復(fù)雜結(jié)構(gòu)井開(kāi)采-水力壓裂

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1、第五章復(fù)雜結(jié)構(gòu)井增產(chǎn)措施與井下作業(yè)水力壓裂中國(guó)石油大學(xué)(北京)目錄§水平井人工裂縫的形態(tài)§壓裂水平井的滲流特點(diǎn)及裂縫條數(shù)優(yōu)化§水平井水力壓裂的地層選擇§水平井的壓裂施工§壓裂水平井的產(chǎn)能分析水平井壓裂技術(shù)研究與實(shí)踐表明，水平井壓裂已成為增產(chǎn)處理措施之一。在某一地區(qū)，假如直井生產(chǎn)時(shí)需要進(jìn)行壓裂作業(yè)，那么水平井也同樣需要進(jìn)行壓裂。同時(shí)，有些地區(qū)由于地層非常致密而難于開(kāi)采或者在目前開(kāi)采狀況下經(jīng)濟(jì)上不合算，但是，當(dāng)采用水力壓裂措施后則有可能使開(kāi)采變?yōu)榻?jīng)濟(jì)合理。理論上，在水平井開(kāi)發(fā)中利用多裂縫同時(shí)壓裂技術(shù)可以加速生產(chǎn)，這樣油井的投資將在更短的時(shí)間得到收回。水平井壓裂技術(shù)水平井人工裂縫的形態(tài)水平井人工

2、裂縫一般有3種形態(tài):橫向縫、縱向縫、水平縫.橫向縫是指裂縫面與水平井井筒相垂直，一般可以產(chǎn)生多條橫向縫;縱向縫是指裂縫面沿水平井井筒方向延伸的裂縫;水平縫是指裂縫面沿水平方向延伸的裂縫.對(duì)于一口水平井,實(shí)際壓裂后將產(chǎn)生哪一種形態(tài)的縫,要取決于地應(yīng)力的情況.水平井壓裂技術(shù)水平井人工裂縫的形態(tài)一般而言,最小地應(yīng)力位于水平方向,因此在現(xiàn)場(chǎng)中遇到最多的是橫向縫和縱向縫,其形態(tài)見(jiàn)圖1.如果井筒平行于最小水平主應(yīng)力方向(即沿最小水平滲透率方向),則產(chǎn)生橫向縫;如果水平井筒垂直于最小水平主應(yīng)力方向(即沿最大水平滲透率方向),則產(chǎn)生縱向縫.理論研究和實(shí)際應(yīng)用表明,橫向縫的生產(chǎn)效果好于縱向縫。水平井壓裂技術(shù)

3、壓裂水平井的滲流特點(diǎn)1995年,Ｈｏｒｎｅ研究了水平井中多條橫向人工裂縫的瞬態(tài)壓力特性,可將水平井中多裂縫的流動(dòng)形態(tài)分為4部分:(1)第一線(xiàn)性流,指地層向各條裂縫和裂縫向井筒的線(xiàn)性流動(dòng).(2)第一徑向流,指若縫較短且間距較大,則在各裂縫周?chē)a(chǎn)生的擬徑向流,需要指出的是,若裂縫不是很短和間距不是很大,則不能產(chǎn)生這樣的擬徑向流.水平井壓裂技術(shù)壓裂水平井的滲流特點(diǎn)(3)第二線(xiàn)性流,指在流動(dòng)后期,若邊緣很遠(yuǎn)且縫很短很密,則產(chǎn)生流線(xiàn)相互平行,且垂直于水平井軸線(xiàn)的線(xiàn)性流動(dòng),(4)第二徑向流,指對(duì)于整個(gè)油藏,如果生產(chǎn)時(shí)間很長(zhǎng),則流體以徑向流的形式向水平井及裂縫區(qū)域的流動(dòng).水平井壓裂技術(shù)裂縫條數(shù)優(yōu)化對(duì)水平

4、井實(shí)施人工壓裂所產(chǎn)生的裂縫條數(shù)不僅影響水平井的產(chǎn)能,同時(shí)也影響經(jīng)濟(jì)效益.因此裂縫條數(shù)的優(yōu)化是一個(gè)十分重要的問(wèn)題.Ｓｏｌｉｍａｎ研究認(rèn)為,如果沿裂縫方向的滲透率(Ｋｘ)與沿井筒方向的滲透率(Ｋｙ)相等或比較小,那么裂縫的最佳條數(shù)為3-5條,如果沿裂縫方向的滲透率比沿井筒方向的滲透率大,那么裂縫的最佳條數(shù)將有所增加.水平井壓裂技術(shù)裂縫條數(shù)優(yōu)化下圖比較了Ｋｘ/Ｋｙ=0.1,1,10時(shí)裂縫條數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響,其中最上面的3條曲線(xiàn)表示生產(chǎn)時(shí)間為2ａ,下面的3條曲線(xiàn)表示生產(chǎn)時(shí)間為0.5ａ.由圖可知,ＫｘＫｙ小于或等于1時(shí),裂縫的最佳條數(shù)為3-5條.水平井壓裂技術(shù)適合水平井水力壓裂的地層研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明

5、，在水平井壓裂中選擇適合水力壓裂的地層是非常重要的，它關(guān)系到水平井壓裂的經(jīng)濟(jì)效益。1.水平井油層的垂向滲透率非常低，甚至幾乎沒(méi)有，或者油層中存在著頁(yè)巖薄層。2.如果水平井靠天然裂縫生產(chǎn)油氣，那么將水平井段鉆在與天然裂縫方向垂直的方向上將能使水平井獲得高的產(chǎn)量。但是，在許多情況下，天然裂縫是不連續(xù)或不均勻的。如果采用水力壓裂能使天然裂縫連通的話(huà)，則應(yīng)對(duì)這種地層中的水平井進(jìn)行壓裂。水平井壓裂技術(shù)適合水平井水力壓裂的地層3.垂直井由于生產(chǎn)能力較低，則需進(jìn)行強(qiáng)化處理的地層，那么這種地層中的水平井也應(yīng)進(jìn)行壓裂處理。4.如果產(chǎn)層及其圍巖的應(yīng)力差很低時(shí)，在水平井中進(jìn)行有限壓裂可使其向垂向上誘發(fā)幾條小裂縫

6、與儲(chǔ)集層連通，以提高油井效益。但是，強(qiáng)化壓裂出1條大裂縫則可能突出油層邊界，造成底水維進(jìn)影響。水平井壓裂技術(shù)適合水平井水力壓裂的地層5.油層有效厚度、底水和頂氣對(duì)水平井壓裂也有著較大影響。油層有效厚度太薄，壓裂裂縫有穿透油層邊界的危險(xiǎn)。有底水和頂氣影響的油層除了要求油層有效厚度和相對(duì)較大之外，壓裂作業(yè)時(shí)要特別注意控制誘發(fā)型裂縫的長(zhǎng)度。水平井壓裂技術(shù)水平井的壓裂施工水平井可用不固井方式完井，但該種完井方式對(duì)于要壓裂增產(chǎn)的水平井通常不能接受。成功壓裂必須用性能良好的水泥固井和進(jìn)行選擇性射孔。與直井相比，斜井與水平井的壓裂壓力高得多。額外的壓力來(lái)自井眼與裂縫間的溝通有限。實(shí)驗(yàn)室與油田經(jīng)驗(yàn)表明溝通

7、差是由孔眼、井眼和裂縫方位間的匹配差以及多條裂縫的產(chǎn)生和延伸引起的。為解決此問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)盡可能作設(shè)計(jì)來(lái)控制過(guò)高的壓力，使井眼與主裂縫建立良好的溝通。水平井壓裂技術(shù)水平井的壓裂施工射孔設(shè)計(jì)在水平井與斜井的水力壓裂施工中，射孔孔眼的作用非常重要。孔眼代表了井眼（如套管）與裂縫間唯一的聯(lián)系通道。在水平井和斜井的壓裂中，也包括直井，應(yīng)當(dāng)綜合考慮孔眼大小、射孔深度、孔密與射孔相位。射孔序列與裂縫方位的關(guān)系是射孔方案中最重要的部分。因