多級投球壓裂技術在大跨度儲層井中應用及特殊裂縫形態分析

摘 要：低滲區塊的路43-x井產層跨度近百米，儲層物性非均質性強，措施記錄復雜。對路43-x井采用多級投球選擇性壓裂工藝進行壓裂改造，成功壓開兩條高導流能力長縫，實現對各小層的均勻改造，日產油量從1噸提高至9.8噸，取得良好增產效果。根據裂縫監測結果，兩條裂縫成十字交錯狀延伸，文章對這種裂縫形態成因進行分析解釋，并就造縫機理的施工應用提出設想。

關鍵詞：大跨度儲層壓裂；投球壓裂；重復壓裂；特殊裂縫形態

前言

采用常規籠統壓裂工藝在大跨度、多小層儲層改造效果并不理想，由于整體濾失量大，各層物性參差，無法對各小層充分改造，需采取選擇性壓裂工藝，對增產潛力大的小層針對性改造。目前主要的選擇型壓裂工藝主要為封隔器分層壓裂工藝，可以實現準確分段封隔，但是小層間需要有明顯隔層，存在砂埋封隔器的風險。投球暫堵壓裂工藝是一種選擇性壓裂工藝，在壓裂泵注時投入暫堵球，實現對不同物性儲層的均勻改造。通過重復壓裂對地應力方向影響的理論研究，發現地層進行壓裂改造后應力方向會出現偏轉，但該結論一直缺乏直觀的現場監測結果證實。路43-x井下部儲層進行過籠統壓裂改造，通過分段壓裂，根據監測顯示，上下兩條裂縫成近120度交錯展布，重復壓裂地應力偏轉理論合理解釋了路43-x井特殊裂縫形態。

1 投球暫堵選擇性壓裂工藝在路43-x井應用

投球暫堵選擇性壓裂工藝是分段壓裂一種新工藝。首先對措施改造層段精確劃分，確儲層造縫段數和起裂順序優化設計投球數量。在壓裂施工過程中，物性好的地層容易進液首先開裂，投入預定的暫堵球封堵以壓開層的射孔孔眼，迫使壓裂液轉入低滲層憋升井底壓裂，繼續壓開低滲層逐次完成各層段的壓裂改造。投球暫堵選擇性壓裂技術井下工藝簡便，施工風險小，適用于大跨度非均質儲層的壓裂改造。

1.1 路43-x井儲層條件及工藝方案

路43-x井位于路44斷塊處于留西構造帶南端儲層為沙河街三段，儲層非均質性嚴重、聯通性差、地層流體流通困難。路43-x井產層目前為22-36號層跨度117.6m，其中27-36號層（3219.6-3293.8m）進行過籠統壓裂改造，22-26號層（3176-3213.8m）為新補空未改造層。由施工記錄來看27-36號層并未充分改造，無法查明具體壓開層位確定不了封隔器卡點，且27、26號層間隔很近無明顯隔層容易壓竄，所以不能采用封隔器壓裂。路43-x井采用投球暫堵選擇型壓裂工藝，先投球封堵下部27-36號層已壓開部分層段然后對22-26號層及27-36號層中未改造段中破裂壓力較低段進行選擇性壓裂，開啟第一次新縫。隨后進行第二次投球待壓力升高3-5MPa后再啟新縫，對22-36全井段中未改造層段進行充分改造實現均勻改造。施工分兩次加砂，在第一次壓裂的前置液段和頂替液段投球施工時容易發現壓力變化。

1.2 路43-x井投球暫堵選擇性壓裂工藝現場應用

路43-x井2016年1月19日施工，從施工曲線可以看出，在前置液階段投球，破裂壓力明顯送球到位，壓力回升穩定裂縫延伸順利，加砂階段，壓力平穩在55MPa左右第一段施工正常。頂替液投球壓力回落，送球到位后，壓力升至59MPa地層新裂縫開啟，施工順利完成。施工總液量363.72m3，施工總砂量40m3，經過壓裂改造路43-38x井日產量由2015年12月的1噸，升至2016年2月的9.8噸，增產效果顯著。

2 路43-x井特殊裂縫形態分析

路43-x井施工時，采用地面微地震檢測技術進行三維成像記錄。根據記錄結果壓裂先后形成兩條裂縫：先起裂的上部裂縫方向N45°E半長140m深度范圍3195-3245m，壓開25-29號層；下部裂縫方向N74°W半長60m深度范圍3285-3305m，壓開34-36號層。兩條裂縫并非平行，上部裂縫方向與鄰井檢測裂縫延伸方向基本一致下部裂縫與上部裂縫夾角為119°。路43-x井所在構造單元為斷控單斜構造，儲層各小層整合接觸遠離斷層可以排除地質構造對裂縫形態影響。兩條裂縫垂向尺寸分別在29號層下部和34號層受限，根據分析29號層和34號層孔眼在施工投球時首先被封堵，29號層和34號層在2007年壓裂施工時已經壓開。

2.1 重復壓裂裂縫偏轉理論

壓裂井由于存在初次支撐裂縫和天然裂縫的應力場分布差異會引起的孔隙壓力變化，生誘導應力場，在兩個水平主應力方向上均附加誘導應力。最大誘導應力等于裂縫閉合后作用在支撐劑上的凈壓力，該應力垂直于初始支撐裂縫，最小誘導應力平行于初始支撐裂縫。重復壓裂過程中，新裂縫將在應力最弱點開始啟裂。如果在井筒和初始裂縫周圍，原最小水平主應力與最大誘導應力之和大于原最大水平主應力與最小誘導應力之和，二次裂縫將重新定向，裂縫啟裂的方位將垂直于初次裂縫方位。隨著裂縫向遠離井筒方向不斷延伸，誘導應力場的影響逐漸減小，在兩個水平主應力相等橢圓形區域外，向初始裂縫方向旋轉。

綜合路43-x井施工曲線和裂縫監測記錄可以看出，該井下部第二條裂縫受到以壓裂改造的34號層應力場變化的影響，在近井筒區域，裂縫發生偏轉，由于第二條裂縫開啟較晚，延伸長度較短，最終形成的裂縫與原有裂縫形成夾角，和第一條裂縫交錯。

2.2 偏轉裂縫延伸機理的應用

對壓裂過的層位進行重復壓裂，新產生的裂縫會和原有裂縫交叉形成十字形或S型裂縫，擴大裂縫的泄流面積。油氣井的注入活動將會引起地應力變化。根據最近的理論研究，壓裂裂縫遠端同樣會受到鄰近井的水力裂縫重新定向。水力裂縫在裂縫周圍的地層中產生大量的誘導應力，引起裂縫周圍附近地層應力場變化，由于人工支撐裂縫面面積較大，其產生的誘導應力可以延伸到較遠的區域。

3 結束語

（1）投球暫堵選擇性壓裂工藝，通過精細劃分層段，依次投球暫堵憋壓，可以壓開多條裂縫，適用于大跨度非均質儲層改造。

（2）路43-x井壓裂裂縫監測結果，直觀證明了重復壓裂裂縫轉向理論。

參考文獻

[1]達引朋，趙文，卜向前，等.低滲油田重復壓裂裂縫形態規律研究[J].斷塊油氣田，2012，11：781-784.

[2]任嵐，陶永富，趙金洲，等.超低滲透砂巖儲層同步壓裂先導性礦場實驗[J].巖石力學與工程學報，2015，2：331-339.