延长组长 7、长 6 油层组主要由油页岩、泥质粉砂岩及砂岩夹层组成,具有含油率高、天然裂缝发育、厚度大、资源丰富的特点。其储层典型特征为:①遭受破坏时会产生复杂的缝网;②储层致密、渗透率超低;③微裂缝发育;④有机质丰度高,厚度大;⑤岩层脆性系数高,容易形成剪切裂缝;⑥油气主要有吸附态和游离态 2 种赋存状态,要求有大的改造体积,才会获得经济产能。因此,该致密储层需要经过体积压裂改造,由人造主裂缝沟通储层中的天然微裂缝,并扩张天然裂缝,形成复杂的网状裂缝,扩大改造体积,增大裂缝渗流面积,提高导 流能力,提高储层产能。 2011 年,在陇东油田分别对庄 230、庄 191 井、宁 70 井、白 218 井、阳平1 井及阳平 2 井等 6 口井进行了体积压裂改造,改造的层位主要为长 6 和长 7 层,平均渗透率为 层为油页岩和砂岩,压裂液主要为滑溜水、线性胶 +交联胶两种类型,所选支撑剂为石英砂或陶粒,排量 12%, 6 口井的油层厚度依次为 砂量依次为 产油量依次为 花、 由此可见,体积压裂对改造致密储层效果明显。通过数据对比发现,体积压裂改造效果的好坏与压裂液体系配方、油层厚度、天然裂缝发育程度、支撑剂、施工排量等因素有关,压裂液体系与地层配伍性越好、油层厚度越大、支撑剂密度越低粒径越小量越大、排量越大、天然裂缝越发育,体积压裂改造致密储层形成的网状裂缝就越好,从而最大化有效裂缝与储层的接触面积,实现改造体积最大化,提高单井产量。此外,对比 发现,采用水平井分簇射孔分级体积压裂改造致密油藏的效果更为显著,改造后的单井产量是直井的 2~3 倍。 型压裂液与胍胶压裂液对比 表 6同压裂液体系性能对比 新型压裂液 优化 的 胍胶压裂液 原胍胶压裂液 残渣含量( ) 0 213 导流能力保留率 % > 90 ﹤ 55 ﹤ 20 岩心伤害率 % 降阻率 % > 70 > 55 表面张力( mN/m) 3 界面张力( mN/m) 处 理工艺强化破胶、溶解残渣提升返排能力,并一定程度上降低支撑裂缝导流伤害, 其岩心伤害率 但后处理工艺 虽然能溶解残渣而消融滤饼但处理之后残渣含量虽然大幅度下降但依然相对较高 ,因此无法从根源解决梨树断陷北部压裂所存在的问题。 综合对比 新型 压裂液、优 化得 胍胶压裂液体系(后处理) , 的新型压裂液对支撑裂缝导流能力保留率达到 95%,并且 新型 压裂液对岩心伤害仅为胍胶的一半 ,降阻率高达 70%以上 。使用无残渣的 新型 压裂液对梨树断陷这类特低渗地质来说, 可能能够取得较好施工效果 。 工工艺 技术 由于梨树底层压力低,液体返排困难,建议采用氮气伴注提高液体返排能力;由于地层含油丰度低,存在微裂缝井采用滑溜水体积压裂施工方式提高裂缝控制范围。 7 下步工作安排 本项目通过前期的资料调研和实验研究,取得了一定的阶段性成果,但有些研究工作还有待进一步实施。 1、 完善 优化 新型 压裂液配方 优化压裂液配方, 进一步 提高液体性能。 2、压裂液与地层配伍性研究 获取地层水样,对 地层流体配伍性能 进行 评价。 3、储层水样分析 4、 进行现场实验,完善梨树断陷的低伤害压裂液配方。
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