儲層體積壓裂改造可行性分析

田建超 胡佳佳（中國石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

儲層體積壓裂改造可行性分析

田建超 胡佳佳（中國石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

體積壓裂技術(shù)通過使主裂縫與次生裂縫相互交織形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得儲層基質(zhì)與裂縫壁面的接觸面積大大增加，極大地降低了油氣從基質(zhì)向裂縫的有效滲流距離，從整體上提高了目的儲層的滲透率。然而，并不是所有的儲層都可以實現(xiàn)體積壓裂改造，復(fù)雜縫網(wǎng)的形成需要滿足一定的力學(xué)條件和相應(yīng)的施工工藝技術(shù)。儲層礦物成分、天然裂縫發(fā)育程度、地應(yīng)力等因素是形成復(fù)雜縫網(wǎng)的必要基礎(chǔ)；施工壓裂液量、壓裂液粘度和砂濃度等也影響著復(fù)雜縫網(wǎng)的形成和延伸。

儲層；體積壓裂；復(fù)雜縫網(wǎng)

1 致密油儲層體積壓裂技術(shù)

所謂體積壓裂改造就是指在水力壓裂過程中，使天然裂縫不斷擴張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移，從而形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，增加儲層改造體積，提高油井產(chǎn)量和采收率。

圖1 體積改造后的裂縫網(wǎng)絡(luò)及剪切示意圖

2 縫網(wǎng)形成條件

2.1 儲層地質(zhì)條件

（1）儲層礦物成分（巖石脆性指數(shù)）。儲集層的巖石礦物質(zhì)成分對體積縫網(wǎng)形成的影響主要體現(xiàn)在其改變巖石力學(xué)的性質(zhì)，從而影響裂縫的開裂方式，和裂縫開啟后的延伸方向。研究和實驗表明，巖石中硅質(zhì)的含量越高，儲集層越容易形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫，增大儲層改造體積。而對于缺少碳酸鹽夾層和硅質(zhì)含量的儲集層而言，便很難實現(xiàn)體積壓裂。儲集層的巖石礦物成分與裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成的關(guān)系可以用脆性指數(shù)來表征，不同的儲集層，巖石礦物組分相差很大，脆性指數(shù)也大不相同，實現(xiàn)體積壓裂所用的壓裂液體系和工藝技術(shù)也不盡相同。

（2）天然裂縫發(fā)育程度。一般來講，體積壓裂縫網(wǎng)的形成，主要是通過人工裂縫溝通天然裂縫而成，因而儲集層中的天然裂縫發(fā)育程度及其方位都會影響著縫網(wǎng)的形成和延伸。一般來講，人工裂縫和天然裂縫夾角越小，天然裂縫就更容易張開并改變原來的延伸路徑，為裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成創(chuàng)造有利條件；若人工裂縫與天然裂縫夾角大于60度，則不論多大的水平應(yīng)力差，都不能使天然裂縫張開，更不具備形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的條件。

（3）地應(yīng)力大小和方位。儲層地應(yīng)力各向異性越弱，越容易形成體積縫網(wǎng)；當(dāng)各向異性較強時，很難在主裂縫的兩側(cè)形成分支的裂縫，則更難形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。且儲層水平主應(yīng)力的差越小，則越容易形成復(fù)雜縫網(wǎng)系統(tǒng)。

表1 水平主應(yīng)力差與體積改造裂縫形態(tài)的關(guān)系

2.2 施工工藝條件

（1）壓裂液用量。大排量、多簇射孔壓裂是增加縫網(wǎng)復(fù)雜程度的重要思路。對相同的儲層而言，泵注排越高，縫內(nèi)凈壓力越高，越有助于提高裂縫的復(fù)雜程度；增大壓裂液總量能夠增大目的層的改造體積。

（2）壓裂液粘度。低黏度的流體能較快速地向天然裂縫內(nèi)滲濾，可以起到一定的潤滑作用，有利于天然裂縫的開啟；中等粘度的壓裂液可以提高攜砂能力，形成中等復(fù)雜程度縫網(wǎng)。

3 縫網(wǎng)壓裂實現(xiàn)途徑

（2）縫內(nèi)封堵技術(shù)。現(xiàn)場的試驗和應(yīng)用證明，在壓裂施工的過程中，先在攜砂液中加入常規(guī)粒徑的支撐劑并逐漸提高支撐劑濃度，當(dāng)形成一定形態(tài)的主裂縫之后，便加入大粒徑支撐劑進行封堵，施工壓力會有明顯的提高，表明縫內(nèi)凈壓力得到了有效提升，可能會壓開新的分支裂縫，形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

（3）端部脫砂技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵在于向井筒注入攜砂液的過程中，要求主裂縫內(nèi)的砂漿的前緣要比常規(guī)壓裂提前到達裂縫端部的周邊，實現(xiàn)在裂縫周邊脫砂，這樣可以限制裂縫長度的繼續(xù)增加，使得縫內(nèi)壓力逐漸升高。

4 認識和建議

（1）復(fù)雜縫網(wǎng)的形成，可以很大程度上提高裂縫壁面與基質(zhì)的接觸面積，增大儲層改造體積，提高油氣采收率。

（2）體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)能否形成，取決于儲集層地質(zhì)特征和壓裂施工工藝兩個方面。