單井重復(fù)壓裂技術(shù)的可行性分析

何定海

（中油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

單井重復(fù)壓裂技術(shù)的可行性分析

何定海

（中油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

油田進(jìn)入開發(fā)后期，壓裂井層條件逐漸變差，措施挖潛難度大。通過分析單井的采出程度、連通情況、剩余油分布規(guī)律，結(jié)合單井經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，進(jìn)一步放寬界限，可優(yōu)選潛力大的油井進(jìn)行重復(fù)壓裂。

遼河油田；低滲透；同層壓裂；裂縫監(jiān)測(cè)；研究

遼河油田經(jīng)過多年的措施改造剩余可供改造井越來越少，同時(shí)受措施工藝技術(shù)的限制，改造的難度相應(yīng)加大。開采層位少，油水井連通性差，油井受效程度低，壓裂增油效果逐漸變差。部分井儲(chǔ)層裂縫比較發(fā)育，壓后油井見水快，易水淹，有效期短。低滲透油田低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)，需要加大壓裂改造的規(guī)模，形成一條長縫提高產(chǎn)能。裂縫垂向延伸嚴(yán)重，高度難控制。壓裂層物性差，隔層薄且?guī)r性復(fù)雜，油層與隔層彈性模量差別不大，有效控制裂縫高度難度大。

1 單井重復(fù)壓裂技術(shù)研究現(xiàn)狀

國外在20世紀(jì)70年代通過井間壓裂干擾試驗(yàn)及國內(nèi)室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在一定的應(yīng)力場(chǎng)條件下，通過采取特殊工藝技術(shù)，能夠使近井筒局域地帶應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。

國外也開展了裂縫轉(zhuǎn)向的物理模擬試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：在一定的條件下，當(dāng)射孔方位平行于最小地應(yīng)力方向的時(shí)候，水力壓裂人工裂縫將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向。另外，國外的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，對(duì)于特定的地層，常規(guī)的同井同層重復(fù)壓裂也可以產(chǎn)生新的人工裂縫[1]。

重復(fù)壓裂裂縫方位依然取決于儲(chǔ)層就地應(yīng)力狀態(tài)。油田開采過程中物理?xiàng)l件變化和地殼運(yùn)動(dòng)可能引起地應(yīng)力場(chǎng)變化，壓裂井中的支撐裂縫也會(huì)改變井眼附近的地應(yīng)力分布，這些因素綜合作用的結(jié)果可能改變主應(yīng)力的相對(duì)大小而引起裂縫轉(zhuǎn)向。

中國石油勘探開發(fā)研究院采油所開展了轉(zhuǎn)向壓裂室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括定向射孔對(duì)裂縫初始形態(tài)影響試驗(yàn)、壓裂液粘度對(duì)初始裂縫形態(tài)影響試驗(yàn)、常規(guī)射孔轉(zhuǎn)向壓裂可行性研究試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明了裂縫轉(zhuǎn)向的可能性。

2 重復(fù)壓裂垂直裂縫轉(zhuǎn)向機(jī)理認(rèn)識(shí)及轉(zhuǎn)向工藝技術(shù)

2.1 重復(fù)壓裂垂直裂縫轉(zhuǎn)向機(jī)理理論分析

油藏中形成一條水力裂縫，將導(dǎo)致一個(gè)橢圓形壓降區(qū)。裂縫的橢圓形區(qū)域?qū)a(chǎn)生雙向附加應(yīng)力，沿裂縫延伸方向附加應(yīng)力遠(yuǎn)小于垂直裂縫壁面的附加應(yīng)力。附加應(yīng)力的增大將改變?cè)瓚?yīng)力場(chǎng)的狀態(tài)。重復(fù)壓裂形成的裂縫將會(huì)偏離于原來壓裂所產(chǎn)生的裂縫方向。溝通了油層中非泄油區(qū)或低壓降區(qū)。

如果重復(fù)壓裂裂縫超過橢圓形泄油區(qū)的邊界，裂縫延伸就可能順應(yīng)最初原始應(yīng)力方向。然而，由于受裂縫生長慣性的影響，裂縫也可能沿著已經(jīng)改變的裂縫方向繼續(xù)生長較遠(yuǎn)。

2.2 堵老縫壓新縫工藝技術(shù)

低滲透油田開發(fā)一般采用壓裂方式投產(chǎn)，在地層中壓出一條有高導(dǎo)流能力的人工裂縫。由于裂縫滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基質(zhì)滲透率，隨著老油田的開發(fā)，老裂縫控制的原油已接近全部采出，但某些井在現(xiàn)有開采條件下尚控制有一定的剩余可采儲(chǔ)量。為了充分發(fā)揮油井的生產(chǎn)潛能，采取延伸老裂縫的常規(guī)重復(fù)壓裂措施肯定不會(huì)有更好的效果。為此，必須實(shí)施轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂新技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是，采用一種高強(qiáng)度的裂縫堵劑有選擇性地進(jìn)入并有效封堵原有壓裂裂縫和射孔孔眼，但不能進(jìn)入地層孔隙而堵塞巖石孔隙。在壓裂施工時(shí)對(duì)于同一油層進(jìn)行不同時(shí)間分別壓裂兩次，確保壓開的裂縫能夠閉合和利于增強(qiáng)附加的應(yīng)力。然后采取高強(qiáng)度暫堵材料封堵已形成的裂縫，通過第二次壓裂和附加應(yīng)力的作用，以促使壓開與原裂縫形成一定角度的新裂縫。

3 優(yōu)選措施工藝，合理參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化措施組合

結(jié)合油井地層特性，將壓裂工藝與堵水、換泵措施相結(jié)合，保證措施實(shí)施一步到位。

3.2 應(yīng)用新工藝，提高單井的措施產(chǎn)量

針對(duì)夾層小，卡段內(nèi)小層多，無法進(jìn)行細(xì)分壓裂井，通過大排量施工，可使卡段內(nèi)的小層充分壓開，提高單井的導(dǎo)流能力。

3.3 分析壓裂低效原因，加強(qiáng)低效井的綜合治理

隨著原油綜合含水的上升，水淹狀況復(fù)雜化，使得壓裂井地層條件越來越差，效果往往得不到很好的保證。而壓裂井增產(chǎn)效果是各種因素的綜合反應(yīng)。我們仔細(xì)地分析了影響壓裂效果的諸多因素，如確定井層是否合理，壓裂層間是否存在干擾，油層條件的好壞，地層壓力的高低，砂質(zhì)砂量，壓裂液配方的選擇，是否具備重復(fù)壓裂條件，壓裂后的質(zhì)量跟蹤管理是否完善等。

3.4 壓裂液的優(yōu)選

優(yōu)選依據(jù)主要是：①與油藏的配伍性；②滿足壓裂工藝要求，即完成較高砂液比的輸送及較低的摩阻，③具有低傷害，易返排，安全可靠，可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3.5 施工排量優(yōu)化

隨著施工排量的增加，裂縫幾何尺寸增大，縫高延伸加快。隔層厚度較小的井，為防止竄槽，降低施工排量。對(duì)于全井壓裂且小層較多的壓裂井，為盡可能壓開多個(gè)層段，增大施工排量。對(duì)于壓裂井附近有斷層的井采用短寬縫壓裂工藝控制縫長，即減少前置液用量，快速提高砂比，縮短施工時(shí)間，達(dá)到控制縫長延伸在近井地帶形成高導(dǎo)流能力的短寬縫。

4 結(jié)束語

單井重復(fù)壓裂技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人工裂縫轉(zhuǎn)向，并取得較好的增油效果。只受地應(yīng)力因素的人工裂縫轉(zhuǎn)向角度不大，但新裂縫可以保持直線延伸。受地應(yīng)力和裂隙帶因素控制人工裂縫，只要壓裂工藝適當(dāng)可以產(chǎn)生新的人工裂縫，并與老裂縫的角度相差很大。暫堵劑的用量及性能是裂縫轉(zhuǎn)向的重要因素。今后多開展原地應(yīng)力的研究，其中包括區(qū)域構(gòu)造發(fā)育概況、最大、最小主應(yīng)力室內(nèi)研究及數(shù)學(xué)模型的建立和計(jì)算，通過上述計(jì)算和研究，了解原始地應(yīng)力狀態(tài)，為地應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)狀提供依據(jù)。重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向條件研究，包括水力裂縫對(duì)原應(yīng)力場(chǎng)影響、孔隙壓力變化對(duì)應(yīng)力場(chǎng)影響、目前最大、最小主應(yīng)力研究及裂縫轉(zhuǎn)向條件分析，為重復(fù)壓裂提供決策。

[1] 秦志遠(yuǎn)，林珊.重復(fù)壓裂機(jī)理研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011，（9）.

表1 不同造孔劑對(duì)載體性能的影響

從表1可以看出，添加甲基纖維素的載體強(qiáng)度明顯高于其它載體，并且其水孔容也明顯增大。研究表明，具有大孔結(jié)構(gòu)的催化劑有利于在低水碳比條件下消除積碳[5]。可見，具有大孔結(jié)構(gòu)的載體更適合一段轉(zhuǎn)化催化劑。另外，載體的高強(qiáng)度，使催化劑具有更適宜的耐沖刷能力。根據(jù)表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甲基纖維素改性孔結(jié)構(gòu)的催化劑載體強(qiáng)度明顯優(yōu)于其它類型開孔劑改性的載體；綜合來看，甲基纖維素開孔性能更優(yōu)。

3.2 造孔劑加入量對(duì)催化劑物化性能的影響

選用甲基纖維素作為開孔劑，考察了不同加入量對(duì)催化劑載體性能的影響，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 造孔劑加入量對(duì)載體性能的影響

從表2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，開孔劑的加入量呈現(xiàn)一個(gè)最佳值，加入量過少，不能達(dá)到理想的孔容，而加入量過多，載體強(qiáng)度又會(huì)受影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，開孔劑的加入量宜選用2%為宜。

3.3 造孔劑改性對(duì)催化劑活性的影響

選用不同開孔劑分別制備了5種不同的催化劑載體，然后對(duì)載體進(jìn)行活性組分負(fù)載，制得對(duì)應(yīng)催化劑。我們對(duì)所得5種催化劑在同等條件下進(jìn)行活性測(cè)試（測(cè)試條件為：檢測(cè)溫度為520℃，碳空速為20 000h-1，水碳比為2.0，催化劑粒度為1～2mm的破碎顆粒）。根據(jù)測(cè)試要求，以出口CH4含量來判斷催化劑活性好壞，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 不同造孔劑制得催化劑樣品活性測(cè)試結(jié)果

烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫主要反應(yīng)為：

烴類轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)，通過出口甲烷含量的比較我們可以看出催化劑活性的差異。表3中的測(cè)試結(jié)果表明，通過開孔劑改性孔結(jié)構(gòu)的催化劑的催化活性明顯優(yōu)于純氧化鋁載體所得催化劑；這是因?yàn)殚_孔劑改性后，載體孔容明顯改善，增加了氣體與催化活性中心接觸的機(jī)會(huì)，提高了反應(yīng)效率。還有就是，改性后的載體孔徑分散性更好，300nm以上的大孔更多，這樣鎳晶粒在載體上的分散性更好，從而為催化反應(yīng)提供了更多的活性中心，所以催化活性更佳。從表3中還可以發(fā)現(xiàn)，甲基纖維素改性所得催化劑C1催化活性表現(xiàn)得最優(yōu)，由此可見，甲基纖維素是最適合于烴類一段轉(zhuǎn)化催化劑的開孔劑。

4 結(jié)論

1）造孔劑對(duì)催化劑載體的性能有明顯影響，改性后載體性能顯著提高。

2）開孔劑的用量對(duì)催化劑載體的性能有一定影響。

3）綜合來看，甲基纖維素更適合于作為烴類一段轉(zhuǎn)化催化劑開孔劑。

參考文獻(xiàn)

[1] 李啟源，劉捷，鄧建利，等.烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑載體的研究和改性[J].天然氣化工（C1化學(xué)與化工），1988，（2）：21-26.

[2] 邱發(fā)禮.催化劑載體與活性組分作用熱力學(xué)分析－烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑載體的選擇[J].天然氣化工（C1化學(xué)與化工），1980，（3）：1-7.

[3] HG/T2273.4—2014天然氣一、二段轉(zhuǎn)化催化劑試驗(yàn)方法[S].

[4] 羅繼侑，羅超.CN-19 型轉(zhuǎn)化催化劑的特性[J].1997，22（5）：25-27.

[5] 劉玉新，石方柱.烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫催化劑孔結(jié)構(gòu)的研究[J].大氮肥，1992，（2）：147-150.

Feasibility Analysis of Single Well Repeated Fracturing Technology

He Ding-hai

In the later stage of oilfield development，fracturing well condition is getting worse and it is difficult to tap the potential. By analyzing the degree of recovery of single well，connectivity，the distribution of remaining oil，combined with the economic benefits of single well evaluation，to further relax the boundaries，may have the potential to optimize the oil wells for repeated fracturing.

Liaohe oilfield；low permeability；same layer fracturing；crack monitoring

TE357

A

1003–6490（2016）09–0021–02

2016–09–10

何定海（1965—），男，四川珙縣人，工程師，主要從事修井工藝技術(shù)研究及修井工程方案設(shè)計(jì)工作。