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1、致密砂巖油藏直井體積壓裂技術(shù)研究與實(shí)踐林海霞（中國(guó)石油吉林油田公司采油工藝研究院）摘要本文借鑒國(guó)內(nèi)外體積壓裂理念與改造經(jīng)驗(yàn)，在大安北扶楊和高臺(tái)子油層開展了體積壓裂探索研究與實(shí)踐，分析了體積壓裂改造機(jī)理、對(duì)儲(chǔ)層條件的要求和在大安北致密砂巖油藏開展體積壓裂改造的可行性，探索了體積壓裂選井原則、壓裂技術(shù)措施，在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用并取得好的改造效果和壓后投產(chǎn)效果，為同類致密砂巖油藏改造提供了有益的借鑒。主題詞致密砂巖體積壓裂滑溜水壓裂扶楊油層0.引言吉林油田大安北地區(qū)扶楊和高臺(tái)子油層儲(chǔ)層特征為物性差（ф4.6-14%；k0.01-
2、1.2md）、中等偏強(qiáng)水敏、塑性強(qiáng)（平均模量39366MPa，平均水平兩項(xiàng)主應(yīng)力差7.7MPa，平均泥質(zhì)含量16.93%），采用常規(guī)壓裂改造措施難以滿足生產(chǎn)需求，需通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新改變開發(fā)現(xiàn)狀，這就使得直井體積壓裂技術(shù)應(yīng)用成為可能。1.體積壓裂作用機(jī)理吳奇等人結(jié)合國(guó)外研究給出了“體積壓裂”的定義及作用[1]。通過(guò)壓裂的方式對(duì)儲(chǔ)層實(shí)施改造，在形成一條或者多條主裂縫的同時(shí)，通過(guò)分段多簇射孔、高排量、大液量、低粘液體以及轉(zhuǎn)向材料和技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然裂縫、巖石層理的溝通，以及在主裂縫的側(cè)向強(qiáng)制形成次生裂縫，并在次生裂縫上繼續(xù)
3、分枝形成二級(jí)次生裂縫，以此類推，盡最大可能增加改造體積，讓主裂縫與多級(jí)次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將可以進(jìn)行淋巴液的有效儲(chǔ)集體“打碎”，使裂縫壁面與儲(chǔ)層基質(zhì)的接觸面積最大，極大地提高儲(chǔ)層整體滲透率，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層在長(zhǎng)、寬、高三維方向的全面改造，增大滲流面積及導(dǎo)流能力，廣義的體積壓裂包括以下3種模式[2]：①使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，將可以滲流的有效儲(chǔ)層打碎，使裂縫壁面與儲(chǔ)層基質(zhì)的接觸面積最大。②采用多種方法在有限的井段內(nèi)增加水力裂縫條數(shù)和密度（天然裂縫也可能開啟
4、），這些裂縫累積控制的泄流面積隨裂縫的條數(shù)、縫長(zhǎng)、縫寬、縫高等因素變化而變化。③利用儲(chǔ)層水平兩向應(yīng)力差與裂縫延伸凈壓力的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)裂縫延伸凈壓力大于兩個(gè)水平主應(yīng)力差值與巖石抗張強(qiáng)度之和，形成以主縫和分支裂縫相組合的枝狀裂縫。2.實(shí)現(xiàn)體積壓裂的條件2.1巖石的脆性指數(shù)儲(chǔ)層巖性具有顯著的脆性特征，是實(shí)現(xiàn)體積改造的物質(zhì)基礎(chǔ)。大量研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：不同區(qū)域，儲(chǔ)層巖石礦物組分差異較大，富含石英或者碳酸鹽巖等脆性礦物的儲(chǔ)層有利于產(chǎn)生復(fù)雜縫網(wǎng)，粘土礦物含量高的塑性地層不易形成復(fù)雜縫網(wǎng)[2]。脆性指數(shù)越高，巖石越容易形成復(fù)雜裂縫。
5、一般來(lái)說(shuō)，要形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，巖石的脆性指數(shù)要不低于50%。目前，巖石脆性指數(shù)的計(jì)算有幾種方法，一種方法是根據(jù)巖石礦物組成判斷[3]，即取巖石中石英含量與巖石中石英、碳酸鹽及粘土總含量的比值作為該巖石脆性指數(shù)。一般石英含量超過(guò)30%便數(shù)據(jù)庫(kù)認(rèn)為巖石具有較高的脆性指數(shù)。巖石脆性指數(shù)的計(jì)算第二種方法則是根據(jù)巖石力學(xué)特性判斷，由楊氏模量及泊松比計(jì)算得到。見公式（1）。（1）其中，Br為脆性指數(shù)，E為楊氏模量，Pr為泊松比，a和b為常數(shù)，a=1，b=0.4。綜合脆性指數(shù)即泊松比、均一化楊氏模量（無(wú)量綱）和脆性礦物的平均值，
6、可綜合反應(yīng)巖石力學(xué)特征以及巖石礦物特征對(duì)巖石脆性的影響。以往計(jì)算表明，砂巖段的綜合脆性指數(shù)明顯高于頁(yè)巖段，更有利于形成復(fù)雜裂縫。對(duì)紅87區(qū)塊59層儲(chǔ)層數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到扶楊油層和高臺(tái)子油層脆性指數(shù)分別為53.12%和51.79%，巖石脆性指數(shù)可以滿足體積壓裂對(duì)儲(chǔ)層特征的要求。表1紅87區(qū)塊致密砂巖儲(chǔ)層巖石力學(xué)特征層位井段(m)靜態(tài)泊松比（無(wú)因次）靜態(tài)楊氏模量(Mpa)脆性指數(shù)(%)扶楊2274.6-2288.50.222326653.12高臺(tái)子2184.8-2195.50.222220351.792.2天然裂縫發(fā)育狀
7、況儲(chǔ)層發(fā)育良好的天然裂縫及層理是實(shí)現(xiàn)體積壓裂改造的前提條件。壓裂形成縫網(wǎng)的難易程度與天然裂縫和水平層理的自然狀態(tài)（天然裂縫發(fā)育程度，是否為潛在縫或張開縫，裂縫內(nèi)是否有填充物等）密切相關(guān)[3]。天然裂縫的開啟所需要的縫內(nèi)凈壓力與施工排量及壓裂液的粘度密切相關(guān)。通過(guò)成像測(cè)井分析，儲(chǔ)層以垂直裂縫為主，縱向延伸長(zhǎng)度3-8m，一般不穿層。裂縫傾角大，近于直立，與東西向夾角一般小于12度，分析裂縫性質(zhì)為潛在縫。通過(guò)巖心觀察，紅崗北扶楊油層裂縫密度0.92條/米，天然裂縫發(fā)育,有利于形成縫網(wǎng)系統(tǒng)。圖1紅97井泉四段成像測(cè)井圖2.3
8、地應(yīng)力分析兩向應(yīng)力差小，有利于裂縫的轉(zhuǎn)向和彎曲，進(jìn)而可能形成復(fù)雜的縫網(wǎng)系統(tǒng)。對(duì)于裂縫較發(fā)育油藏，形成縫網(wǎng)壓裂的力學(xué)條件可在天然裂縫擴(kuò)展基礎(chǔ)上分析，縫網(wǎng)示意圖如力2所示。圖2縫網(wǎng)示意圖根據(jù)W和T的破裂準(zhǔn)則及二維線彈性理論，發(fā)生張性斷裂所需裂縫縫內(nèi)凈壓力按式（2）計(jì)算。發(fā)生剪切斷裂所需裂縫縫內(nèi)凈壓力按式（3）計(jì)算。（2）發(fā)生張性斷裂所需裂縫縫內(nèi)凈壓
