缝网压裂技术在扶余油层的应用与分析_张丽

5.0~8.0 19.1
0.54 0.50
0
17.4 17.4
0.0
430
5.0~8.0 21.3
0.7
0.7
0
6.4
4.4
31.3
374
5.0~8.0 22.3
3.1
0.2
93.1 22.2
7.3
67.1
319
5.0~8.0
4.8
6.6
6.6
0
322
5.0~8.0 16.9
1.4
0.5
67.7 13.2
第1期
张丽等. 缝网压裂技术在扶余油层的应用与分析
· 59 ·
排 液 体 积 的 2.19%， 只 有 压 裂 过 程 中 产 生 了 大 量 的
支裂缝、微裂缝，才能容纳大量的压裂液。
井号
扶3 扶4 扶5 茂6 平均
段数/ 个
8 6 6 1 5.3
总液 量 /m3
2530 1579 3169 2000 2320
中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
2015年 第 20 卷
表 3 葡南扶余油层敏感性实验数据统计表
项 目 实验介质
临界值
敏感性指数 敏感程度
0.25mL/min
速 敏 地层水
பைடு நூலகம்
0.16
弱
(临界流量)
水 敏 蒸馏水
0.45 中 等 偏 弱
盐 敏 系列盐液
3625mg/L (临界盐度)
0.40 中 等 偏 弱
1757.0~1760.6
0.086
1694.6~1698.2
0.15
1763.0~1766.4
0.125
1709.6~1711.4
0.08
1766.4~1771.0
0.182
1718.7~1720.9
0.10
1774.4~1778.0
0.119
1748.0~1750.0
0.08
1778.0~1782.0
值，以产生缝网。
2.2.2 试验区地应力差异系数 根据葡 A 区块扶余油层地应力测试结果(见表
4)， 其 水 平 应 力 差 异 系 数 介 于 0.07~0.182 之 间 ， 平
均 为 0.119，因 此 ，直 接 采 用 大 排 量 清 水 压 裂 即 可 产 生缝网。
表 4 葡 A 区块扶余油层地应力差异系数
③ 水平井横切缝多段压裂技术和层内液体火 药爆炸压裂技术，前者实际是缝网压裂的一种特殊 形式，后者还处于室内研究阶段，需进行安全评估。 3 现场试验及分析 3.1 现场试验及效果
按照缝网压裂的技术思路，完成了 4 口井的现 场 试 验 ， 前 置 液 采 用 滑 溜 水 造 缝 ， 施 工 排 量 6~8m3/ min，携 砂 液 采 用 冻 胶 压 裂 液 ，施 工 排 量 4~6m3/min， 单 层 用 液 量 300~2000m3 不 等 ，单 层 加 砂 20m3， 实 施 后效果显著。 其中，葡南油田扶余油层 3 口老井(扶 3、 扶 4 和 扶 5) 初 期 平 均 单 井 日 增 液 13.9t， 日 增 油 9.2t； 目 前 平 均 单 井 日 增 液 4.6t， 日 增 油 2.1t， 已 累 计 增 油 4175.6t。 新 井 试 验 1 口 ： 茂 6 井 ， 仅 压 裂 1 层 ，初 期 日 产 油 6.6t/d，不 含 水(见 表 5)。 3.2 缝网分析
岩 石 单 轴 抗 压 强 度 σc/MPa 弹 性 模 量 E/104MPa
泊松比 μ
σ3=10MPa
轴 向 破 坏 应 力 σ1/MPa 弹 性 模 量 E/104MPa 泊松比 μ
轴 向 破 坏 应 力 σ1/MPa σ3=20MPa 弹 性 模 量 E/104MPa
泊松比 μ
轴 向 破 坏 应 力 σ1/MPa σ3=40MPa 弹 性 模 量 E/104MPa
0.138
平均
0.106
平均
0.131
2.2.3 实现途径 ① 主缝净压力控制方法： 主裂缝净压力的大
小主要与地层破裂与主缝延伸控制方法、压裂液黏 度、施工排量及砂液比等因素有关。 现场施工中，主
要是通过提高施工排量、降低压裂液黏度，来有效 提 高 裂 缝 内 的 净 压 力[2]。
② 端部脱砂压裂方法： 施工中通过在裂缝前 端实现脱砂，人为在裂缝前端造成砂堵，从而大幅 提高主裂缝内的净压力， 以此创造缝网压裂的条 件，但现场施工控制难度非常大，易造成施工失败。
数 Kh 的 大 小 ：
Kh=
σy-σx σx
式 中 ：Kh 为 水 平 应 力 差 异 系 数 ， 无 量 纲 ；σx 为 最 小
水 平 主 应 力 ，MPa；σy 为 最 大 水 平 主 应 力 ，MPa。
当 Kh<0.13 时 ， 采 用 清 水 压 裂 可 直 接 形 成 缝
网 ；当 0.13<Kh<0.25 时 ，需 要 通 过 工 艺 控 制 缩 小 Kh
根据压裂施工中压力曲线的变化情况，注入前 置液的过程中， 压力曲线基本都呈现出锯齿状特
为了将扶余油层探明“储量”变为“产量”，确保 经济有效的持续稳产，开展了扶余油层直井难采储 量缝网压裂试验，对扶余油层下步的有效动用方式 进行探索。 2 缝网压裂机理及条件 2.1 缝网压裂的机理
水力压裂过程中，当裂缝延伸净压力大于两个 水平主应力的差值与岩石的抗张强度之和时，易产 生分叉缝，多个分叉缝就会形成缝网 系统 。 其中，以 主裂缝为缝网系统的主干，分叉缝可能在距离主裂 缝延伸一定长度后， 又恢复到原来的裂缝方位，最
葡扶 1
葡2
井 段 /m
应力差异系数
井 段 /m
应力差异系数
1672.2~1674.6
0.14
1738.4~1742.0
0.109
1675.3~1679.6
0.15
1749.4~1753.0
0.133
1682.4~1683.9
0.07
1753.4~1757.0
0.155
1689.1~1691.9
0.08
伊蒙混层 8.3 8.6
高岭石 5.8 7.9
黏土总量 12.4 11.3
作 者 简 介 ： 张 丽 ， 工 程 师 ，2005 年 毕 业 于 成 都 理 工 大 学 机 械 工 程 及自动化专业，目前主要从事采油工程技术应用工作。 E-mail ：hzl20110822@163.com
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试 验 井 单 层 注 入 液 量 为 300 ~2000m3 不 等 ， 压 后依靠地层压力和裂缝内的憋压能力，一次性返排 率 都 达 到 了 70%左 右 ，则 折 算 单 层 产 生 的 裂 缝 体 积 至 少 在 210~1400m3。 按 照 常 规 造 缝 方 式 计 算 ，单 层 的 裂 缝 高 度 取 10m，裂 缝 动 态 缝 宽 10mm，裂 缝 半 长 200m， 则 产 生 的 单 一 裂 缝 体 积 大 约 为 40.0m3， 远 远 低于折算的裂缝体积。 这表明，压裂过程产生了复 杂缝网，大大增加了裂缝体积。 例如：茂 6 井仅压裂 1 层 ，压 裂 液 量 2000m3，施 工 排 量 达 到 8.0m3/min，压 后 一 次 性 返 排 出 1430m3 压 裂 液 ， 裂 缝 监 测 表 明 ， 裂 缝 半 长 为 96.4m，缝 高 为 16.3m，动 态 缝 宽 取 10mm， 如 产 生 常 规 裂 缝 ， 则 裂 缝 体 积 仅 有 31.2m3， 仅 为 返
泊松比 μ
葡 212 井 深 灰色细砂岩
2.34 3.09 56.54 0.64 0.13 95.35 2.17 0.21 132.76 2.73 0.16 191.34 2.21 0.19
表 2 葡南扶余油层黏土矿物分析统计表 %
层位 扶A组 扶B组
伊利石 62.2 67.9
绿泥石 23.6 21.4
碱 敏 系 列 碱 液 pH=9.68( 临 界 碱 度 ) 0.11
弱
酸敏 土酸
0.22
弱
2.2 形成缝网的条件
2.2.1 地应力条件 研究表明：当施工时裂缝内净压力超过水平主
应力差值与岩石抗张强度之和后，可在原始裂缝的
基础上形成新裂缝，形成缝网。 因此，在垂直裂缝储
层中要实现缝网压裂，应重点考虑水平应力差异系
关键词 扶余油层 特低渗透储层 缝网压裂 现场试验
1 前言 葡 萄 花 油 田 南 部(以 下 简 称 “ 葡 南 ”) 扶 余 油 层 平
均 储 量 丰 度 41.5×104t/km2， 平 均 空 气 渗 透 率 1.35× 10-3μm2，平 均 孔 隙 度 11.4%，属 特 低 渗 透 油 层 ，开 采 难 度 较 大(见 表 1~3)。 截 至 2013 年 底 ， 已 开 发 扶 余 油 层 含 油 面 积 17.93km2， 地 质 储 量 1424.24×104t， 共 投 产 油 水 井 438 口(油 井 286 口 ，水 井 152 口)， 油 井 初 期 平 均 单 井 日 产 油 1.4t/d， 目 前 平 均 单 井 日 产 油 0.46t/d， 已 累 计 产 油 45.67×104t， 累 计 注 水 267.08 × 104m3，综 合 含 水 54.0%，采 出 程 度 3.2% 。 经 过 近 十 年的开发，主要表现为单井产量低、注水受效差、产 量递减快、采出程度低，开发效果不理想，未达到经 济有效动用目的。
第1期
中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
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缝网压裂技术在扶余油层的应用与分析
张 丽，韩文超
( 大 庆 油 田 有 限 责 任 公 司 第 七 采 油 厂 ， 黑 龙 江 大 庆 163517)
摘 要 扶余油层存在单井产量低、注水受效差、产量递减快、采出程度低等问题，开发效果不理想，未达到经济有效动用目
8.9
32.1
361
累计 增 油 /t
1821.6 1247.8 1106.2 306.7 1120.6
3.2.2 老井压后未出现大面积见水或水淹 3 口老井压前均已见水， 矿化度分析结果均为
注入水，但产液量却非常低，这表明地层中存在一 定的注入水突进现象，但并不严重。 实施大排量、大 液量压裂后，日产液量大量增加，但未出现压裂后 暴性水淹现象， 而且根据采出液的矿化度分析，采 出水仍为注入水， 表明压裂过程中产生了复杂缝 网，避免了大排量、大液量施工情况下，油水井直接 沟通造成暴性水淹。 这说明大规模缝网压裂方式对 小井排距井网压后的含水影响并不大，是可以避免 造成压裂后暴性水淹的。 3.2.3 施工曲线具有明显微裂缝特征
的。 为此，开展多层段大规模缝网压裂试验，即在压裂过程中，当裂缝延伸净压力大于两个水平主应力的差值与岩 石的抗张强度之和时，容易产生分叉缝，多个分叉缝就会形成缝网系统。 根据葡 A 区块扶余油层地应力测试结果， 其 水 平 应 力 差 异 系 数 介 于 0.07~0.182 之 间 ， 平 均 为 0.119 ， 直 接 采 用 大 排 量 清 水 压 裂 即 可 产 生 缝 网 。 按 照 缝 网 压 裂 的 技 术 思 路 ， 完 成 了 3 口 老 井 和 一 口 新 井 的 现 场 试 验 ：3 口 老 井 初 期 平 均 单 井 日 增 液 13.9t/d ， 日 增 油 9.2t/d ； 新 井 仅 压 裂 1 层 ， 初 期 日 产 油 6.6t/d ， 不 含 水 。 这 表 明 ， 压 裂 产 生 了 明 显 的 复 杂 裂 缝 网 络 ， 在 缝 网 产 生 区 域 形 成 一 定 的 改 造 体积，增大了泄油体积，提高了单井产量。
根据施工情况来看，在储层中产生了明显的裂 缝网络，这对提高改造效果起到了明显作用。 3.2.1 压裂液用量与裂缝体积的关系
压裂过程中，注入的压裂液一部分被滤失到地 层中，另一部分则留在裂缝中起到进一步扩张裂缝 体积的作用，只有在裂缝中的压裂液才能在压裂后 一次性返排出来，因此，可以通过计算返排出的压 裂液体积大致反推地层中产生的裂缝体积。
终形成以主裂缝为主干的纵横“网状缝”系统，这种 实 现 “网 状 ”效 果 的 压 裂 技 术 称 为 缝 网 压 裂 技 术[1]。
表 1 葡南扶余油层岩石物理力学性质实验结果
实验项目 密度实验 抗张实验 单轴压缩
实验
三轴压缩 实验
实验指标
风 干 密 度 ρ /(g·cm-3)
岩 石 抗 张 强 度 /MPa
表 5 缝网压裂施工参数及压后效果统计
总砂 量 /m3
160 103 120 20 101
施工排量/ ( m3·min -1)
压裂有效 厚 度 /m
日产液/ ( t·d -1)
压前
日产油/ ( t·d -1)
含 水 ，%
压后初期 日产液/ 日产油/ (t·d-1) (t·d-1) 含 水 ，%
计产 天 数 /d