关于对致密油层水平井体积压裂裂缝优化研究

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[摘 要]在致密油气开采过程中，对致密油层水平井体积压裂裂缝进行优化，有利于提高油气的生产潜力，具有很强的现实意义。本文论述了国内外关于致密油气开发领域的研究发展现状，分析了体积压裂裂缝的形成机理和影响条件，着眼于适时改变裂缝网络的导流能力和缝网形态这两项物理参数，初步探索了一套适用于目前技术条件下的优化方案。

[关键词]体积压裂 ；缝网形态；优化

中图分类号：P618.130.2+5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0359-01

前言

目前，我国石油消费保持逐年低速增长的态势，而常规油气资源探明程度相当高，储量增长“入不敷出”，石油生产企业稳产难度越来越大。在当前严峻形势下，急需找到新的油气增长点。我国非常规油气资源十分丰富，其中，致密油气因其的丰富储量和巨大的开发前景，引起石油工作者的广泛关注。致密油，是指以游离状态或者是吸附状态聚集在致密砂岩、致密碳酸盐等储集层中的石油，其分布范围多位于北方盆地、丘陵地区，具有储藏深（有51%的储量深埋超过3500m）、油层薄（平均厚度仅为1.2m）、聚集低（含油井段跨度>50m占储量的86%）等特点。

近十几年来，致密油开采研究取得重大突破，水平式分井体积压裂等新技术进入大规模工业化应用阶段。在实际开采生产中，储层岩上由于体积压裂形成的裂缝，往往关系到致密油的增产潜力，为此，有必要对致密油层水平井体积压裂裂缝进行更深入的优化研究。

1.国内外研究现状

北美地区尤其以美国为代表，较早地展开了对致密油气开采技术的研究。经过一段时间的发展，从1987年开始，水平井技术在美国Bakken致密油区带首先得到了应用并逐步推广。2000年以后，随着水平井体积压裂技术逐渐成熟、进入工业化应用阶段，Bakken区的油藏开采取得了长足的进步，新技术的出现大幅度提高了致密油井的采收率，为大规模利用致密油气能源提供了坚实的技术支持。如今，美国凭借前沿的研究成果和先进的生产技术实现了对致密油区带的商业化开采，日产量超过20000t。

我国对致密油开发的研究尚处于起步阶段，但发展势头迅猛。经过前期研究论证，2010年前后，在长庆、吉林油区，相关技术已经初步应用到对致密油藏块实施的体积改造中。为进一步优化调整能源结构，促进致密油研究领域的发展，2014年2月22日，国家正式启动973计划致密油项目，旨在紧紧围绕我国致密油发展潜力评估、甜点区预测、规模产能建设三大勘探生产需求，在细粒沉积学、非常规储层地质学、非常规油气地质学领域构建基础理论体系，为今后进一步的研究打下坚实基础。

2.致密油层体积压裂裂缝的形成分析

1.1体积压裂裂缝对于致密油气增产的机理

水平井体积压裂技术是一种新型的压裂技术，它利用水压在对致密岩石进行压裂，通过在主裂缝上形成多条人工分支缝隙或者沟通不同的天然缝隙，形成贯穿整个油藏的复杂裂缝网络。增加的裂缝使水平井井筒与储集层有了更大的接触体积，从而改善储集层整体的渗流能力，最大限度开采出游离或吸附缝隙间的致密油气，达到增加产量的目的。

1.2影响压裂裂缝的储层条件

从体积压裂技术工艺上讲，排量的规模是影响裂缝形成的关键要素，大规模高排量的压裂有利于形成理想的裂缝走向，但是储层的自身特性也影响、决定着裂缝网络的生成。

（1）储层天然的缝隙

一般情况而言，使用体积压裂技术首先要找到岩层上的天然缝隙，将这些天然缝隙与人工缝隙相互交错连接，能够较为省时省力地构成复杂的缝网。因此，天然缝隙的方位走向、分布数量、发育程度都会影响到人工缝隙的延展和缝网的形成。

（2）储层岩石的脆性特征和矿物质成分

复杂缝网形成的原因不同裂缝面间的移动、剪切、错位作用，而不是简单的张开型破坏，脆性岩石越多，越易发生裂缝面间的相互作用。泊松比、杨氏模量是判断储层岩石脆性程度的重要参数，直接影响压裂力度。另外，储层岩石多以沉积岩为主，岩石矿物主要包括黏土岩矿物、硅质矿物和碳酸盐岩矿物，第一种矿物成分是塑性，后两种为脆性，如果塑性矿物过多，极难形成合乎开采要求的缝网。

（3）地应力的各向异性

地应力是指存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，地下岩石在各方向都会受到地应力的作用。如果地应力各向异性强，形成的天然缝隙宽度较窄，主缝隙四周不易形成分支裂隙，人工缝隙的两侧也不易张开延伸；如果地应力各向异性弱，在进行体积压裂时能够根据需要，人为地产生尺寸、密度不同的缝网，增大水平井筒与储层的接触面积，利于超致密的油气流出。

3.压裂裂缝相关参数的理论分析与优化措施

有研究表明，在渗透率不同的岩层，裂缝网络对产能极限贡献率在30%到50%左右，当渗透率（K）小于等于0.0001mD时，裂缝网络对产能极限贡献率高达80%。可见，在现有的技术水平下，采取一定措施改变其裂缝的相关参数，使形成的储层岩石缝网得到科学合理的优化，这对致密油气的开采具有十分重要的意义。

（1）导流能力

储层岩中的缝隙像是致密油渗出的通道，主缝隙、分支缝隙合理的导流能力会使油气开采的过程更为顺畅，间接影响油气产量。裂缝的导流能力由体积压裂支撑剂的类型、浓度决定的，当支撑剂均匀分布在缝网内部时，主缝隙与分支缝隙都具有一定的导流能力。当支撑剂大部分转移至主缝隙时，主缝隙的导流能力占主体地位，分支缝隙的导流能力很小。投放不同的支撑剂到储层岩的不同位置，可以人为调控缝隙的导流能力。

（2）缝网形态

缝网形态是指储层岩中由大小缝隙组成的类几何形状，不同的缝网形态，对产油量会产生不同程度的影响。当裂缝总长度、导流能力等条件一定时，对矩形、正方形、椭圆形三种缝网形态进行累计产油量对比。从中可知，椭圆形缝网产油量是最高的，但构成椭圆形缝网的技术工艺也最为复杂。相比于正方形缝网，矩形缝网的累积产油量较高，但从储层垂向动用程度来讲，正方形缝网优于矩形，在开采初期时期，在储层岩的垂直方向上的油气更容易被开采，此时，采取构建主缝隙较大的正方形缝网更够提高开采速度。

可以说，不论是调控导流能力还是改变缝网形态，都可以对水平井体积压裂裂缝起到一定的优化作用。两个参数的改变具有不可逆性，因此需要提前做好科学规划工作，逐步进行优化措施，有计划地开采出储层岩中的致密油。第一，充分做好前期的调查分析工作，全面掌握致密油区的地质特性，利用计算机技术构建数字化模型，通过运算、分析，制定出较为完备的开采方案。第二，开采初期，要注意保留岩石的脆性矿物成分，避免在一开始就破坏全部的储层岩。同时，注重保护天然缝隙的走向，不要急于打通全部的天然缝隙。在技术上，可以采取用分段体积压裂的方法，开采一部分，保留一部分，循序渐进。第三，在不同的开采阶段，对缝网的形态和缝隙的导流能力做出适时的调整，在保证获得最大产油量的前提下加快油气生产速度。在开采初期，缝网系统泄油区域主要以主缝隙为主，此时可采用正方形缝网形态，随着开采时间的增加，岩石压力会由主缝隙波及到边缘，此时需要提高分支缝隙的导流能力，同时对储层岩进行二次体积压裂，使缝网形态变成矩形或椭圆形，增加累积产油量。

我国致密油气资源储量丰富，开发致密油气对缓解中国油气资源紧缺状况、改变能源结构、保障国家能源安全具有重要的战略意义。

对致密油层水平井体积压裂裂缝进行优化，需要考虑油气储藏区的地质条件，制定科学的规划。在进行油气生产过程中，储层岩的物理特性会发生变化，通过现有技术适时进行二次体积压裂，调整岩石缝网参数，既保证产出量又保证产出速度，加快致密油气开发步伐。

参考文献

[1]景东升，丁峰，袁际华，等.美国致密油勘探开发现状、经验及启示[J].国土资源情报，2012，（1）：18-19