致密油藏體積壓裂技術(shù)應(yīng)用

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1、萬方數(shù)據(jù)第34卷第3期2013年6月新疆石油地質(zhì)XINJIANGPETROLEUMGEOLOGYV01．34，No．3Jun．2013致密油藏體積壓裂技術(shù)應(yīng)用王文東，趙廣淵，蘇玉亮，豐子泰(中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東青島266580)摘要：體積壓裂技術(shù)在北美頁巖油氣藏的開發(fā)中取得了顯著的效果。對體積壓裂的概念和特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，從地質(zhì)和施工工藝兩方面分析了體積壓裂縫網(wǎng)形成的影響因素，明確了在不同儲集層條件下的體積壓裂技術(shù)施工要點(diǎn)。數(shù)值模擬研究表明，體積壓裂的單井產(chǎn)能比常規(guī)壓裂的單井產(chǎn)能要高得多，且其縫網(wǎng)系統(tǒng)可使壓力波及更為均勻，開發(fā)效果優(yōu)勢非常明顯。針對我國致密油藏特征，提出了從致密油

2、藏成藏機(jī)理、壓前儲集層評價(jià)、誘導(dǎo)應(yīng)力場和裂縫起裂機(jī)理等3個(gè)方面入手的研究思路，這將對我國致密油藏體積壓裂技術(shù)的發(fā)展，具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：體積壓裂；致密油藏；縫網(wǎng)；開發(fā)效果文章編號：1001—3873(2013)03-0345—04中圖分類號：TE357．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A致密油氣藏要實(shí)現(xiàn)高效商業(yè)化開發(fā)，必須采用壓裂技術(shù)對儲集層進(jìn)行改造。在低孔、低滲、低壓等特定條件下，由于儲集層基質(zhì)向裂縫供液能力太差，常規(guī)壓裂技術(shù)僅靠單一壓裂主縫很難取得預(yù)期的增產(chǎn)效果，因此必須探索研究新型的壓裂改造技術(shù)，“體積壓裂技術(shù)”的提出具有深刻意義。國外已將此技術(shù)成功應(yīng)用于頁巖氣、致密砂巖氣以及頁巖油的開發(fā)，

3、國內(nèi)也對體積壓裂開展了初步研究，部分超低滲透區(qū)塊已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了體積壓裂技術(shù)對儲集層的改造。體積壓裂技術(shù)必將逐步成為致密油藏經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。1體積壓裂的概念體積壓裂技術(shù)經(jīng)歷了技術(shù)探索、啟蒙、突破、到現(xiàn)在的大規(guī)模應(yīng)用階段，對其理解也越來越深刻。體積壓裂是在水力壓裂的過程中，通過在主裂縫上形成多條分支縫或者溝通天然裂縫n·2

4、，最終形成不同于常規(guī)壓裂的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，增加井筒與儲集層接觸體積，改善儲集層的滲流特征及整體滲流能力，從而提高壓裂增產(chǎn)效果和增產(chǎn)有效期b巧1。其主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。(1)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫擴(kuò)展形態(tài)常規(guī)壓裂以形成雙翼對稱裂縫為目的，在致密油藏中垂直于裂縫面方向的基質(zhì)滲流能

5、力并未得到改善。體積壓裂的裂縫是在三維方向上形成相互交錯(cuò)的網(wǎng)狀裂縫或者樹狀裂縫(圖1)，在縫網(wǎng)區(qū)域形成一定的改造體積，增大了泄油體積№]。(2)復(fù)雜滲流機(jī)理油氣在復(fù)雜縫網(wǎng)中的滲流圖I樹狀裂縫擴(kuò)展形態(tài)機(jī)理至今仍沒有理想的研究成果。文獻(xiàn)E7]研究了頁巖基質(zhì)向復(fù)雜縫網(wǎng)中的滲流，考慮裂縫中達(dá)西流和基質(zhì)中擴(kuò)散流的雙機(jī)理滲流以及壓敏性對滲透率的影響，建立了天然裂縫發(fā)育的雙重孔隙度模型，但求解用擬壓力的方法進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)簡化。目前比較主流的觀點(diǎn)是采用分形理論來精確刻畫縫網(wǎng)內(nèi)的滲流特性，利用縫網(wǎng)中主裂縫與次裂縫的自相似性，建立油氣在復(fù)雜縫網(wǎng)中的滲流模型隨’9]。(3)裂縫發(fā)生錯(cuò)斷、滑移、剪切破壞剪切縫是巖石

6、在外力作用下破裂并產(chǎn)生滑動位移，在巖層表面形成不規(guī)則或凹凸不平的幾何形狀，具有自我支撐特性的裂縫。體積壓裂過程中裂縫的擴(kuò)展形式不是單一的張開型裂縫，當(dāng)壓力低于最小水平主應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生剪切斷裂n引。(4)誘導(dǎo)應(yīng)力和多縫應(yīng)力干擾裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向當(dāng)裂縫延伸凈壓力大于2個(gè)水平主應(yīng)力的差值與巖石的抗張強(qiáng)度之和時(shí)，容易在主裂縫上產(chǎn)生分叉縫，分叉縫延伸到一定距離后又恢復(fù)到原來的裂縫方位，最終多個(gè)分叉縫便形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)n1

7、。2體積壓裂縫網(wǎng)形成的影響因素體積壓裂能否形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫，取決于儲集層收稿日期：2012—10—05修訂日期：2013一Ol一21基金項(xiàng)目：中石油重大科技專項(xiàng)(2008E一1305)

8、作者簡介：王文東(1986一)，男，新疆克拉瑪依人，在讀博士研究生，油氣田開發(fā)工程，(Tel)13395321160(E—mail)ace211@163．corn萬方數(shù)據(jù)·346·新疆石油地質(zhì)地質(zhì)和壓裂施工工藝2方面因素。2．1地質(zhì)因素(1)儲集層巖石的礦物成分儲集層巖石的礦物成分會影響巖石的力學(xué)性質(zhì)，從而影響裂縫的起裂方式和延伸路徑。研究證明，硅質(zhì)含量較高、且鈣質(zhì)填充天然裂縫發(fā)育的頁巖最易形成復(fù)雜縫網(wǎng)，增產(chǎn)效果好。黏土礦物含量較高的頁巖或者缺少硅質(zhì)和碳酸鹽巖夾層的儲集層實(shí)現(xiàn)體積壓裂非常困難n引。巖石礦物成分與縫網(wǎng)形成的難易程度可用脆性指數(shù)來表示。脆性指數(shù)的概念融合了泊松系數(shù)和楊氏模量的

9、雙重含義，也可以用巖石中的脆性礦物質(zhì)(石英等硅質(zhì)礦物和碳酸鹽礦物)所占比例表示。巖石中的脆性礦物質(zhì)含量越高，脆性指數(shù)越大；巖石的綜合楊氏模量越大，泊松比越小，脆性指數(shù)越大，越容易產(chǎn)生剪切裂縫，進(jìn)而容易形成縫網(wǎng)。不同儲集層的礦物組分差異較大，使用的改造技術(shù)和液體體系各不相剛n1(表1)。表1基于不同脆性頁巖的壓裂體系黠壓皴?態(tài)裂囂瓣黜制70％滑溜水60％滑溜水50％混合啾40％線性膠30％泡沫20％交聯(lián)凍膠10％交聯(lián)凍膠低大小高小大(