重复压裂技术探讨

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摘　要：本文分析了重复压裂的机理，重复压裂裂缝延伸方式及判断方法，分析了初次裂缝失效的原因，提出了重复压裂的评估方法，讲述了重复压裂的选井选层的原则与方法和重复压裂裂缝延伸的模拟方法。

关键词：重复压裂　机理　裂缝延伸　模拟

压裂技术是低渗透油气藏开发的一种重要增产措施，然而在开发过程中，由于支撑强度不够，闭合后破碎嵌入，微粒迁移，作业污染等原因，导致初次压裂形成的人工裂缝失效，使得油井产量降低，影响了开发效果。

一、重复压裂机理

重复压裂油井中地层应力分布是影响水力裂缝产生的主要因素。对于重复压裂井而言，由于存在初次支撑裂缝和天然裂缝的应力场分布以及生产活动引起的孔隙压力变化，从而导致了井眼附近应力的变化，产生了诱导应力场，在两个水平主应力方向上均附加诱导应力。最大诱导应力等于裂缝闭合后作用在支撑剂上的净压力，该应力垂直于初始支撑裂缝，而最小诱导应力平行于初始支撑裂缝。在近井筒附近，新裂缝将在应力最弱点开始启裂，如果在井筒和初始裂缝周围，两个水平主应力相等椭圆形区域内，原最小水平主应力与最大诱导应力之和大于原最大水平主应力与最小诱导应力之和，则在重复压裂时，二次裂缝将重新定向，裂缝启裂的方位将垂直于初次裂缝方位。

二、重复压裂方式

根据国内外的重复压裂实践可知，重复压裂主要有以下三种方式。

1.继续延伸原有裂缝。在油田开发过程中，由于压力、温度等环境条件的改变，必然引起油井产量的下降。例如，结蜡结垢堵塞原有裂缝，这类井需要加砂重新撑开原有裂缝，穿透堵塞带就可以获得不同程度的效果。另外，压裂改造规模不够，或者支撑裂缝短，或者裂缝导流能力低，这类井必须加大压裂规模继续延伸原有裂缝，或者提高砂量以增加裂缝导流能力。

2.层内压出新裂缝。胜利油田通过补射非主力油层或对非均质厚油层重复压裂、或者压裂同井新层等措施改善出油剖面，取得了很好的效果。

3.改向重复压裂。将原有裂缝堵死，重新压裂，在与原有裂缝呈一定角度方向上造新缝，这样既可堵水，又可增加采油量。即裂缝堵剂封堵原有裂缝，然后采用定向射孔技术重新射孔以保证在不同于原有裂缝的方位重新定向射孔，以保证重复压裂时使裂缝改向，也即形成新的裂缝。

三、初次人工裂缝失效原因

1.化学结垢和沉积引起堵塞。地层水中存在结垢离子，如Ca2+，HCO3-等，在油井生产过程中由于压力降低而结垢。另外，地层水与产出水或不同产出水间成垢离子相互作用，或下降脱气要产生BaSO4，CaSO4，SrSO4等垢。

2.微粒运移引起堵塞。注入水等外来水改变了地层水的矿化度，pH值变化可能会破坏地层水中存在的阳离子同粘土片表面的负电荷作用保持电中性的平衡。另外，亲水地层可能在砂粒附近不运移的束缚水中含微粒，若水侵入移动水相，则这些微粒即分散而参加运移，导致颗粒桥堵孔隙喉道，降低地层渗透率。

3.压裂裂缝闭合。随着油田开采，地层压力降低，围岩对裂缝的应力增大，当超过支撑剂的抗压强度时，产生破碎和变形从而使裂缝的有效缝宽变小，降低了裂缝导流能力，油井产量下降。

四、重复压裂的评估

重复压裂评估包括单井状况、压裂材料及压裂工艺的评价。

1.单井状况评价。单井状况评估包括当前裂缝状况分析和井的生产能力分析。前者以试井分析为主要工具，按有限导流能力裂缝试井分析的压力拟合计算流动系数，由时间拟合计算折算半径、表皮系数和有效支撑缝长。后者以油藏数值模拟为基础，根据井网条件和油藏渗流规律计算分析水力裂缝方位、支撑缝长和导流能力对井产能变化、扫油效率和最终采收率的影响。

2.压裂材料评估。支撑剂评价:包括对支撑剂进行物理评价和导流能力评价。必须结合地层的压力、温度和环境条件进行仔细评价。

压裂液体系评价:不同压裂液体系性能差别很大，使用条件各不相同，必须对原有压裂液进行全面评价，包括流变性、滤失性、温度稳定性和剪切稳定性、压裂液对地层的伤害评价。

3.压裂工艺评价。包括泵注程序、加砂程序、砂比和返排状况评价。

五、重复压裂选井选层技术

重复压裂选井的选择应考虑进一步的油田开发计划，具有高的油井压力、前次压裂历史与结果。对中高渗透层重复压裂应考虑增加裂缝导流能力，低渗层重复压裂应考虑增加裂缝长度。为了获得好的重复压裂效果，应考虑到下述原则。

1.油井必须具有足够的剩余储量和地层能量。这反映在含油饱和度和地层压力上，这是取得重复压裂效果的基本条件。

2.足够的地层系数。地层系数过低，地层向裂缝供油能力太弱，必须加大施工规模，增加裂缝长度，地层系数过大，要取得一定的效果，必须有很高的裂缝导流能力，宜采用端部脱砂压裂技术。

3.优先选择前次压裂由于施工原因造成施工失败井，前次改造规模不够的压裂井，前次改造对裂缝支撑不够的井，改造后支撑剂破碎的井。

4.选井要注意井况，应选择套管状况及强度具备条件，最好距边底水、气顶有一定距离，有较好遮挡层的井层。

重复压裂选井选层决策应综合考虑储层地质特征、油气藏特性、物性参数、测试和生产数据等多个方面。目前主要采用人工智能神经网络技术和支持向量机技术进行重复压裂选井选层。

六、裂缝三维延伸模拟

水力压裂裂缝会在长、高和宽三个方向上同时延伸，建立裂缝三维延伸模型、研究相应的计算理论和方法，更真实的模拟裂缝的三维延伸，可为优化压裂设计、实现裂缝纵深发展提供技术依据。

1.连续性方程。根据物质平衡原理，向井内注入的压裂液体积应等于裂缝体积与滤失到地层的压裂液体积之和。转换为流量表示为:q=f1(x，h，w)。

2.压降方程。将裂缝的横截面视为椭圆，压裂液沿裂缝长度方向流动的压降方程表示为:dp/dx=f2(x，h，w，q)。

3.裂缝张开宽度方程。有张开应力时的裂缝张开宽度，表示为:w(η)=f3(x，h，p)。

4.裂缝高度控制方程。根据线弹性断裂理论和作用于裂缝壁面的张开应力分布，可以得到dh/dx=f4(x，h，p)。

5.裂缝三维延伸模型求解。

七、几点建议

1.目前还没有成熟的、科学的重复压裂设计软件，应加紧进行重复压裂设计软件的设计与开发，有效模拟分析在复杂变化的地应力条件下，重复压裂新裂缝的起裂和延伸特征、新裂缝的缝长方向上的动态特征，以及压裂液携带支撑剂的运移、经济评价和优化设计等。

2.对于重复压裂前地应力场变化、以及裂缝转向以及裂缝曲折等现象应多开展室内大尺寸试样重复压裂物理模拟实验及现场测试，以便能够进一步弄清重复压裂造新缝的力学机理，检验模型的可靠性和适用性，以便对理论模型作进一步的修正和完善。参考文献[1]王鸿勋编著．水力压裂原理[M]．第一版．北京：石油工业出版社，1997：120-125．[2]张丁勇等．重复压裂应力分析[J]．油气地质与提高采收率，2004，11(4)：57-60．