暫堵轉向技術在重復壓裂上的研究與應用

丁然

（勝利油田石油工程技術研究院 山東 東營 257000）

摘要：針對壓裂井的不斷增多，原有人工裂縫的生產潛能越來越小的問題逐漸突出。本文提出暫堵轉向重復壓裂技術，并從力學方向研究暫堵重復壓裂裂縫起裂和延伸機理，從室內試驗中研究暫堵劑的性能。通過現場試驗表明，暫堵轉向壓裂技術增產效果明顯。

關鍵詞：暫堵轉向；重復壓裂；暫堵劑；突破壓力

勝利油田低滲透油藏儲量豐富，油井常常采用壓裂投產方式，在措施有效期過后，還必須經過重復壓裂改造以維持生產。隨著油井開發時間和措施次數的增加，原有人工裂縫的生產潛能越來越小，由于儲層平面和縱向上的非均質性，不同區域、層位動用程度存在差異，單一加大規模的重復壓裂已不能滿足油田增產穩產的發展需要。如何使重復壓裂最大限度改造、動用剩余油富集區，提高油井的增油效果已成為函待解決的重要技術難題。為低滲透油氣田開發后期的增產挖潛提供新手段、開辟新方向，有利于實現油氣田高產穩產、提高采收率。

1.暫堵重復壓裂新裂縫起裂和延伸機理

水力裂縫的方向和幾何分布主要受地應力狀態控制，人工裂縫位于垂直于最小主應力的平面內。垂直裂縫井重復壓裂施工前，由于初次人工裂縫產生的誘導應力和油氣井生產過程中孔隙壓力降低引起儲層應力下降，長期注水致使儲層溫度下降引起儲層巖石收縮所引起的儲層應力下降，導致了井眼處及近井眼處應力方向發生了轉向，如果此時進行重復壓裂，將可能產生垂直于初次裂縫方向上的新裂縫。然而，這個影響僅僅適用于距離井口的有限距離，重復壓裂新裂縫的繼續延伸過程中，儲層中的應力分布在不斷變化，并直接影響和控制著裂縫延伸方向。這就說明了地層誘導應力場改變是裂縫轉向的主要因素。

重復壓裂造新縫的力學條件：根據巖石的張性破裂準則和最小主應力原理有，要產生一條與初次人工裂縫垂直的新裂縫，那么在井筒附近的應力方向就應該發生轉向，使得初始最大水平應力方向將變為目前最小水平應力方向才行。如果水力裂縫、孔隙壓力的變化等因素誘導的應力差大于初始水平應力差，則初始最大水平主應力方向將變為目前最小水平主應力方向。那么重復壓裂新裂縫將垂直于初始裂縫方向起裂和延伸。因此，垂直裂縫井重復壓裂產生新裂縫的力學條件為：重復壓裂前在井眼附近應力分布中存在應力區域。如果井壁處的初始最大水平主應力方向變為當前的最小水平主應力方向，初始最小水平主應力方向變為當前的最大水平主應力方向，則此時重復壓裂將產生垂直初次裂縫方向的新裂縫。

2.暫堵劑的性能研究

考慮到堵劑應具有較強的封堵性同時又對地層污染較小，研究選用了水溶性暫堵劑。該堵劑是在地面高溫高壓條件下，經交聯反應得到顆粒型堵劑。在應用時，顆粒隨液體進入炮眼和裂縫后，在壓力差下繼續反應交聯，形成高強度的濾餅。

2.1封堵性及承壓強度

采用人造充填巖心的方法，通過使用巖心流動實驗儀測定其突破壓力，來確定暫堵劑的強度。

2.1.1分散狀態下突破壓力測試

暫堵劑采用溫度為80注裂液浸泡3一5min后，用平流泵分別測試模擬壓實為3. 0cm， 1. 0 cm，0. 7cm， 0. 5 cm厚度的突破壓力，實驗結果見表1

實驗結果表明，模擬壓實后濾餅厚度1cm以上，暫堵劑分散狀態下可通過二次交聯形成濾餅，加壓21 MPa不能夠突破。濾餅厚度小于1cm不能有效形成濾餅，封堵效果差。

2.1.2預制膠結后突破壓力的測試

采用預膠結后制成厚度為1. 0 cm和0. 5 cm厚度的濾餅，并分別進行突破壓力的測試，結果（表2）表明，形成濾餅后，突破壓力高，濾餅厚度達到或超過1. 0 cm后難以突破。

2.2溶解性

在50℃和80℃條件下，分別測試2.0g暫堵劑在清水和壓裂液中的平均溶解時間，結果表明，50℃條件下，5h內可以完全溶解，80℃條件下，3h內可以完全溶解。

2.3水不溶物

稱取2.0g暫堵劑，在壓裂液中50℃條件下恒溫溶解5h測得水不溶物含量為0.9%。

3.現場試驗

G21井鉆遇砂體厚度16.9 m，油層厚度12 m，電測滲透率2.7md，孔隙度12.62% 。 2008年11月壓裂投產，初期改造加砂35 m3，砂比35.6%，排量3.5m3/min；投產即低產，日產液少于1耐。應用模擬軟件對造縫階段（排量3.5 m3/min）進行模擬，得出裂縫關鍵參數：縫高18.0 m，縫寬8.4 mm，裂縫半長117 m。

表1分散態突破壓力測試結果

該區塊儲層溫度為70-80 ℃，遠大于暫堵劑軟化點40℃，暫堵劑進入裂縫后軟化速度快，軟化后包裹、橋接支撐劑，使得支撐劑的有效顆粒直徑增加（取下限值）。由評價實驗得出最終暫堵優化結果為：總混合物密度1343 kg/m3，縫中等效顆粒直徑5.5 mm，暫堵距離（單翼）21.4 m，暫堵裂縫體積（雙翼）6.1 m3，所需暫堵劑240 kg。

G21井于2017年2月進行暫堵壓裂，實際加入暫堵劑210 kg，加入前工作壓力為32 MPa，暫堵后最高壓力達到41 MPa，新縫開啟特征明顯，改造后該井日產液4.07 m3，日產油2.7 t，日增油1.9 t，措施效果顯著。

4.結論

4.1 由藏開發過程中的多種因素會導致油井附近的應力場發生變化，在此基礎上，通過使用暫堵劑改變裂縫起裂方位，可在重復壓裂中實現開新縫和使裂縫發生轉向。在一定的剩余儲量和地層能量條件下，可增添新的泄油面積，獲得較好的增產效果。

4.2 水溶性暫堵劑具有較好的封堵效果，且具有良好的溶解性和地層配伍性，其在低溫下溶解慢，在高溫條件下需數小時才能溶解，符合施工時間的需要。

4.3 暫堵轉向重復壓裂技術適合勝利油田低滲油藏目前的開發情況，在精細化油藏研究的基礎上，需要針對不同儲層特點，進一步優化施工參數，不斷完善暫堵轉向配套技術，加大暫堵轉向重復壓裂的應用規模，改善 “三低”油藏的整體開發效果。

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