转向重复压裂技术在陕北低渗透油田改造中的应用——以 W46

转向重复压裂技术在陕北低渗透油田改造中的应用——以 W46－48油井为例

2013-09-04杨诗湘

地下水 2013年4期

刘钊，杨诗湘，杨刚，鱼磊

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069)

鄂尔多斯盆地西南部的W油田，构造特征简单，是典型的低孔低渗油藏，主力产层为延长组油层［1］。延长组厚度大约 400 ～ 1 400 m，储层纵横向变化大，岩性致密，物性差［2，3］。W油田目前已处于开发的后期，储层含水量大，高产稳产的难度不断增加，随着开发年限和储层改造次数的增加，对储层进行单一大规模的常规压裂已经不能满足油田提高采收率的目标。因此，在 W油田46－48井，进行了转向重复压裂施工，取得了预期的效果。

1 转向重复压裂

低渗透油田由于储层物性差，无良好的运移通道，往往在开发的初期就要进行储层的压裂改造，压出一条高导流能力的人工裂缝［5］。此时裂缝的渗透率远远大于周围岩石的渗透率，裂缝周围一定范围的油气就会通过裂缝运移，从而提高油气采收率。但是经过一定时间的开采，由于地层压力的降低以及其他一些因素的影响，如结蜡结垢堵塞原有裂缝，甚至原有裂缝闭合［5］，这时要对老裂缝进行再次改造。为了控水增油，充分发挥油井的生产潜能，对老裂缝采取常规的重复压裂措施已经产生不了多大效果。因此，有必要对油井进行转向重复压裂技术。

转向重复压裂新技术就是利用压裂前置液携带化学暂堵剂进入裂缝，化学暂堵剂是悬浮在前置液中的微小颗粒，其强度大于地层破裂压力，颗粒较大的先沉降形成桥堵，增大流动阻力，之后颗粒小的逐级沉降形成桥堵［6］，暂堵剂选择性的堵住已有裂缝和射孔孔眼，然后采用定向射孔技术重新对地层进行压裂，由于压力差的原因，新的裂缝沿着不同于原有裂缝的方向起裂和延伸［7］。在施工压裂结束后，暂堵剂会溶解在地层水中，不会对地层造成污染［8］。

实施堵老缝(永久堵、暂时堵)压新缝重复压裂技术，这是真正意义上的重复压裂概念。我们应用的转向压裂技术就属于这一范畴。其理想模型如下:

2 裂缝的形成与分布分析

利用压裂液传压的原理，通过地面泵组及其辅助设备，以远大于地层吸收能力的注入速度，向地层注入有一定粘度的压裂液，使井筒压力升高，当压力升高到地层破裂压力时，地层就会沿着垂直最小主应力轴的方向发生破裂，一般情况是形成对称于井眼的裂缝。由于初次压裂后，地层内部均一性发生变化，导致地应力发生变化，但是转向压裂先向地层注入暂堵剂，基本可以使地层恢复均一压力，普通重复压裂技术没有明显破裂压力点，所以它只是将老缝重新张开加人新的支撑剂，并未形成新的油气渗流通道，效果较差;而转向重复压裂技术有明显破裂压力点且高于初次压裂破裂压力点，这说明实施过程中开启了新的裂缝，而且措施增产效果明显。对于井内裂缝的起裂方位目前没有明确的定论，但是普遍认为形成裂缝的条件与地应力及其分布，岩石的力学性质，压裂液的性质及注入方式等密切相关。

图1 重复压裂裂缝方位随时间变化俯视图［4］

对于裂缝起裂方向、裂缝的延伸规律国内外进行了大量的实验研究。付永强等基于线弹性断裂力学结合岩石的抗拉破坏准则，对构造应力场进行分类，展开了不同构造应力场下斜井和水平井压裂施工中破裂压力及裂缝起裂方向研究。目前国内外学者几乎一致认为，产层和隔层的水平地应力差是影响裂缝垂向延伸的主要因素，Cleary认为产层与隔层之间的地应力差、弹性模量差、断裂韧性差、界面强度以及裂缝中压裂液的压力分布和压裂液的流变性等都会对裂缝垂向延伸产生重要的影响［9］。罗天雨、赵金洲等，根据射孔孔眼处的实际受力状态建立了套管射孔斜井的破裂压力计算模型，同时建立了斜井裂缝的总转向角度的计算公式，用于判断裂缝的总的转向程度。

一般情况下，地下岩石由于埋藏在地下深处，所以承受着很厚的上覆岩层的重量，而且又受到邻近岩石的挤压，地层中的岩石处于压应力状态，作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向主应力 σz，及水平主应力 σx，σy。垂向主应力 σz即该深度以上覆盖地层所形成的压力，用以下公式计算:

式中:H为油层深度;г为上覆岩层平均相对密度。

埋藏在地下深处的岩石，具有弹性与脆性。油层在形成裂缝时，首先发生弹性变形，当超过弹性限度后，油层才开始发生脆性断裂。如果岩石单元是均质的各向同性材料，当已知地层中各应力的大小，油层裂缝的形成即岩石破裂时，首先发生在垂直于岩石最小主应力轴的方向或油层最薄弱的地方［15］。

3 选井选层

水力压裂是通过向地层注入液体，使地层破裂，形成高渗流通道，从而增大有效泄油面积。压裂施工有效与否的关键因素之一就是选井选层的合理性，很多油田都还凭借经验选井选层，这对压裂施工造成误导，可能造成施工的失败。因此，压裂施工主要依据以下几点进行合理的选井选层:

(1)压裂层段应该具备一定的足够的剩余可采储量、地层压力以及中低含水饱和度，这是压裂取得良好效果的基础［12，13］。

(2)地层系数不能太低。地层系数过低，即所谓的特低渗透层，此类储层地层裂缝的导流能力低，压裂后不能取得良好的效果:但是地层系数过高，即所谓的高渗透层，压裂只能起到解堵的作用，因此选择低渗透储层进行压裂最为合适。

(3)具有完整的注采井网，注水井对应的储层压裂效果好。

(4)应该选择初次压裂由于各种原因失败的井，如早期发生端部脱砂、初次压裂规模小、支撑剂破裂导致裂缝闭合、支撑剂分布不均等情况。

(5)井况良好的井，固井质量好，套管完好，强度具备要求的井优先考虑［14］。

4 应用效果分析

4.1 W 油田46－48井的生产状况

W油田46－48井于2005年9月开钻，历时一个多月完钻，该井有一定的倾斜角度，井深2 006 m，人工井底1 990 m，套管深度2 001.18 m，完钻目的层是长7油层，固井质量好，水泥返高448 m，套管出地高0.25 m。

该井于 2005年10月，爆燃压裂投产延 10层，孔段:1 354～1 356/2m，初产:12 m3/38%，2010年3月该井出明水，挤封延10换采长4+5，孔段:1 815～1 818/3 m。投产后产量为5.5 m3/25%。目前该井产出情况为0.3 m3/13%，决定应用裂缝方向控制剂暂堵老缝，重压新缝，改善产液剖面，提高单井产能。

4.2 压裂施工情况

表1 施工压裂井段油层数据

在压裂施工前置液前向底层中加入转向控制剂，该剂是在地面在高温高压通过交联反应以及物理法的势能活化得到的颗粒型堵剂，是化学反应与物理势能相互催化的复合体。在应用时，颗粒随液体遵循流体向阻力最小方向流动的原则进入炮眼和原裂缝后，在压力差下获得势能后继续反应交联，产生桥堵，可以形成40～80 Mpa的裂缝破裂压力的压差值，使后续工作液不能向原裂缝和高渗透带进入，从而压裂液进入高应力区产生新缝。产生桥堵的转向剂杂施工完成后溶于底层水和压裂液，不对原缝产生污染。

压裂施工的方式:为使裂缝发生转向或压开新缝开启新层，根据软件计算，结合射开油层情况分析得知裂缝方向控制剂用量为30.0 kg。在压裂前置液前泵入裂缝延伸控制剂暂堵老缝，使老缝停止延伸，转向开启新缝，同时在前置液中加入相渗控制剂，控制压开新缝的缝高，改善产液剖面，大大提高单井产能。本次施工层位是 W46－48井长4+5层，射孔段为:1 815～1 818/3m，破压:28.4 Mpa，工作压力:11～18 Mpa，砂量为:12.0 m3，排量:0.8 ～ 1.0 m3/min，停泵压力:7.2 Mpa，总液量为:50.7 m3。

4.3 效果分析

2010年3月投产采长4+5，孔段:1 815～1 818/3m。投产后产量为5.5/25%。截止到2012年 6月，该井产状 0.3/13%，日产液仅有:0.2 t，2012年7月1日对 W46－48井实施转向压裂，压裂后投产初期日产液为:16.4 m3，日产油:4.0 t，日增油:3.8 t，截止到 2012年 8月 25日该井日产液:2.2 m3，日产油:1.9 t，日增油:1.7 t，目前该井累计增油量为:98.8 t。