田建超 胡佳佳(中國(guó)石油大學(xué)(北京), 北京 102249)
儲(chǔ)層體積壓裂改造可行性分析
田建超 胡佳佳(中國(guó)石油大學(xué)(北京), 北京 102249)
體積壓裂技術(shù)通過(guò)使主裂縫與次生裂縫相互交織形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),使得儲(chǔ)層基質(zhì)與裂縫壁面的接觸面積大大增加,極大地降低了油氣從基質(zhì)向裂縫的有效滲流距離,從整體上提高了目的儲(chǔ)層的滲透率。然而,并不是所有的儲(chǔ)層都可以實(shí)現(xiàn)體積壓裂改造,復(fù)雜縫網(wǎng)的形成需要滿足一定的力學(xué)條件和相應(yīng)的施工工藝技術(shù)。儲(chǔ)層礦物成分、天然裂縫發(fā)育程度、地應(yīng)力等因素是形成復(fù)雜縫網(wǎng)的必要基礎(chǔ);施工壓裂液量、壓裂液粘度和砂濃度等也影響著復(fù)雜縫網(wǎng)的形成和延伸。
儲(chǔ)層;體積壓裂;復(fù)雜縫網(wǎng)
所謂體積壓裂改造就是指在水力壓裂過(guò)程中,使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移,從而形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),增加儲(chǔ)層改造體積,提高油井產(chǎn)量和采收率。
圖1 體積改造后的裂縫網(wǎng)絡(luò)及剪切示意圖
2.1 儲(chǔ)層地質(zhì)條件
(1)儲(chǔ)層礦物成分(巖石脆性指數(shù))。儲(chǔ)集層的巖石礦物質(zhì)成分對(duì)體積縫網(wǎng)形成的影響主要體現(xiàn)在其改變巖石力學(xué)的性質(zhì),從而影響裂縫的開(kāi)裂方式,和裂縫開(kāi)啟后的延伸方向。研究和實(shí)驗(yàn)表明,巖石中硅質(zhì)的含量越高,儲(chǔ)集層越容易形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫,增大儲(chǔ)層改造體積。而對(duì)于缺少碳酸鹽夾層和硅質(zhì)含量的儲(chǔ)集層而言,便很難實(shí)現(xiàn)體積壓裂。儲(chǔ)集層的巖石礦物成分與裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成的關(guān)系可以用脆性指數(shù)來(lái)表征,不同的儲(chǔ)集層,巖石礦物組分相差很大,脆性指數(shù)也大不相同,實(shí)現(xiàn)體積壓裂所用的壓裂液體系和工藝技術(shù)也不盡相同。
(2)天然裂縫發(fā)育程度。一般來(lái)講,體積壓裂縫網(wǎng)的形成,主要是通過(guò)人工裂縫溝通天然裂縫而成,因而儲(chǔ)集層中的天然裂縫發(fā)育程度及其方位都會(huì)影響著縫網(wǎng)的形成和延伸。一般來(lái)講,人工裂縫和天然裂縫夾角越小,天然裂縫就更容易張開(kāi)并改變?cè)瓉?lái)的延伸路徑,為裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成創(chuàng)造有利條件;若人工裂縫與天然裂縫夾角大于60度,則不論多大的水平應(yīng)力差,都不能使天然裂縫張開(kāi),更不具備形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的條件。
(3)地應(yīng)力大小和方位。儲(chǔ)層地應(yīng)力各向異性越弱,越容易形成體積縫網(wǎng);當(dāng)各向異性較強(qiáng)時(shí),很難在主裂縫的兩側(cè)形成分支的裂縫,則更難形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。且儲(chǔ)層水平主應(yīng)力的差越小,則越容易形成復(fù)雜縫網(wǎng)系統(tǒng)。
表1 水平主應(yīng)力差與體積改造裂縫形態(tài)的關(guān)系
2.2 施工工藝條件
(1)壓裂液用量。大排量、多簇射孔壓裂是增加縫網(wǎng)復(fù)雜程度的重要思路。對(duì)相同的儲(chǔ)層而言,泵注排越高,縫內(nèi)凈壓力越高,越有助于提高裂縫的復(fù)雜程度;增大壓裂液總量能夠增大目的層的改造體積。
(2)壓裂液粘度。低黏度的流體能較快速地向天然裂縫內(nèi)滲濾,可以起到一定的潤(rùn)滑作用,有利于天然裂縫的開(kāi)啟;中等粘度的壓裂液可以提高攜砂能力,形成中等復(fù)雜程度縫網(wǎng)。
(2)縫內(nèi)封堵技術(shù)?,F(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)和應(yīng)用證明,在壓裂施工的過(guò)程中,先在攜砂液中加入常規(guī)粒徑的支撐劑并逐漸提高支撐劑濃度,當(dāng)形成一定形態(tài)的主裂縫之后,便加入大粒徑支撐劑進(jìn)行封堵,施工壓力會(huì)有明顯的提高,表明縫內(nèi)凈壓力得到了有效提升,可能會(huì)壓開(kāi)新的分支裂縫,形成復(fù)雜縫網(wǎng)。
(3)端部脫砂技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵在于向井筒注入攜砂液的過(guò)程中,要求主裂縫內(nèi)的砂漿的前緣要比常規(guī)壓裂提前到達(dá)裂縫端部的周邊,實(shí)現(xiàn)在裂縫周邊脫砂,這樣可以限制裂縫長(zhǎng)度的繼續(xù)增加,使得縫內(nèi)壓力逐漸升高。
(1)復(fù)雜縫網(wǎng)的形成,可以很大程度上提高裂縫壁面與基質(zhì)的接觸面積,增大儲(chǔ)層改造體積,提高油氣采收率。
(2)體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)能否形成,取決于儲(chǔ)集層地質(zhì)特征和壓裂施工工藝兩個(gè)方面。