趙彥云

摘 要：從正理莊油層應(yīng)力及濾失分析入手，對(duì)低滲透油田壓裂施工油層的天然裂縫進(jìn)行分析，依據(jù)儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育特性，有針對(duì)性的選擇壓裂施工藝，優(yōu)化參數(shù)，提高施工成功率，取得較好的壓裂效果。

關(guān)鍵詞： 裂縫性油層；壓裂；參數(shù)；效果

前言

油藏都存在天然縫，形成的力學(xué)性質(zhì)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(yīng)力的綜合作用，低滲儲(chǔ)層中天然縫處于閉合狀態(tài)，油氣無法運(yùn)移。但在壓裂施工中，人造裂縫穿過天然裂縫時(shí)，裂縫的張應(yīng)力逐漸增加，使閉合的裂縫張開或具有的張開趨勢(shì)，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(duì)這類儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮天然縫對(duì)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(yīng)力變化分析

開發(fā)中獲取的巖心、測(cè)井資料表明，低滲油層天然縫多為高角度縫，縫的傾角>61o。當(dāng)縫面為彈性接觸時(shí)，正常狀態(tài)下天然縫縫面法向應(yīng)力與最大、最小水平主應(yīng)力及縫面與最大水平主應(yīng)力夾角有關(guān)。

正理莊油田的油藏最大、最小水平主應(yīng)力差一般為18～32MPa⑴，取最小水平主應(yīng)力約為49MPa（油藏深度為3200m左右），對(duì)不同應(yīng)力差及縫內(nèi)凈壓力下天然縫面有效應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得出如下結(jié)論：人造裂縫穿過天然縫時(shí)，隨著天然縫與最大水平主應(yīng)力間夾角不同，縫面法向應(yīng)力產(chǎn)生變化，假設(shè)在其它參數(shù)不變時(shí)，近平行或近垂直于最大水平主應(yīng)力方向的天然縫，其法向應(yīng)力最低。人造裂縫穿過天然縫后，縫面有效法向應(yīng)力降幅較大，其值等于人造裂縫內(nèi)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(yīng)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(yīng)力差越大，縫面法向應(yīng)力越大，縫面張開的可能性越小。

二、儲(chǔ)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(chǔ)層流體粘度及其壓縮性、壓裂液粘度三種機(jī)理控制，在裂縫性低滲油層中，當(dāng)人造裂縫穿過天然縫后，縫面有效法向應(yīng)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(jì)算表明，在天然縫未張開的情況下，隨縫內(nèi)流體壓力的增大，天然縫滲透率可達(dá)到原始滲透率的數(shù)十甚至上百倍，相應(yīng)的壓裂液濾失量也會(huì)數(shù)倍、數(shù)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(fā)生砂堵。返排時(shí)，天然縫先于人造裂縫閉合，其滲透率又恢復(fù)至原始較低值，壓裂液不能得到及時(shí)返排，影響壓裂效果。因此，了解天然縫的濾失特征，優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)，有針對(duì)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(shù)

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(tài)更為復(fù)雜，施工難度隨之增大。正理莊油田也不例外，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐過程中，許多針對(duì)裂縫性低滲油層特征的壓裂改造技術(shù)得到應(yīng)用和發(fā)展，這些技術(shù)措施一般可分為兩類：

一是根據(jù)儲(chǔ)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(shù)。

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(fā)育的復(fù)雜性，在采取必要的降濾措施的同時(shí)，通過加大施工排量、增加前置液量來提高施工成功率。同時(shí)，也采取小粒徑、低砂比、分段加砂等工藝措施來實(shí)現(xiàn)充分改造的目的，這幾項(xiàng)工藝可根據(jù)儲(chǔ)層滲透率，結(jié)合允許支撐劑進(jìn)入裂縫的準(zhǔn)則來選擇。根據(jù)室內(nèi)模擬結(jié)果，支撐劑進(jìn)入裂縫需滿足以下條件：

a、 支撐劑固體體積分?jǐn)?shù) 時(shí)，裂縫平均寬度 必須大于

；

b、 當(dāng) 時(shí)， 裂縫平均寬度 必須大于 。

根據(jù)以上條件及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，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?jǐn)?shù)約為65%，當(dāng)砂比為32%時(shí)，支撐劑體積分?jǐn)?shù)為19%，若保持或繼續(xù)提高砂比，就需要更大的裂縫寬度，否則，就會(huì)因縫寬不足而使支撐劑在裂縫中堆積，導(dǎo)致施工失敗。

針對(duì)正理莊油田油藏儲(chǔ)層物性特點(diǎn)、不同類型油井的具體數(shù)據(jù)，我們?cè)诤侠韮?yōu)化的基礎(chǔ)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(shù)

2004年8月對(duì)高89塊的高89-1實(shí)施了當(dāng)時(shí)勝利局規(guī)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(gè)月后轉(zhuǎn)抽，效果顯著。2006年3月在油層跨度最大（79.3m），小層數(shù)最多（24個(gè)小層）的高891塊的高891-10井上，實(shí)施了勝利局最大的一口壓裂井，設(shè)計(jì)加砂121m3，實(shí)際加砂73m3，當(dāng)時(shí)是全局規(guī)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(yīng)用。

2、水平井連續(xù)油管壓裂工藝

在梁8平1、樊147平2、樊147平1等井實(shí)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(shí)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(yīng)用效果

根據(jù)正理莊油田不同區(qū)塊低滲油層天然裂縫發(fā)育情況，采取相應(yīng)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(shí)施壓裂井合計(jì)230口，當(dāng)年增產(chǎn)原油20萬噸。

公式符號(hào)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(shù)

---------常數(shù)

P -----------天然裂縫內(nèi)流體壓力，MPa

σ---------- 天然裂縫面應(yīng)力，MPa

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