多裂缝压裂工艺研究及现场实践

第33卷第4期2011年7 月

石 油 钻 采 工 艺

OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY

Vol. 33 No. 4

July 2011

章编号：1000 – 7393（2011 ） 04 – 0088 – 03

多裂缝压裂工艺研究及现场实践

何育荣1　何　骁2　向　斌2　杜林麟3

（1.中国石化股份公司石油工程管理部，北京　100102；2. 中石油西南油气田公司低效油气开发事业部，四川成都　610017；

3.东方宝麟科技发展（北京）有限公司，北京　100083）

摘要：受储层地应力状态控制，双翼对称水力裂缝控制泄流面积有限，压裂油气井表现为初期产量高，产量递减快。多裂缝压裂是以增加主裂缝数目，并严格控制其裂缝形态为主要特征的新型压裂工艺，通过合理的施工参数和施工工艺控制主裂缝的条数和延伸方向，多方位沟通油气储集体，大幅度增加油气泄流面积，达到高产稳产的目的。在研究多裂缝产生机理的基础上，归纳出多裂缝的测试压裂特征和G函数特征。现场应用表明，多裂缝压裂技术能够极大地提高油气井产能。

关键词：多主裂缝；压裂机理；G函数；净压力

中图分类号：TE357.1 文献标识码：A

Research and field application of multiple fracturing technology

HE Yurong1, HE Xiao2, XIANG Bin2, DU Linlin3

（1. Department of Petroleum Engineering Management in Sinopec Corp., Beijing 100102, China;

2. Low-Efficiency Hydrocarbon Development Department of Southwest Oil&Gas Field Company, Chengdu 610017, China;

3. Orient Baolin Technology Development （Beijing） Ltd, Beijing 100083, China）

Abstract: Under the control of the formation stress, the two-wing hydraulic fracture geometry has a limited controlling drainage area. Oil & gas well with this type fracture generally have a high initial production rate, but it declines rapidly. The multiple fracturing is a novel stimulation technique that not only increase in the number of the main fractures but also can rigorously control the fracture geometry. The number of directions of the main fractures can be controlled by the appropriate treatment parameters and technologies. In this way, these fractures can reach multiple the hydrocarbon reservoir areas simultaneously, which will increase the drainage area dramatically and keep the production rate in a higher level for a longer time. Based on the creating mechanism of multiple fractures, the feature of the minifrac and the G-function in multiple fracturing are induced. The field application indicates that multiple fracturing technique can greatly enhance the productivity of the well.

Key words: multiple main fractures; fracture mechanism; G-function; net pressure

经典断裂力学理论（包括弹塑性断裂力学理论）认为，受地应力场的影响和控制，水力压裂时储层中将形成以井筒为中心的双翼对称水力裂缝，裂缝沿垂直最小主应力方向延伸。压后生产过程中，由于双翼对称裂缝控制泄流区域较为有限（局限在水力裂缝周围的区域），表现为初期产量高，产量递减快。

然而，含有油、气、水的岩层，具有多裂隙的颗粒材料、多相介质、强烈的非均质性、各向异性、非连续等特点，多孔介质或裂缝介质在强载荷作用下，形成复杂波系和高压及高应力梯度的状态，具有惯性和速度、破坏和流动、流体和固体等的耦合特征［1］。岩石的非均质性将会导致不规则的水压破裂路径产生，当岩石中晶粒和缺陷的随机分布的影响逐渐起主导作用时，它将引起在岩石内部应力场的不均匀

作者简介： 何育荣，1963年生。1984年毕业于华东石油学院，2005年获中国石油大学（华东）油气井工程专业博士学位，现从事石油工程技术开发及管理工作，高级工程师。E-mail：yuronghe@。

89何育荣等：多裂缝压裂工艺研究及现场实践

分布，产生局部应力集中，导致交界最弱部位产生微裂纹，引起孔边裂纹的随机发展［2］。

1　多裂缝产生机理

物模实验表明，非均质性岩层在不同的围压比和施工压力下产生的裂缝特征不同（如图1）：高围岩应力比（ v/ h=1.5）的情况下，裂纹扩展较为平直且为双翼对称裂缝（图1a和b）。随着围岩应力比的减小和偏压力的减弱，在静水压力条件下，岩石中晶粒和缺陷随机分布的影响逐渐起主导作用，造成岩石内部应力场分布不均匀，平行于 h方向的主裂纹方向发生偏离，产生局部应力集中，导致交界最弱部位产生微裂纹，并出现分叉，引起孔边裂纹的随机发展，裂纹的扩展路径曲折（图1c和d）

。

图1　不同围压作用下的裂缝起裂和延伸特征

双翼对称平直裂缝起裂和延伸假设只适应于岩层高围岩应力比的情况，否则，水力压裂不仅能够产生多裂缝，而且裂缝在延伸过程中还会出现分支，同时，不同围岩应力比下岩石的破裂压力也不同。

当水力压裂起裂同时产生多条对称相对等效裂缝时，随着裂缝的延伸，将会形成一条相对的主裂缝，其他分支缝也同步延伸。由于多条裂缝的分流作用，相对的主裂缝延伸速度降低，为维持裂缝延伸，注入井底压力增加到裂缝延伸所需压力时才能保证其延伸。同时，每一条裂缝均具有一定裂缝形态，能够沟通储层，其压裂液的流动摩阻小，因而总体摩阻不会很高。

因此，如何根据储层条件来控制裂缝的起裂和延伸非常关键，如果多方向的多条主裂缝（仍然存在一条相对优势方向的主裂缝）都能沟通储层，将会极大增加油气的泄流面积，大幅度提高改造效果。当产量降低到一定程度实施重复压裂时，只需要进一步延伸地层已存在的多裂缝系统，同样可以大幅度提高重复压裂改造效果。

2　多裂缝测试压裂特征与G函数特征

多主裂缝测试压裂特征表现为高停泵压力、高摩阻、高滤失特征，净压力呈斜率上升趋势。裂缝延伸压力表现为破裂后持续增加，这是多条水力裂缝同时延伸造成的。G函数特征如图2~图4

所示。

图2　多主裂缝G

函数特征

图3　分支裂缝G

函数特征

图4　双主裂缝G函数特征

T型裂缝作为多裂缝的特例，测试压裂表现为高摩阻、高滤失特征，压降中后期呈现漏失特征。与微裂缝特别发育特征不同的是，测试压降后期压力呈直线下降，在产生水平缝的条件下，才导致后期压降受水平缝滤失影响下压力下降不正常。

3　现场应用

压裂井段3366~3370 m，岩性为灰白色细~中砂岩，储层微孔隙发育，天然裂缝欠发育。射孔段上下均能提供6 MPa的应力遮挡，水平两向主应力差值为3 MPa。加砂压裂施工曲线见图5，压裂工作液为低摩阻、低伤害APV线性胶。

从停泵初期的压降曲线形态看，主裂缝延伸状态比较好。从G函数曲线（图2）分析，施工中途产生了3条垂直的分支裂缝。通过实时控制多裂缝