致密砂巖油藏直井體積壓裂技術(shù)研究與實.doc

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1、致密砂巖油藏直井體積壓裂技術(shù)研究與實踐林海霞（中國石油吉林油田公司采油工藝研究院）摘要本文借鑒國內(nèi)外體積壓裂理念與改造經(jīng)驗，在大安北扶楊和高臺子油層開展了體積壓裂探索研究與實踐，分析了體積壓裂改造機理、對儲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)扶楊和高臺子油層儲層特征為物性差（ф4.6-14%；k0.01-

2、1.2md）、中等偏強水敏、塑性強（平均模量39366MPa，平均水平兩項主應(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.體積壓裂作用機理吳奇等人結(jié)合國外研究給出了“體積壓裂”的定義及作用[1]。通過壓裂的方式對儲層實施改造，在形成一條或者多條主裂縫的同時，通過分段多簇射孔、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，實現(xiàn)對天然裂縫、巖石層理的溝通，以及在主裂縫的側(cè)向強制形成次生裂縫，并在次生裂縫上繼續(xù)

3、分枝形成二級次生裂縫，以此類推，盡最大可能增加改造體積，讓主裂縫與多級次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將可以進行淋巴液的有效儲集體“打碎”，使裂縫壁面與儲層基質(zhì)的接觸面積最大，極大地提高儲層整體滲透率，實現(xiàn)對儲層在長、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的裂縫網(wǎng)絡(luò)，將可以滲流的有效儲層打碎，使裂縫壁面與儲層基質(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、縫寬、縫高等因素變化而變化。③利用儲層水平兩向應(yīng)力差與裂縫延伸凈壓力的關(guān)系，實現(xiàn)裂縫延伸凈壓力大于兩個水平主應(yīng)力差值與巖石抗張強度之和，形成以主縫和分支裂縫相組合的枝狀裂縫。2.實現(xiàn)體積壓裂的條件2.1巖石的脆性指數(shù)儲層巖性具有顯著的脆性特征，是實現(xiàn)體積改造的物質(zhì)基礎(chǔ)。大量研究及現(xiàn)場試驗表明：不同區(qū)域，儲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、一般來說，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30%便數(shù)據(jù)庫認為巖石具有較高的脆性指數(shù)。巖石脆性指數(shù)的計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巖石脆性的影響。以往計算表明，砂巖段的綜合脆性指數(shù)明顯高于頁巖段，更有利于形成復(fù)雜裂縫。對紅87區(qū)塊59層儲層數(shù)據(jù)進行計算，得到扶楊油層和高臺子油層脆性指數(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儲層特征的要求。表1紅87區(qū)塊致密砂巖儲層巖石力學(xué)特征層位井段(m)靜態(tài)泊松比（無因次）靜態(tài)楊氏模量(Mpa)脆性指數(shù)(%)扶楊2274.6-2288.50.222326653.12高臺子2184.8-2195.50.222220351.792.2天然裂縫發(fā)育狀

7、況儲層發(fā)育良好的天然裂縫及層理是實現(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)。通過成像測井分析，儲層以垂直裂縫為主，縱向延伸長度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，進而可能形成復(fù)雜的縫網(wǎng)系統(tǒng)。對于裂縫較發(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）計算。發(fā)生剪切斷裂所需裂縫縫內(nèi)凈壓力按式（3）計算。（2）發(fā)生張性斷裂所需裂縫縫內(nèi)凈壓