东部项目组多缝压裂总结报告.docx
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东部项目组多缝压裂总结报告
2008年多缝转向压裂技术
在七里村采油厂的应用
西安奥力石油工程有限公司
2008年12月9日
一、多缝压裂技术简介
水力压裂技术是低渗透油气井增产的主要方式。
通过水力压裂技术，可以改善井底附近的渗流条件，沟通油气储集区和改善油气流动方式，提高油气井的产能。
多缝压裂主要分成两个步骤：
1）、首先对新层段采取常规水力压裂，此过程加入一半的设计砂量；
2）、常规水力压裂完毕，进行放压，压力释放完毕加入转向剂，将刚压开的新缝进行封堵后，再起泵压开新裂缝。
裂缝转向剂经过地层中的水和压裂液浸泡，溶解，返排出地层，两次压开的裂缝一起生产，大大提高油气井的产量与油气采收率。
七里村采油厂主要是低渗透油气藏，非均质性比较强，地层中存在着大量的天然裂缝，即使对于均质的砂岩油气藏，水力压裂也会形成多条裂缝。
当存在天然裂缝时，裂缝延伸的尖端可能遭遇天然裂缝，根据裂缝的延伸原理，裂缝延伸方向的判断标准是能够产生最大的拉应力，裂缝的实际延伸方向与产生最大拉应力的方向垂直，该方向的剪切应力为0，而天然裂缝正符合这个条件，因此裂缝的端部遭遇天然裂缝时，裂缝优先沿天然裂缝的赋存方向延伸。
这样，液体经过天然裂缝加速延伸并改变延伸方向。
因此，裂缝可能错过与其它射孔孔眼或裂缝相连的机会，造成多个独立裂缝同时延伸的局面。
多条裂缝的存在对于储层加砂改造，对于油气藏的产量、评估及开发优化等提出了挑战，造成了异常高的施工压力和早期砂堵，导致了多条长度较短、缝宽较窄、导流能力低的裂缝，增加了开发成本。
多缝压裂技术是在重复转向压裂技术的基础之上发展起来的一项新型转向压裂技术。
二、多缝压裂理论
2.1、流量分流理论
多条裂缝同时存在、同时延伸时流量分流遵循两个原则，压力平衡原则与体积平衡原则，也就是Kirchoff第一定律和Kirchoff第二定律]。
多裂缝水力系统的存在物质平衡（Kirchoff第一定律）：
式中：
Q为压裂处理的总注入排量，m。
／s；Q，为各条裂缝中的流量，m。
／s；为裂缝条数。
Kirchoff第二定律是压力连续准则，对于横向上的任意两条裂缝，忽略各裂缝之间液柱高度造成的压差、摩擦阻力、射孑L压降，则任意两个裂缝之间的压力关系为：
式中：
／xp为第条裂缝内的净压力，Pa；为任意裂缝端部的闭合应力。
／xp，可以根据第一部分的内容计算出来，联立式（9）、（10）两个式子，结合裂缝的延伸压力，可计算每个裂缝的具体分流流量。
2.2、滤失规律的研究
多条裂缝存在时，假设在均质地层的情况下，最外面的两个裂缝面的滤失情况与里面被包裹状态的裂缝面的滤失情况必然不同。
首先考察滤失系数的计算原理：
压裂液向地层滤失受3种机理的控制，与之相对应地，影响综合滤失系数（C）的3个因素就是受压裂液黏度数控制的滤失系数（C），受地层流体压缩性控制的滤失系数（C）和造壁性滤失系数（C。
）。
从他们的表达式来看，滤失系数与缝内外的压差（Axp）密切相关，没有压差就没有滤失。
对于同方位的多个裂缝而言，最外面的两个裂缝面的滤失是不受影响的；但是对于内部的裂缝壁面而言，由于裂缝之间所束缚的岩石空间比较小，在压裂初期，
裂缝壁面有一定的吸收液体的能力；随着时间的推移，流体滤失进入岩石以后，如果不能够扩散出去，将迅速增加岩体内部的压力，减小缝内外的压差，造成滤失的减小甚至丧失。
对于不同方位的多个裂缝而言，裂缝之间的捕捉岩石较多，而且与无限远处岩体连接的流通通道较宽，在压裂的初期，各个裂缝两边的滤失规律（滤失系数）可以认为相同。
2.3、多裂缝同时延伸理论
2.3.1等效多裂缝理论
裂缝壁面有一定的吸收液体的能力；随着时间的推移，流体滤失进入岩石以后，如果不能够扩散出去，将迅速增加岩体内部的压力，减小缝内外的压差，造成滤失的减小甚至丧失。
对于不同方位的多个裂缝而言，裂缝之间的捕捉岩石较多，而且与无限远处岩体连接的流通通道较宽，在压裂的初期，各个裂缝两边的滤失规律（滤失系数）可以认为相同。
不妨将多个水平裂缝得到的结论拓展到多个纵向裂缝同时延伸时的裂缝参数的变化规律。
这样，计算一个三维裂缝延伸的裂缝参数，根据上述理论反算裂缝的条数与其它参数，但上述理论将裂缝的转向摩擦阻力看作是裂缝条数的增加造成的，因此，有欠妥当。
2.3.2同方位延伸多裂缝理论
假设同一方位产生了多个同时延伸的裂缝，而且裂缝延伸轨迹类似、间距一致，如图2所示。
此时最关键的问题是计算裂缝之间的闭合应力的影响与滤失规律的变化。
该裂缝所处位置的闭合应力，加上其他裂缝对本裂缝作用的应力，构成总的闭合应力。
假设有两条裂缝，其中单元分别表示为、，两条裂缝相互影裂缝的延伸轨迹与单条裂缝的延伸方法相同；
同方位的多裂缝的分流流量基本一致。
至此，可以得到完整的同方位多裂缝同时延伸的模型。
2.3.3不同方位延伸的多裂缝理论
一般情况下，不同方位延伸的多个裂缝的显著特点是，各个裂缝相距有一定距离，缝口闭合应力不同，轨迹不同，分流流量不同，而同方位的多裂缝延伸模型是不同方位多裂缝延伸模型的特例。
三、效果分析
1）新层段、井段压出新裂缝、并投入转向剂封堵刚压开的新裂缝，再次压裂、使其形成更多裂缝、大大提高了裂缝的导流能力。
A同一层段新层位压裂
B同井新层段压裂
这是一种新段压裂或多次压裂、分层压裂的技术范畴。
2）堵新缝压多缝的压裂技术
A中高含水、其它裂缝成为主要出水通道→控水稳油
B水力裂缝的增多，大大提高了裂缝的导流能力，从而形成大的泄油面积，使其可采储量能够有效的利用。
实施多缝转向压裂技术（暂堵新缝），是真正意义上的多缝压裂概念。
我们应用的转向多缝压裂技术就属于这一范畴。
其理想模型如下：
1多裂缝的产生及影响
多裂缝是从井简处同时生长，或从已产生的人工裂缝某一个音I；位丛生的多条裂缝．．大跨度的射孔井段、射孔段之间的夹层比较大，压裂裂缝沿射孔井段的很多不同的位置处扩展，进入地层，形成纵向上的多裂缝．由于受到不同井段的储层物性及地应力控制．多裂缝之问的缝长、缝宽形状有很大的差异，其中．井简附近沿最小地应力方向生长的裂缝．因受地应力的控制会发生偏转弯曲压裂裂缝与天然裂缝特别发育的区域相交时，产生多裂缝，压裂裂缝与天然裂缝相交或与节理相交，产生分义多裂缝，压裂裂缝平面与井筒平面非常的不整合对于斜井井段，压裂裂缝沿井简射孔孔眼处位置，会形成多裂缝，在井筒附近产生的相互平行的多裂缝与井简斜交，呈“雁式排列”。
多裂缝的产生后果主要表现在：
（1）多裂缝环境中的每条单独的压裂裂缝与相同环境中扩展的单一压裂裂缝相比裂缝会更窄．极大地增JJu了脱砂的可能性。
（2）多条裂缝共同分享压裂液和支撑剂，压裂裂缝将更短、更窄．多裂缝的宽度总和会大十单一压裂裂缝．导致近井筒区城其有更高的导流能力，这也是砂堵井往往效果好的原凶之一。
（3）多裂缝相互争夺裂缝宽度，造成施工压力升高。
（4）山千多裂缝单一裂缝宽度减少，支撑剂对流现象变得不重要．压裂液的流变参数将在压裂施工期问起到重要的作用。
压裂液的滤失重或抗剪切能力不强，将导致压裂施工很快脱砂
（5）由于多裂缝的产生使施工压力上升，引起裂缝净压力上升，导致裂缝在高度上延伸失控。
也就是人工裂缝缝高容易失控
（6）扩展的多裂缝共同分享压裂液和支撑剂．改变了预定的雁裂裂缝儿何尺寸Pinnacle公司研究认为：
①压裂裂缝的半径随着多裂缝数量的增加而减少。
对于垂直裂缝，压裂裂缝半径正比于多裂缝数量的2／9次方；⑦随着多裂缝的数量增加，裂缝宽度变窄．对千垂直{昌4缝，单一压裂裂缝宽度正比于多裂缝数量的5／9次方，但总的脆裂裂缝的宽度比单一裂缝要大；③多裂缝环境中每条单独的压裂裂缝宽度更小，导致支撑剂在压裂裂缝中的输运过程中易出现桥窘脱砂问题，使用3倍支撑荆粒径的准入判断，当有l4条以上同时扩展的压裂裂缝时，压裂裂缝将不接受2O／4Ol~（0．45一O．9ram）的支撑剂；当有6条以上同时扩展的压裂裂缝时．压裂裂
缝将不接受l2，2O目f0．8一l、2ram】的支撑剂。
一、多缝转向压裂的机理
1、多缝转向压裂概念
多缝压裂主要分成两个步骤：
1）、首先对新层段采取常规水力压裂，此过程加入一半的设计砂量；
2）、常规水力压裂完毕，进行放压，压力释放完毕加入转向剂，将刚压开的新缝进行封堵后，再起泵压开新裂缝。
裂缝转向剂经过地层中的水和压裂液浸泡，溶解，返排出地层，两次压开的裂缝一起生产，大大提高油气井的产量与油气采收率。
1）新层段、井段压出新裂缝、并投入转向剂封堵刚压开的新裂缝，再次压裂、使其形成更多裂缝、大大提高了裂缝的导流能力。
A同一层段新层位压裂
B同井新层段压裂
这是一种新段压裂或多次压裂、分层压裂的技术范畴。
2）堵新缝压多缝的压裂技术
A中高含水、其它裂缝成为主要出水通道→控水稳油
B水力裂缝的增多，大大提高了裂缝的导流能力，从而形成大的泄油面积，使其可采储量能够有效的利用。
实施多缝转向压裂技术（暂堵新缝），是真正意义上的多缝压裂概念。
我们应用的转向多缝压裂技术就属于这一范畴。
其理想模型如下：
2、多缝转向压裂的机理
1）转向压裂力学机理：
要实现裂缝转向的关键是：
σxmin+σx诱导>σymax+σy诱导
而大量的室内研究和油田矿场实测表明，
邻井经过一段时间对本油藏层段的开发
利用，导致原始应力剖面将发生一定的变化，
这种变化为实现转向多缝压裂提供了
客观的物质条件。
其变化主要原因如下：
缝口诱导应力最大
A、邻井支撑裂缝诱导的应力变化
裂缝诱导应力随着缝的位置而变化缝口诱导应力最大
B、生产诱发的应力变化
a.在空间上横向应力变
化越大．
b.生产初期由于开采速
度高,孔隙压力下降大,
引起应力变化较大，缝端诱导应力最小
生产到一定时间后,主要随空间距离变化；
C、邻井注水产生热弹性应力和孔隙弹性应力缝端诱导应力最小
（a）注入引发的应力变化在径向上始终为负,表为张应力,井眼处应力变化最大,随着径向距离的增加应力数值逐渐降低；
（b）切向上应力变化开始随着径向距离增加而增大,同时应力的变化从负值到正值,变化趋势受径向距离和注入时间控制；
（c）由于没有考虑剪切应力,
因此径向应力方向即为最大
水平应力方向，切向应力方
向为最小水平应力方向上；
（d）切向上的应力变化比径
向上的应力变化大，则在最
大水平应力方向和最小水平
应力方向上的应力变化具有
相似的特征。
2）多缝转向压裂技术原理
a.该剂在中高温高压环境下，通过交联反应以及物理法的势能活化得到的颗粒型堵剂，是化学反应与物理势能相互催化的复合体。
在应用时颗粒随液体遵循流体向阻力最小方向流动的原则进入炮眼和原裂缝后，在压力差下获得势能后继续反应交联，产生桥堵，可以形成40-80Mpa的裂缝破裂压力的压差值,使后续工作液不能向原裂缝和高渗透带进入，从而压裂液进入高应力区产生新缝。
产生桥堵的转向剂在施工完成后溶于地层水和压裂液，不对原缝产生污染。
b.压开新的裂缝后正常加砂，注完顶替液后关井1小时，缓慢防压，等裂缝闭合后，在向井筒内加入转向控制剂，进行暂堵新缝从而压开更多的转向裂缝
3）多缝转向压裂技术的施工工艺
主要工序：
a、起出原井生产管柱
b、下压裂施工管柱
c、备液、洗井、
d、接正常压裂程序进行压裂
e、关井1小时
f、向井筒内加入转向剂（暂堵新缝）后进行二次压裂，有明显破压后，按正常压裂程序进行压裂
g、压后半小时，缓慢放喷，反洗井
二、多缝转向压裂技术在七里村采油厂实施情况及效果分析
自2008年8月5日至2008年10月24日我公司在七里村采油厂共实施多缝转向压裂6口井，油层基本数据见表一。
表一:
多缝压裂井油层基本数据
序号
井号
层位
井段m
厚度m
声波时差
μs/m
孔隙度
%
渗透率
含油
饱和度%
综合解释
10-3μm2
1
郭614
2
郭615-5
3
郭616
4
郑658-5
C62
662.0-671.0
9.0
油层
5
郑658-7
C62
634.4-645.6
11.2
油层
6
郑658-8
C62
662.0-673.0
11.0
油层
井号
压裂
时间
初次
破压
（MPa）
二次
破压
（MPa）
前置液
（1）
（m3）
前置液
（2）
（m3）
携砂液
（1）
（m3）
携砂液
（2）
（m3）
加砂
（1）
（m3）
加砂
（2）
（m3）
顶替液
（1）
（m3）
顶替液
（2）
（m3）
停泵压力
（1）
（MPa）
停泵压力
（2）
（MPa）
总液量
（m3）
郑658-5
08.10.11
40.0
41
14.0
4.1
43.1
48.0
12.0
12.0
3.0
4.0
11.0
12.0
122.9
郑658-7
08.10.11
33.0
35
12.0
6.0
45.0
47.0
12.0
12.0
3.0
4.6
7.0
7.5
120.7
郑658-8
08.10.11
37.0
49
13.0
4.6
41.0
44.0
12.0
12.0
2.5
4.0
9.0
10.0
115.26
郭614
08.10.24
25.0
32.0
8.0
6.0
42.0
43.0
12.0
12.0
2.0
4.9
7.9
8.5
122.6
郭615-5
08.10.21
35.0
38.0
10.0
6.0
41.0
48.0
12.0
12.0
2.5
5.0
8.7
9.5
110.2
郭616
08.10.21
36.0
37.0
14.0
3.8
45.2
50.0
12.0
12.0
3.0
4.8
9.0
9.1
124.2
措施效果见表三。
序号
井号
压裂目的
施工日期
层位
厚度（m）
措施一个月后正常产状
日产油
（t）
备注
液
（m3/d）
油
（m3/d）
含水
（％）
1
郭614
新段压裂
08.10.11
C62
刚大修完，排液期
2
郭615-5
新段压裂
08.10.11
C62
正在大修，暂未修好
3
郭616
新段压裂
08.10.11
C62
4
郑658-5
新段压裂
08.10.24
C62
9.0
5
郑658-7
新段压裂
08.10.21
C62
11.2
6
郑658-8
新段压裂
08.10.21
C62
11.0
投入产出比计算：
单井压裂设备费用按均价5万元人民币计，药剂费用按均价3万元人民币计，技术服务费按均价3.8万元人民币计，6口井累计投入：
6×（5+3+3.8）=70.8万元人民币。
累计增油吨，按原油市场价4000.00元/吨计，累计产出:
1034.37×0.4=413.7万元人民币。
投入产出比为:
70.8:
=1：
三、存在的问题及取得的认识
1存在的问题
1）、作业队未按设计更换油管、冲砂、清洗油管，造成垢渣、砂卡凡尔影响效果的情况可能存在。
2）、在没有能量补充的区块实施此技术，有效期较短。
3）、受现场施工设备的影响，导致转向剂用量偏少、破压不太明显，影响压后效果。
4）、部分交联液性能差，携砂能力达不到设计要求，进入地层中破胶不好，使近井地带堵塞，使裂缝导流能力下降，排液期延长。
5）、过量顶替，导致支撑剂失效，没能起到支撑裂缝的目地。
2、取得的认识
1、开发油藏实施多缝转向压裂是提高压裂效果，改善低渗油藏开发效果的有效途径。
水力压裂是低渗油藏开发的主要手段，多缝转向压裂工艺是现在乃至将来研究的重要课题，以往理论研究较多，但对诱导裂缝转向缺乏有效手段，对裂缝的转向全凭地应力场的变化，多缝转向压裂工艺的实施无疑为提高重复压裂效果提供了有力的工艺手段。
2、优化选井条件，加强施工效率，是多缝转向压裂裂缝能够转向的前提。
影响裂缝转向的因素很多，油藏渗透率、地层断裂、层内剪切滑动以及邻井采油动态等等。
3、多缝转向压裂以多缝为目标，增大泄油为基础，可有效提高投入产出比。
多缝转向压裂的主要目的是启动新层，形成高导流、多裂缝，从而达到高产、稳产、的效果，该项技术不同于常规转向压裂、重复压裂、以增大规模为主要目标，因此可相对减少施工次数，这为降低压裂成本提供新的思路。
•应用此技术可以实现对裂缝方向的变化；
•支撑剂铺置方向的控制,可以让支撑剂均匀分布在裂缝中；
•对有效缝长的控制,通过控制和软件设计的加入量不同,可以目地性的控制缝长；
•多裂缝压裂上的应用,以及技是日益成熟的,现场应用要与理论情况相结合，从而保证施工的万无一失.
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