重復壓裂工藝現狀及展望

王 振，樊 軍

（新疆大學 機械工程學院，新疆 烏魯木齊 830047）

0 引言

油氣藏在不斷開發過程中，隨著時間的增長地層滲透率逐漸降低將導致初次壓裂的采油量不斷降低，而重復壓裂是目前解決低滲透問題的比較行之有效的方法。早在20世紀50年代，國外就已經開始進行重復壓裂工藝的研究，隨著科學技術的不斷發展，國內外對重復壓裂的研究取得了較大的進展［1］。鑒于重復壓裂工藝對油井的增產增注具有重大的意義，本文對重復壓裂機理、方式及現狀進行了研究、分析和總結，并提出了一些存在的問題和對其工藝的展望。

1 重復壓裂工藝技術

1.1 重復壓裂機理

經過初次壓裂的油氣田，在初次壓裂后的一段時期內，初次支撐壓裂裂縫、自然裂縫和儲層區域流體的變化可能會導致油孔和壓裂裂縫所形成的橢圓區域的壓力分布產生相應的變化。在最小誘導應力與裂縫平行時，由于石油的不斷開采和重復壓裂等原因，裂縫旁邊的誘導應力區域將被拉長，從而導致最大和最小水平應力反向。由于誘導應力的影響，重復壓裂裂縫方向將垂直于主裂縫直到邊界的橢圓區域。在區域的邊界上，兩個水平應力是相同的，在橢圓形區域的外部，重復壓裂裂縫的方向將扭轉并且最終將與第一次產生的裂縫平行。

重復壓裂過程中，在兩個水平應力作用下產生誘導應力，在射孔孔眼附近，新的裂縫將在最小應力的方向上逐漸形成。在射孔孔眼和第一次壓裂的裂縫附近，如果最小水平應力和最大誘導應力之和比之前的橢圓區域要大，那么新產生的裂縫方向將與第一次產生的裂縫方向相垂直［2］，如圖1所示。

1.2 重復壓裂方式

重復壓裂是在原有壓裂井的基礎之上再次或者多次進行壓裂的一種方式。目前國內外的重復壓裂方法主要有3種：原有裂縫延伸、層內壓出新裂縫和轉向重復壓裂。

圖1 應力轉向產生新裂縫

1.2.1 原有裂縫延伸［3］

在油田的不斷開采中，由于地層壓力、溫度等環境條件的不斷變化，很多原來存在的裂縫已經不能正常工作，這樣將導致原有的滲透率降低，產量減少。面對此情況，只需要對原有的裂縫進行延伸，這也是目前最常用的重復壓裂方式。例如壓裂所產生的裂縫會隨時間的增長而有所閉合，像這樣的油井則需要加砂重新撐開原有的裂縫，以增大其導流能力，提高油井產量。

1.2.2 層內壓出新裂縫

由于厚油層在縱向上的非均質性，油層內見效程度不同，會導致層內矛盾突出而影響開發效果，因此可以通過采取補射非主力油層或對非均質厚油層重復壓裂或者壓裂同井新層等措施改善出油剖面，從而取得很好的效果，國內目前主要基于這種認識展開理論和實踐探索。

1.2.3 轉向重復壓裂［4］

經過長時間對油田的不斷開采，油田的滲透率不斷降低，很多油田基本上都是處于高含水期，再對油井進行開采也不會產生很大的油量。由于可以滲透的油藏已接近枯竭，因此要求我們對原來已有的裂縫進行封堵，通過該途徑采油可能減少水的進入。與此同時對該井再次進行壓裂，這樣就能壓裂出新的裂縫。而暫堵劑［5］的強弱會直接影響對地層封堵的效果，封堵原有的老裂縫，保證堵水采油的進行，Chevron、Unocal、Dowell和Lost Hill等大公司的試驗都表明其具有可實施性。由于最小主應力原理的存在，因此在對油井進行封堵的前提下進行壓裂，雖然有可能使壓裂液還是向著最小應力的方向進行壓裂，但是封堵會使壓裂液進行變向，這樣就改變了壓裂的方向，使壓裂能夠較為合理地進行，從而能更大程度地對油井進行再次開發，增加經濟效益。

2 重復壓裂現狀

目前無論是國內還是國外，重復壓裂在油氣井改造中所占的地位越來越重。目前轉向重復壓裂比起以往的裂縫延伸、同層壓出新裂縫等方法所帶來的效益更加巨大，因此得到了不斷的發展。由于轉向重復壓裂在很大程度上與暫堵劑的效果強弱有很大的關聯，因此暫堵劑的更新能給轉向重復壓裂帶來更好的效果。此外，轉向重復壓裂還與地層應力、壓裂液和支撐劑等因素有關。因此，要想對壓裂進行改進，就要從這些地方著手，尤其是對壓裂設備的改進，這樣就能更好地促進轉向壓裂的發展，以便使油井更好地增注增產［6］。

3 重復壓裂存在的問題

重復壓裂由原來的只能進行二次重復壓裂發展到可以進行多次重復壓裂、使用暫堵劑的物質對老縫進行封堵來提高油田的重復壓裂效率，這都是目前較好的重復壓裂方法。但是由于地層不斷變化的地理環境使我們很難把握和及時地使用該方法，因此使用暫堵劑能夠使老的裂縫堵死的這種方法雖然能夠壓裂出新的裂縫以增大油氣的滲透率，但是這與暫堵劑和支撐劑等其他相關條件和地層本身構造及物性特征等有著很大的關系。如果壓裂液始終是向著最小應力的方向進行壓裂，而并未在其他方向上進行充分壓裂，即未對同層其他地層進行充分的壓裂，沒有充分利用存在油氣的地層，使用暫堵劑雖然可以增加新裂縫但是還是向著最小應力的方向，這樣會導致含水量上升，并且隨著時間的推移，產量遞減速度較快、有效期短。因此，面對這些問題就需要更好的材料和先進的技術［7］。

4 重復壓裂工藝展望

4.1 新型暫堵劑

目前的一些暫堵劑不能很好地起到對裂縫暫堵的效果，致使重復壓裂不能更好地壓裂出新的裂縫，其中很多還是原有裂縫的延伸，結果壓裂效率不是很高。因此，對于新型暫堵劑的要求也越來越高，以便能達到更好的增產增注的效果［8］。例如周法元、劉春志等人對轉向重復壓裂暫堵劑ZFJ的研制［9］，以期待更好的重復壓裂效果。

4.2 新裂縫診斷技術

面對地層中的不可預知性，新的裂縫診斷技術可以更好地診斷出地層中相關的數據以便測定重復壓裂的裂縫方位、裂縫尺寸等。這樣可以更好地對壓裂井進行重復壓裂，以便達到更好的壓裂效果。例如祝凱［10］對“診斷裂縫形態的壓裂壓力分析新技術研究”，傅英，郭建春［11］等對“裂縫診斷技術”的研究都希望診斷技術能夠不斷提高，最終得到更好的診斷結果以提高壓裂產量。

4.3 新型壓裂材料

重復壓裂所需的壓裂液要比第一次壓裂所需壓裂液的要求要高，因此，壓裂液的性能越好，進行重復壓裂產生的效果就會越好。與此同時，還有支撐劑等材料［12］，它們性能的提高都可以更好地提高重復壓裂井的生產效率。

4.4 壓裂設備的改進

一般來說，重復壓裂就是直接把高壓液體壓入井中壓裂出新裂縫。當然，對于轉向重復壓裂來說，基本上也是這樣。希望壓裂設備改進后能夠更好、更有效地進行重復壓裂，并能進行全方位壓裂，這樣就能在不使用暫堵劑的條件下更好地進行重復壓裂而且還降低了對地層的污染，最終能產生更多的新裂縫，更好地提高壓裂井的滲透率，從而達到增產增注。

5 結論

重復壓裂工藝正不斷地走向成熟，在其發展的道路上不可避免地會碰到一些問題，但是隨著完善理論的提出和新技術的不斷涌現，這些問題都會逐步被解決，其潛力也會不斷地被挖掘出來，使重復壓裂工藝更加完善，給社會帶來更大的效益。

［1］張士誠，唐汝眾.重復壓裂技術的研究與應用［J］.世界石油工業，1995（7）：36-38.

［2］Feng Guoqiang，Yu Rangang，Zhuang Xianshi，et al.Research and assessment of high efficiency new temporary plugging agent used for refracturing［C］.Proceeding of 2011International Conference on Electric Information and Control Engineering.［s.l.］：［s.n.］，2011：15-17.

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［5］黃源琳，郭建春，黃晉偉，等.轉向壓裂工藝研究及應用［J］.油氣井測試，2008，17（4）：53-54，57.

［6］馬新仿，劉華.重復壓裂技術發展現狀［J］.科技文獻信息管理，2001（4）：54-57.

［7］楊金林，許海東，白振強.重復壓裂現狀及分析［J］.重慶科技學院學報，2006，8（1）：10-13.

［8］李陽，尹喜永，姜歆，等.重復壓裂技術的發展和展望［J］.石油天然氣學報，2005，27（5）：789-791.

［9］周法元，蒲萬芬，劉春志，等.轉向重復壓裂暫堵劑ZFJ的研制［J］.鉆采工藝，2010，33（5）：111-113.

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［12］趙靖康，李晶，王姝，等.重復壓裂工藝技術的研究與應用［J］.內蒙古石油化工，2002，28（2）：178-179.