重复压裂技术研究与应用.doc

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重复压裂技术研究与应用

摘要：

水力压裂技术是开发低渗透油藏主要措施之一，但经过水力压裂的油气井，在生产过程中由于各种原因可能导致水力裂缝失效。

为此，系统地分析了压裂井失效的原因和重复压裂方式，阐述了重复压裂的选井选层原则和重复压裂材料的选择，研究了重复压裂工艺方法。

关键词：

低渗透油气藏水力压裂重复压裂选井选层裂缝

1压裂井失效原因

针对低渗透油气藏的地质特点，一般采用水力压裂来提高油井产量。

当油井在采油的中后期第一次采用水力压裂后，其效果可能有两种：

（1）水力压裂失效，油井不能增产或增产不明显；

（2）水力压裂后，油井增产明显，但到采油后期，油井产量又明显减少。

而导致这种结果的原因通常主要有以下几种：

①压裂液大量滤失造成早期脱砂；②压裂规模太小，裂缝长度太短，对产层穿透率低；③压裂液残渣和破胶不彻底，对裂缝造成伤害，或者在生产过程中粘土或岩石颗粒的运移造成裂缝堵塞，从而降低地层的渗透率；④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；⑤随着开采时间增加，支撑剂在较高的闭合应力作用下破碎率增加或者嵌入到裂缝壁面，从而减小裂缝宽度，降低了裂缝导流能力。

2重复压裂方式

基于以上两种情况，为使油井增产，采用重复压裂技术。

目前国内外实施的重复压裂有以下三种方式。

（1）层内压出新裂缝

由于厚油层在纵向上的非均质性，油层内见效程度不同，层内矛盾突出而影响开发效果。

可以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，从而取得很好的效果。

（2）延伸原有裂缝

油田开发过程中，由于压力、温度等环境条件的改变，引起原有压裂裂缝失效。

对这种类型的井，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，对压裂改造规模不够、支撑裂缝短、裂缝导流能力低，对这种类型的井，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。

为了获得较长的增产有效期，必须优化设计重复压裂规模。

（3）堵老缝压新缝

油田的低渗透层已进入高含水期，原有裂缝控制的原油产量接近全部采出，裂缝成了水的主要通道，但某些井在现有采出条件下控制有一定的剩余可采储量。

这时如果采取延伸原有裂缝的常规重复压裂肯定不会有好的效果。

最好的办法是将原有裂缝堵死，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。

堵老缝压新缝，实质上就是采用一种高强度的裂缝堵剂封堵原有裂缝，当堵剂泵入井内后有选择性地进入并封堵原有裂缝，但不能渗入地层孔隙而造成堵塞，同时在井筒周围能够有效地封堵射孔孔眼；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（最佳方位是垂直于原有裂缝的方位）重新定向射孔，以保证重复压裂时使裂缝改向，即形成新的裂缝，从而采出最小主应力方向或接近最小主应力方向泄油面积的油气，实现控水增油。

3重复压裂选井选层原则

油井进行重复压裂后能否增产，选井选层是关键。

根据对重复压裂机理的研究和压裂井失效原因分析，重复压裂应遵守下列选井选层原则：

（1）油井必须有足够的剩余可采储量和地层能量。

有一定的地质储量，这是重复压裂工艺成功的物质基础。

而地层能量则是重复压裂能否见效的重要影响因素。

（2）前次压裂效果较好，但规模不够，或者未能处理整个油层。

（3）前次压裂成功，但由于压后作业事故，造成油气层污染而不能出液。

（4）前次压裂由于施工方面的原因造成施工失败，如早期脱砂，必须在对失败原因进一步分析的基础上加以改进，再进行重复压裂。

（5）初次压裂规模较小、砂比低、裂缝导流能力低、有效缝长较短的井或裂缝的有效支撑范围不够或支撑剂铺置不合理，油气产量下降较快的井。

4重复压裂材料的选择

重复压裂一般在油井开发中后期进行，因储层地质特征的变化，与前次压裂相比，对重复压裂的要求更加严格。

4．1压裂液

压裂液在水力压裂过程中起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用，压裂液性能的好坏直接影响到压裂作业的成败。

进行重复压裂的井，由于地层能量及油气饱和度的降低，因此对重复压裂的工艺要求更高，压裂液不仅要满足高砂比工艺条件，还要尽可能地降低对地层的伤害及降低压裂液的摩阻，必须对稠化剂、交联剂等入井材料进行优选。

因此，压裂液应满足：

（1）与地层岩石和地下流体的配伍性；

（2）有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部；（3）滤失少；（4）低摩阻；（5）低残渣、易返排；（6）良好的热稳定性和抗剪切稳定性。

4．2支撑剂

支撑剂质量是影响压裂施工效果的重要因素之一。

为此应进行重复压裂支撑剂选择研究，以寻求经济适用的重复压裂支撑剂。

支撑剂性能评估包括支撑剂的物理性能和导流能力评估。

前者包括支撑剂粒度组成及分布、圆球度和表面光滑度、浊度、密度（颗粒密度和体积密度）、酸溶解度、抗压强度；后者包括短期导流能力和长期导流能力。

随着油田开采，地层压力降低，围岩对裂缝的应力增大，裂缝中支撑剂承受的压力增加，当超过支撑剂的破裂强度时，会压碎支撑剂；或者支撑剂在长期承压下产生日益严重的变形，从而使裂缝的有效裂缝宽度变小，降低了裂缝导流能力，油井产量下降。

所以在重复压裂过程中，应该选用强度更高、导流能力更好的支撑剂。

5重复压裂工艺方法

重复压裂是在前次压裂失效之后进行的，这时的地层情况已不同于前，重新改造的难度更大，所以必须有针对性地采取措施，才能取得重复压裂的成功。

（1）加大施工规模，提高施工砂比

随着开采时间增加，支撑剂在较高的闭合应力作用下破碎率增加或者嵌入到裂缝壁面，从而减小裂缝宽度，降低了裂缝导流能力。

在这种情况下，提高施工砂比将有助于降低支撑剂的破碎率，增加裂缝宽度，提高裂缝导流能力，也有助于降低因支撑剂嵌入到裂缝壁面而对裂缝导流能力产生的影响。

而加大施工规模，将有助于增加裂缝长度，加大对油层穿透率，从而有利于油气流入井底。

（2）投球压裂工艺

在同一开发层系中，由于小层之间的非均质性而存在高渗与低渗透的差别，为了压开低渗层段，提高油层纵向改造程度，改善出油剖面，采用塑料球选择性压裂工艺。

这种工艺是将井中所有欲压开的层段一次射开，利用各层间破裂压力不同，首先压开破裂压力较低的层段进行加砂，然后在顶替液中投入塑料球，将射孔孔眼堵住，再提高压力压开破裂压力较高的层段。

（3）利用人工隔层控制缝高

水力压裂特别是重复压裂时，裂缝会向上或向下延伸，影响裂缝的导流能力和压裂效果，造成横向发展短，消耗泵压，降低油气产量。

甚至会导致压后完全无效或压开水层，引起油井含水暴增。

所以通常希望把裂缝限制在油层内，且裂缝在横向达到合适的长度，这样才能提高油气产量。

人工隔层控制缝高技术是在水力裂缝开始向产层外延伸以前，在注入混砂液前，用携带液携带隔离剂（空心微粉和粉砂）进入裂缝。

空心微粉在浮力作用下运动到裂缝的顶部，粉砂在重力作用下沉淀于裂缝的底部，从而在裂缝的顶部和底部分别形成一个低渗透或不渗透的人工隔层。

它限制了携砂液压力向上部和向下部传递，从而达到了改变缝内垂向上流压的分布，降低了上下层段中缝内流压与地应力之差，也就增加了上下隔层与产油层之间的地应力差，这样一来就控制了缝高的增加提高了压裂效率，起到了转向剂的作用，使后来注入的携砂剂转为水平流向，从而使裂缝水平延伸。

工艺过程为：

前置液造缝；注入携带液和隔离剂，制造人工隔层；注入前置液；注入混砂液继续延伸裂缝和支撑裂缝，完成压裂全过程。

（4）端部脱砂压裂技术

端部脱砂压裂是在水力压裂过程中有控制地使支撑剂在裂缝端部脱出，桥架形成端部砂堵，从而阻止裂缝向缝长方向进一步延伸。

继续注入高砂比混砂液，继而沿缝尖形成全面砂堵，缝中储液量增加，泵压增大，促使裂缝膨胀变宽，缝内填砂增大，从而造出一条具有很高导流能力的裂缝。

从理论上讲，前置液应在施工结束时正好从裂缝中全部滤失完毕，携砂液恰好达到裂缝前缘端部，这时将在裂缝端部附近脱砂产生桥塞，裂缝中的净压力因此而急剧升高，这便是端部脱砂压裂技术理论依据。

因为净压力的升高将迫使在宽度方向进一步扩展。

关键是要选择与控制适当的工艺参数使净压力的升高在施工期间保持在设备的允许压力范围内，并采取控缝高技术控制裂缝在高度方向进一步延伸。

对于堵老缝压新缝重复压裂挖潜改造井，端部脱砂技术是一项必要的配套技术。

6认识与结论

（1）重复压裂是低渗透油田增产稳产的主要措施之一。

（2）原有裂缝失效的原因是多方面的，主要有结蜡结垢、微粒运移、裂缝闭合导致支撑剂破碎和压裂规模太小造成裂缝长度太短。

裂缝失效是诸因素综合作用的结果。

（3）重复压裂有三种方式：

层内压新缝，延伸原有裂缝和改向重复压裂。

延伸原有裂缝适用于施工失败和改造规模不够的井，改向重复压裂适用于低渗透油层中高含水期。

（4）重复压裂评估包括单井状况评估、前次压裂材料评估和工艺评估，这是重复压裂选井选层的必需程序，同时选井选层也应遵守有关原则。

（5）加大施工规模、提高施工砂比、选用强度更高和导流能力更好的支撑剂是特低渗透油层重复压裂改造取得良好效果的必要条件。