水平井穿层压裂技术研究及应用

油气藏工程水平井穿层压裂技术研究及应用王庆江李莹莹（大庆油田有限责任公司井下作业分公司，黑龙江大庆163453）摘要：水平井分段压裂技术是低孔低渗油气藏增产改造的重要手段，由于砂泥岩薄互储层小层多，厚度薄，常规水平井压裂改造方法只能改造单一小层，供液能力有限，导致压后产能低，产能递减快。针对这个问题，本文提出了水平井穿层压裂技术，并通过理论分析、工艺控制措施参数优化及现场试验，证实了水平井穿层压裂技术的可行性，并在现场试验中取得了较好的效果。关键词：砂泥岩薄互层水平井穿层压裂水平井分段压裂技术是低孔特低渗油藏增产改造的重要技术手段，在厚油层压裂改造中被广泛应用。但面对厚度小、小层数多的砂泥岩薄互储层，它的改造效果一般，主要原因是压裂施工仅仅改造了水平段所在的单个小层，由于小层厚度小，地层能量弱，难以形成长期有效供液，导致产量低，递减快。为了实现同时改造多个小层，本文从水基压裂垂直缝遮挡原理出发，分析穿层压裂技术影响因素，优化压裂施工参数，在现场试验中取得了成功，实现了砂泥岩薄互储层水平井纵向改造多层，为砂泥岩薄互储层改造提供了技术手段。1裂缝遮挡机理裂缝高度hf是压裂设计中重要参数，影响裂缝高度的主要因素是隔层的遮挡作用，目前砂泥岩隔层遮挡机理主要包括应力遮挡和岩性遮挡。1.1应力遮挡裂缝高度是由净压力Pnet和边界泥岩层与储层的应力差Δσ所控制，当Pnet很大程度的大于Δσ时，裂缝延伸几何形态趋于简单的径向或圆形裂缝，并且净压力递减；当Pnet近似等于Δσ时，裂缝高度难于预测，在净压力变化较小时缝高可能会增长，但液体垂向流动时液体粘性引起压力降落又会阻止缝高增长；当Pnet小于0.5倍Δσ时，基本上无裂缝垂向增长，水力裂缝完全限定在储层内[1]。1.2岩性遮挡在泥岩隔层岩性比较纯、砂泥岩之间过度岩性少的砂泥岩交互层中，岩性遮挡主要作用在砂泥岩界面上，遮挡机理包括界面效应、塑性效应、阻渗效应。界面效应是裂缝延伸到界面时，由于岩性变化明显，裂缝在岩性界面滑移；塑性效应是裂缝延伸到纯泥岩层后，由于泥岩塑性强，抗压能力强，此时缝内净压力只能导致泥岩层变形但不破裂，阻止裂缝继续向前延伸；阻渗效应是泥岩渗透性差，能有效阻止液体向泥岩层滤失，保持泥岩层为受压状态，避免进入受拉状态而破裂。2穿层压裂技术影响因素分析在应力遮挡模型中，提高裂缝内净压力，使Pnet大于储隔层应力差Δσ，才能使裂缝在高度上延伸。但在岩性遮挡模型中，突破遮挡的关键是首先必须有液体渗入泥岩隔层，突破泥岩层的阻渗效应，然后流体大量渗入隔层提高隔层内净压力，净压力达到到一定程度后，最小主应力σ3将小于0，泥岩隔层进入广义拉张状态，岩石张剪性和张性破裂[2]，形成裂缝。两种遮挡模型中突破遮挡的关键都是提高隔层内净压力，Nolte推导净压力方程为[1]：（1）式中：E'——弹性模量；Hf——裂缝高度；Q——施工排量；μ——流体粘度；xf——裂缝半长；KIc-App——断裂韧性或裂缝端部效应。从净压力方程中可以看出，E'，Hf，KIc-App是不可控因素，由地层自身决定，可控因素包括流体粘度μ、施工排量Q和裂缝半长xf（可近似为施工规模），三个参数都与Pnet呈正相关性，因此，需要提高流体粘度和施工排量，扩大施工规模，才能提高缝内净压力。但以往研究表明，泥岩层渗透性比较差，胍胶压裂液很难渗入，最小主应力σ3始终大于或等于0，泥岩始终保持在广义压缩状态，以剪性破裂为主[2]，岩心实验结果表明，压缩状态下需要克服极大的剪切力才能破裂，工程上无法满足。因此，高粘度压裂液不能作为水平井穿层压裂技术的工作液。同时，我们在以往体积压裂现场施工中发现，使用降阻清水（滑溜水）作为压裂液时，由于它粘度小，表面张力小，更易于渗入微裂缝和孔隙，促进地层张性裂缝开启[3]。泥岩隔层如果存在微缝，形成裂缝难度将大大降低。而且，在提高排量时，井底压力上升幅度比使用胍胶压裂液更大，更加有利于提高缝内净压力，使泥岩隔层由受压状态变为受拉状态，降低隔层破裂难度。因此，优选降阻清水作为水平井穿层压裂技术的穿层压裂液，再采用大排量、大规模施工，突破泥岩隔层遮挡，实现纵向改造多层，在理论上可行。3应用实例分析QP2井是某油田一口水平井，纵向上砂泥薄互层发育，厚度2-3m左右，储隔层应力差1MPa，应力遮挡条件一般，但泥岩隔层GR值120API，储隔层GR值60API（GR≥40API时具备遮挡条件），岩性遮挡条件较好。按照常规压裂方法，预测缝高在10-12m之间，只能改造1-2个油层。对本井应用穿层压裂技术，采用降阻清水作为造缝压裂液，常规胍胶压裂液作为携砂液，施工排量11-13m3/min，支撑剂规模120-180m3，裂缝监测结果显示，裂缝高度在30-40m之间，在纵向上同时改造了4个油层，压后日产油39m3/d，取得了很好的效果。4结论⑴水平井穿层压裂技术理论上可行，现场试验也取得了成功，实现了在砂泥岩薄互储层中同时改造多层，为该类储层有效改造提供了新的技术手段。⑵水平井穿层压裂技术关键在于提高缝内净压力，突破隔层遮挡限制，主要做法是选用降阻清水作为穿层压裂液，采用大规模大排量施工，具体施工参数需要根据地层条件进行优化。参考文献[1]埃克诺米德斯（ECOnomides，M.J.），诺尔特（Nolte，K.G.）.油藏增产改造（第三版）[M]；张保平等译.北京：石油工业出版社，2002.4.[2]卢虎胜，张俊峰，等.砂泥岩间互地层破裂准则选取及在裂缝穿透性评价中的应用[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（3）：14-19.[3]吴奇，胥云，等.美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示[J]，石油钻采工艺，2011，33（2）：1-7.作者简介：王庆江，男，1985年出生，主要从事压裂增产改造技术研究工作。21水平井穿层压裂技术研究及应用作者：王庆江，李莹莹作者单位：大庆油田有限责任公司井下作业分公司,黑龙江大庆,163453刊名：中国化工贸易英文刊名：ChinaChemicalTrade年，卷(期)：2014(13)参考文献(3条)1.埃克诺米德斯;诺尔特;张保平油藏增产改造20022.卢虎胜,张俊峰,李世银,邹军,刘爱武砂泥岩间互地层破裂准则选取及在裂缝穿透性评价中的应用[期刊论文]-中国石油大学学报（自然科学版）2012(3)3.吴奇,胥云,刘玉章,丁云宏,王晓泉,王腾飞美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示[期刊论文]-石油钻采工艺2011(2)引用本文格式：王庆江.李莹莹水平井穿层压裂技术研究及应用[期刊论文]-中国化工贸易2014(13)