遼河油田大位移井壓裂技術(shù)研究

摘 要:本文綜述了近年來國內(nèi)外大位移井壓裂技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)通過對遼河油田灘海地區(qū)低滲透油藏地質(zhì)特點(diǎn)、生產(chǎn)特點(diǎn)的研究和分析，論證了大位移井壓裂技術(shù)在遼河油田應(yīng)用的可行性、必要性及其廣闊前景。

關(guān)鍵詞:大位移井 壓裂 遼河 初探

中圖分類號:TE357文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0088-01

由于大位移井在油田勘探和開發(fā)中發(fā)揮出良好的開采效果和經(jīng)濟(jì)效益，鉆井?dāng)?shù)量逐年上升，已經(jīng)成為海上、淺海、特殊油氣藏開發(fā)的一種重要手段，其中，相當(dāng)一部分大位移井處于低滲透油藏中，因此，對大位移井壓裂技術(shù)深入研究很有必要，近些年，國內(nèi)外在這個(gè)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用越來越廣泛。

1 國內(nèi)外大位移井壓裂技術(shù)發(fā)展

與垂直井、斜直定向井、普通定向井和水平井相比，大位移井的井身結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，井斜和方位都不斷發(fā)生變化。近年來，國內(nèi)外對大位移井壓裂的裂縫起裂壓力和方位、最佳裂縫條數(shù)優(yōu)化、縱向擴(kuò)展和垂向延伸規(guī)律、施工壓力預(yù)測、壓裂工具及其井下受力狀態(tài)、可能產(chǎn)生砂堵的原因及其解決方法、數(shù)值模擬軟件等方面都開展了大量的研究。

1.1 裂縫起裂規(guī)律研究

由于大位移井井身發(fā)生傾斜，有的斜角甚至達(dá)到80°以上，因此，大位移井的壓裂裂縫起裂與垂直井、普通定向井有顯著差別，起裂模式對井眼軌跡(井斜角、方位等和地應(yīng)力方位都是密切相關(guān)的。然而根據(jù)地應(yīng)力方位與井斜方位之間的關(guān)系，裂縫起裂通常有橫向裂縫和縱向裂縫兩種表現(xiàn)形式。

對于斜井的裂縫起裂分析，Bradley認(rèn)識到剪切應(yīng)力的重要性，提出了一套計(jì)算井筒周圍應(yīng)力分量的公式;C.H.Yew和Y.Li等應(yīng)用三位彈性理論分析了斜井的壓裂，推導(dǎo)了一套計(jì)算井筒周圍應(yīng)力分量的公式，同時(shí)還認(rèn)為，平面外正應(yīng)力和剪切應(yīng)力分量將影響裂縫起裂壓力的大小以及裂縫位置和方位，他們還應(yīng)用最小應(yīng)變能密度準(zhǔn)則研究了裂縫平面的偏離，結(jié)果表明井壁表面上的裂縫相對于井軸方向傾斜一個(gè)角度，由此裂縫線所產(chǎn)生的水力裂縫平面將偏離初始裂縫線形成的平面;C.H.Yew等詳細(xì)提出了斜井壓裂設(shè)計(jì)的技術(shù)概念和方法，改進(jìn)了以前的坐標(biāo)系統(tǒng)，提出一種新的坐標(biāo)變換，分析了裸眼井復(fù)合裂縫相互連接所要求的裸眼間距以及套管井中套管對孔位和孔密的影響，建立了裂縫相互連接的判據(jù)。從而得到簡化的垂直井筒和水平井筒的起裂結(jié)果。

1.2 最佳裂縫條數(shù)研究

大位移井井身位移長，為了使壓后生產(chǎn)達(dá)到最優(yōu)，充分發(fā)揮大位移井的生產(chǎn)潛力，優(yōu)化大位移井的裂縫條數(shù)是大位移井壓裂改造前必須得到一個(gè)關(guān)鍵的內(nèi)容。

前人曾對水平井壓裂設(shè)計(jì)中的裂縫條數(shù)優(yōu)化加大了研究，基本思路都是圍繞建立水平井壓裂后多裂縫(或多條天然裂縫)生產(chǎn)產(chǎn)能的解析模型和數(shù)值模型，結(jié)合壓裂經(jīng)濟(jì)評價(jià)模型，確定水平井壓裂的最優(yōu)生產(chǎn)裂縫條數(shù)。

事實(shí)上，對于大位移井的壓裂裂縫條數(shù)優(yōu)選模型，但迄今為止卻沒有明確的報(bào)道。由于大位移井井身位移長，而水平井僅僅可以看作是大位移井的一個(gè)特例，盡管這樣，如果能夠全面的考慮，但對于大位移井的壓裂裂縫條數(shù)優(yōu)選問題還是可以借鑒水平井的技術(shù)方法的。

1.3 裂縫垂直延伸研究

大位移井可以同時(shí)穿越多個(gè)層位，可能穿透上下隔層而垂直延伸。Cleary認(rèn)為產(chǎn)層與隔層之間的原地應(yīng)力差、彈性模量差、斷裂韌性差、界面強(qiáng)度以及裂縫中壓裂液壓力分布和壓裂液的流變性等都會(huì)對縫垂向延伸產(chǎn)生很大影響。

美國Lawrence Livermore實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究了產(chǎn)層和隔層間界面強(qiáng)度對裂縫垂向延伸的影響，認(rèn)為當(dāng)界面強(qiáng)度足夠大時(shí)，裂縫是否進(jìn)入隔層與油層和隔層之間的巖石力學(xué)性質(zhì)差異有關(guān)。 目前國內(nèi)外專家一致認(rèn)為，產(chǎn)層和隔層的水平地應(yīng)力差是影響裂縫垂向延伸的關(guān)鍵因素。胡永泉等采用正交分析方法，模擬裂縫高度的影響因素，提出了控制裂縫高度延伸的工藝措施;盧修峰等分析了垂直裂縫高度人工控制機(jī)理及實(shí)施作業(yè)參數(shù);李峰等分析了原地應(yīng)力、巖層性質(zhì)和壓裂液密度等因素對裂縫垂向擴(kuò)展的影響，提出了預(yù)測裂縫高度的簡單計(jì)算方法。

1.4 地面施工泵壓預(yù)測研究

大位移井壓裂過程中，需要較高泵注排量來實(shí)現(xiàn)支撐劑的有效輸送，這樣，就會(huì)產(chǎn)生很高的施工泵壓高，因此，地面施工泵壓預(yù)測準(zhǔn)確與否將影響施工成敗。目前對于大位移井泵壓預(yù)測的難點(diǎn)在于缺乏精確的流體摩擦模式，大位移井摩阻壓力預(yù)測遠(yuǎn)比垂直井中要困難。Bilden等曾觀察到大位移井壓裂中出現(xiàn)“異常”或升高的地面施工壓力，表明了大位移井的井筒摩阻與垂直井中的區(qū)別。國內(nèi)周代余建立了大位移壓裂井地面施工泵壓預(yù)測分析方法，并進(jìn)行了部分實(shí)例計(jì)算。

2 遼河油田大位移壓裂井應(yīng)用可行性分析

遼河油田灘海地區(qū)油氣儲(chǔ)量豐富，在已發(fā)現(xiàn)的太陽島、葵花島、筆架嶺、海南等區(qū)塊，灘海地區(qū)已經(jīng)成為遼河油田油氣生產(chǎn)的重要后備接替區(qū)。

近幾年在海南3塊進(jìn)行了前期壓裂改造試驗(yàn)，取得了較好的效果，2005年以來，累計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場壓裂施工21井次，累計(jì)增油2.2×104t，從現(xiàn)場試驗(yàn)來看，取得了比較理想的增產(chǎn)效果，但在后期開發(fā)過程中也遇到了許多困難，增產(chǎn)效果明顯變差。分析原因主要是因?yàn)榇笮倍染c普通直井相比，壓裂施工時(shí)加砂難度較大，且容易產(chǎn)生砂堵，因此目前加砂量都在40m3以內(nèi)，但由于儲(chǔ)層厚度較大，這種規(guī)模的壓裂只能對近井地帶裂縫較發(fā)育的儲(chǔ)層見效。

如在這類油藏中進(jìn)行水平井、大位移井鉆井，情況就會(huì)發(fā)生改變，在水平井、大位移井中進(jìn)行壓裂，可產(chǎn)生多裂縫系統(tǒng)，這種多裂縫可在儲(chǔ)層中溝通比垂直井壓裂更多的天然裂縫，這樣，在同等加砂規(guī)模條件下，大位移井、水平井壓裂效果要比垂直井壓裂效果好的多。因此，在遼河油田進(jìn)行大位移井壓裂是非常可行的。而且灘海地區(qū)由于地理受到條件所限，主要以定向大斜度井開發(fā)方式為主，大斜度井壓裂技術(shù)的發(fā)展與不斷完善，必將為遼河灘海地區(qū)油氣田的開發(fā)注入新的動(dòng)力，大斜度井壓裂技術(shù)在遼河油田應(yīng)用前景十分廣闊。

3 結(jié)語

(1)國內(nèi)外對于大位移井壓裂技術(shù)在理論上已經(jīng)進(jìn)行了較深入、有益的研究和探索;(2)國內(nèi)外在大位移井壓裂現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)相對較少;(3)通過大位移井壓裂改善遼河油田灘海地區(qū)開采效果是十分可行的;(4)遼河油田應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)大位移井壓裂現(xiàn)場施工工藝，特別是穩(wěn)定性強(qiáng)的大位移井壓裂工具的研究工作。