探究低渗透油田重复压裂优化设计

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　　探究低渗透油田重复压裂优化设计低渗透油田重复压裂优化设计论文导读：本论文是一篇关于低渗透油田重复压裂优化设计的优秀论文范文,对正在写有关于裂缝论文的写有一定的参考和指导作用,低渗透油田重复压裂优化设计研究摘要　　水力压裂技术是有效开发低渗透油气藏必不可少的主要技术措施，但经过水力压裂的油气井，在生产过程中由于种种原因可能导致裂缝失效，所以老井重复压裂成为开采领域面临的重大技术课题。其中，重复压裂新裂缝的重新定向分析是具有相当难度和应用价值的核心问题，也是制约重复压裂优化设计的关键。重复压裂产生的裂缝方向取决于地应力状态，垂直裂缝井重复压裂前储层中的应力分布，尤其是水平主应力方向控制着重复压裂裂缝的起裂方位和延伸方向。本文系统研究了垂直裂缝井重复压裂前应力场的分布特征及影响应力大小和方向变化的主要因素,实现了垂直裂缝井重复压裂前应力场的定量分析。关键词：重复压裂；裂缝延伸方式；应力场；诱导应力　　目录前　言1 第一章绪论21.1　重复压裂发展概述21.2研究的意义3第二章重复压裂工艺技术基础42.1初次压裂失效的原因42.1.1化学结垢和沉积引起堵塞42.1.2微粒运移引起堵塞42.1.3压裂裂缝闭合42.2重复压裂的方式42.2.1层内压出新裂缝52.2.2继续延伸原有裂缝52.2.3改向重复压裂5第三章　重复压裂重定向理论研究63.1　重复压裂重定向的可能性63.2重复压裂机理63.2.1重复压裂井破裂压力分析63.2.2闭合压力变化73.2.3重复压裂裂缝张开平面的方位7第四章　裂缝重定向的重要措施94.1堵老缝压新缝技术原理94.2堵剂的要求94.3堵老缝压新缝技术配套工艺9 4.3.1控制缝高压裂技术94.3.2端部脱砂压裂技术10结论11致谢12低渗透油田重复压裂优化设计论文导读：本论文是一篇关于低渗透油田重复压裂优化设计的优秀论文范文,对正在写有关于裂缝论文的写有一定的参考和指导作用,23了裂缝导流能力，油井产量下降。以上诸因素并不是孤立产生影响的，而是综合作用的结果。由于油层本身的特性，在不同的井层起主导作用的因素不同，选井评层时要具体分析[6]。　　2.2重复压裂的方式　　根据国内外的重复压裂实践，重复压裂有以下三种方式。2.2.1层内压出新裂缝　　例如，吉林红岗油田、大港马西油田、长庆油田通过补射非主力油层或对非均质厚油层重复压裂、或者压裂同井新层等措施改善出油剖面，取得了很好的效果。实质上，这是对重复压裂的早期认识，严格地讲应当属于分层压裂的技术范畴。但国内目前主要基于这种认识开展理论和实践探索。 2.2.2继续延伸原有裂缝　　在油田开发过程中，由于压力、温度等环境条件的改变，必然引起油井产量的下降。例如，结蜡结垢堵塞原有裂缝；或者原有裂缝闭合。这类井需要加砂重新撑开原有裂缝，穿透堵塞带就可以获得不同程度的效果。另外，压裂改造规模不够，或者支撑裂缝短，或者裂缝导流能力低，这类井必须加大压裂规模继续延伸原有裂缝，或者提高砂量以增加裂缝导流能力。这是目前最通常的重复压裂概念。为了获得较长的增产有效期，必须优化设计重复压裂规模(液量、砂量)。2.2.3改向重复压裂 　　油田的低渗透层已处于高含水期，原有裂缝控制的原油产量已接近全部采出，裂缝成了水的主要通道，但某些井在现有采出条件下尚控制有一定的剩余可采储量。这时如果采取延伸原有裂缝的常规重复压裂肯定不会有好的效果。最好的办法是将原有裂缝堵死，重新压裂，在与原有裂缝呈一定角度方向上造新缝，这样既可堵水，又可增加采油量。即研究了一种高强度的裂缝堵剂封堵原有裂缝，当堵剂泵入井内后有选择性地进入并封堵原有裂缝，但不能渗入地层孔隙而堵塞岩石孔隙，同时在井筒周围能够有效地封堵射孔孔眼；然后采用定向射孔技术重新射孔以保证在不同于原有裂缝的方位(最佳方位是垂直于原有裂缝的方位)重新定向射孔，以保证重复压裂时使裂缝改向，也即形成新的裂缝；从而采出最小主应力方向或接近最小主应力方向泄油面积的油气，实现控水增油[7]。Cheron石油技术公司、Unocal公司、Dowell公司和美国LostHill油田测试都已经证明了改向重复压裂的可能性。第三章　重复压裂重定向理论研究　　3.1　重复压裂重定向的可能性 　　水力压裂的方向(和几何分布)主要受地应力状态控制。人工裂缝沿着阻力最小的方向起裂，即位于垂直于最小主应力的平面内。在大多数油气藏中，最小主应力方向近似于水平，因此人工裂缝一般在近似垂直的平面内发育。在低渗透率的储层中，有效排空的储集岩范围受制于裂缝的方向和其空间分布。井的布设、井位和最终的预计可采量都随水力压裂的方向和几何形态而变。从储层中产出液体会降低储层压力，在经多孔弹性耦合后，还会改变储层的应力状态。储层压力的均匀衰减会导致岩石总应力的均匀降低和岩石有效应力的均匀增加。但储层压力衰减并不均衡，这是应力重定向的关键。以单井来说，储层的压力衰减出现在人工裂缝周围的局部椭圆区内。在低渗透率储层中，纵向人工裂缝形成的一个椭圆形衰减区，其纵向裂缝轴比横向裂缝轴要长，因此，平行于人工裂缝的孔隙应力的下降就比垂直(最小)应力分量要小。如果产生的应力变化足够大，足以抵消初始水平偏应力的影响，那么最小水平应力的方向就会局部旋转90o。在这种情形下，重复压裂处理应该垂直于原始压裂处理进行。这样的话，重复压裂处理将接触到储层的未排油区或未衰竭区，从而极大地提高产量和可采储量[8]。这就是重复压裂重定向很关键的原因。重复压裂处理时，一旦裂缝超出排空的椭圆区生长，则可能会向原始裂缝方向旋转。裂缝生长的惯性作用，裂缝沿重定向方向可能会生长较长一段距离。重复压裂处理是否会产生重定向，取决于许多因素，包括原始偏应力、原生裂缝长度、储层的渗透率以及产量变化情况。　　3.2重复压裂机理3.2.1重复压裂井破裂压力分析　　通过对部分重复压裂井初次压裂瞬时停泵和重复压裂瞬时停泵所测数据的分析，可以看出，初次压裂施工瞬时停泵压力普遍高于重复压裂时的瞬时停泵压力。这说明重复压裂的破裂压力要低于初次压裂的破裂压力，这很可能是由于重复压裂裂缝重合于初次压裂裂缝所致。由于初次压裂岩石的抗张强度要高于重复压裂时岩石的抗张强度，因此，重复压裂时的破裂压力要低于初次压裂时的破裂压力。3.2.2闭合压力变化 　　随着油田的开发，油层压力和孔隙压力要逐渐降低；另一方面，初次压裂施工，油井生产一段时间后，将产生一个水平孔隙压力梯度。靠近井筒的孔隙压力降低，使得裂缝闭合压力增大，导致初次压裂使用的支撑剂破碎或嵌入地层，从而使初次压裂形成的水力裂缝导流能力大大降低。因此，重复压裂时要选择比初次压裂强度更高的、与地层匹配的支撑剂，这是保证重复压裂有效的一个重要条件。3.2.3重复压裂裂缝张开平面的方位　　有两个因素可以改变局部的地应力方位，一是支撑裂缝产生的诱导应力；二是孔隙压力在油藏中重新分布产生的诱导应力。通过本区块其它井的生产和注入，或该井自身的生产，可以改变其油藏压力，井眼周围应力场的变化可以改变重复压裂的裂缝方位。 　　(1)张开裂缝产生的诱导应力场。水力压裂在地层中产生诱导应力，张开裂缝在两水平应力方向产生压缩应力。最大诱导应力等于裂缝闭合后作用在支撑剂上的净压力，它在垂直于裂缝的方向上；另一个平行于裂缝方向的诱导应力大小约为最大诱导应力的一半。裂缝对应力场的影响随着距裂缝面距离的增加迅速下降。为了能够重新定向，新产生的两个诱导应力差足够大，以改变相关的两个水平应力大小，从而使先前的最小水平主应力方向变成最大水平主应力方向。这样在新的最大水平主应力方向上传播的第二个裂缝将垂直于初始裂缝面。假如，作用在支撑剂上的净压力较小，两个水平应力的初始差相当小，这种机制仅能产生重新定向。尽管重复压裂时的裂缝在开始延伸时，垂直于初次压裂的裂缝，但随着裂缝距离的增加，诱导应力迅速减小，裂缝很快转向平行于初次压裂的裂缝方向[9]。 　　(2)地层孔隙压力变化产生的诱导应力。压裂井的生产或向裂缝中注入液体可以改变裂缝周围的孔隙压力梯度，并导致整个油藏孔隙压力分布的变化。靠近裂缝，诱导张应力平行或垂直于裂缝面，但它们被远离裂缝的诱导压缩应力平衡。垂直于裂缝面的诱导张应力比平行于裂缝面的诱导张应力在开始时要大些，如果孔隙压力产生的诱导应力差比原始的最大和最小水平主应力差大，那么，原始最大水平主应力方向将变成最小水平主应力方向。这时进行重复压裂，产生的裂缝将垂直于初始裂缝平面。初次压裂后不久，近井地带的压力分布非常有利于产生垂直于初始方位的裂缝。然而这种影响的区域性很强，当裂缝延伸到诱导张应力区以外，裂缝就迅速转向平行于初始裂缝方位，使裂缝重新定向的益处变得有限。这里将产生二种情况；一是经过较长一段时间后，压缩应力场自裂缝向远处移动，使裂缝在转向之前的长度逐渐增长；另一种情况是，在离开井眼一定距离，诱导张应力不足以克服原始应力的各向异性，这时裂缝转向之前的长度反而变短。由于生产而产生的诱导应力大小不依赖于原始应力，它叠合于原始应力场，当原始应力差小时，垂直穿透的可能性最大。第四章　裂缝重定向的重要措施　　4.1堵老缝压新缝技术原理　　低渗透油田开发一般采用压裂方式投产，在地层中压出一条有高导流能力的人工裂缝。由于裂缝渗透率远远高于基质渗透率，当老油田的低渗透层已处于高含水期，老裂缝控制的原油已接近全部采出，裂缝成了主要出水通道，但某些井在现有开采条件下尚控制有一定的剩余可采储量。为了控水增油，充分发挥井的生产潜能，采取延伸老裂缝的常规重复压裂措施肯定不会有好的效果。为此，必须实施改向重复压裂新技术。其实质是，用一种高强度的裂缝堵剂有选择性地进入并有效封堵原有压裂裂缝和射孔孔眼，但不能进入地层孔 低渗透油田重复压裂优化设计论文导读：本论文是一篇关于低渗透油田重复压裂优化设计的优秀论文范文,对正在写有关于裂缝论文的写有一定的参考和指导作用,体特性、射孔厚度和位置、施工工艺参数等。控制压裂液流变性或采取小排量施工方式都有利于控制裂缝高度，但更有效的是采取人工隔层控制裂缝高度延伸技术。其基本原理是将上浮式(如空心玻璃球)和下沉式导向剂(如石英砂)与压裂液同时泵入地层，导向剂随着压裂液在裂缝中流动，并在在裂缝的两垂端聚积，而在裂缝的顶部和底部形成两隙而堵塞岩石孔隙；然后采用定向射孔技术重新射孔以保证重复压裂时使裂缝改向，在不同于老裂缝的方位，形成新的裂缝；最后再在产层射孔，从而采出最小主应力方向或接近最小主应力方向泄油面积的原油，实现控水增油。实施这种重复压裂要求堵剂强度至少要高于产层破裂压力，这是保证形成新裂缝的关键之一。　　4.2堵剂的要求　　(1)堵剂能在一定程度上预先成胶，即"预凝胶"，裂缝性油藏来说比普通堵剂有两大优势，即：①能完全进入地层裂缝中从而有效封堵裂缝；②不渗入地层孔隙从而不会堵塞岩石孔隙。　　(2)要求堵剂有高的强度、良好的粘弹性，也就是抗拉性能好、与岩石表面的粘附力强[10]。以保证重复压裂时裂缝偏离最大主应力方向，最好在最小主应力方向或接近最小主应力方向形成新裂缝，因此，堵剂强度至少要高于产层破裂压力。　　(3)良好的剪切稀释性，有利于泵入和流动。　　4.3堵老缝压新缝技术配套工艺4.3.1控制缝高压裂技术 　　对于高含水油田，重复压裂很容易压穿含水层，造成大量出水，这时需要尽可能将裂缝高度控制在生产层内；如果裂缝向产层(目的层)上、下无限制地延伸，裂缝在高度方向上窜下跳，导致实际支撑裂缝长度短甚至无法有效支撑裂缝，造成压裂后产量低、递减快、增产有效期短。为避免这种情况就必须控制裂缝高度延伸，可配合采用控缝高压裂技术，最大限度地实现裂缝纵深发展。对于堵老缝压新缝的重复压裂改造井，控缝高技术是一项必要配套技术。裂缝能否上下延伸穿透界面至盖、底层(遮挡层)与许多因素有关，例如地应力分布和大小、岩石力学性质、层间界面性质、盖底层厚度、地层流体特性、射孔厚度和位置、施工工艺参数等。控制压裂液流变性或采取小排量施工方式都有利于控制裂缝高度，但更有效的是采取人工隔层控制裂缝高度延伸技术。其基本原理是将上浮式(如空心玻璃球)和下沉式导向剂(如石英砂)与压裂液同时泵入地层，导向剂随着压裂液在裂缝中流动，并在在裂缝的两垂端聚积，而在裂缝的顶部和底部形成两个低渗或非渗透性人工遮挡层，阻止裂缝中的压力向上下传播，继而达到控制裂缝在高度方向上进一步延伸和形成较长的支撑裂缝的目的。 　　目前国内外对使用导向剂进行"人工隔层"控缝高压裂几乎都是定性描述，无法定量计算。为定量描述导向剂的使用效果，确定合理的导向剂的用量需要开展控制裂缝高度延伸的实验研究。即在模拟地层压裂的情况下，不同基液的携带液和不同浓度的暂堵剂的混合液通过带裂缝的人工岩心时，将在裂缝形成阻挡层。对比形成阻挡层前后的岩心渗透率就可以分析人工隔层的阻挡效果。西南石油学院在该领域取得了初步的研究成果。4.3.2端部脱砂压裂技术　　实质上，端部脱砂压裂是在水力压裂过程中有控制地使支撑剂在裂缝端部脱出，桥架形成端部砂堵，从而阻止裂缝向缝长方向进一步延伸。继续注入高砂比混砂液，继而沿缝尖形成全面砂堵，缝中储液量增加，泵压增大，促使裂缝膨胀变宽，缝内填砂增大，从而造出一条具有很高导流能力的裂缝。从理论上讲，前置液应在施工结束时正好从裂缝中全部滤失完毕，携砂液恰好达到裂缝最前缘端部，这时将在裂缝端部附近脱砂产生桥塞，裂缝中的净压力因此而急剧升高，这便是端部脱砂压裂技术理论依据。因为净压力的升高将迫使在宽度方向进一步扩展。关键是要选择与控制适当的工艺参数使净压力的升高在施工期间保持在设备的允许压力范围内，并采取控缝高技术控制裂缝在高度方向进一步延伸。对于堵老缝压新缝重复压裂挖潜改造井，端部脱砂技术是又一项必要的配套技术。结论 　　1、重复压裂是保证油田中、后期高产稳产的重要措施，特别是在重复压裂时，如果裂缝重定向，可能刺穿新的含油区，从而极大地提高采收率。　　2、新裂缝的起裂方位取决于储层当前应力场，而一次压裂张开裂缝和生产井生产活动是影响应力场的两个主要因素。　　3、张开裂缝产生的诱导应力与生产引起的诱导应力是叠加作用于原始应力场。但生产引起的诱导应力起主导作用，并且在考虑裂缝转向之前的长度时，二者存在时间上的矛盾。张开裂缝产生低渗透油田重复压裂优化设计由写论文的好帮手.zbjy.提供,.的诱导压缩应力是向远处移动的，重复压裂的时间间隔越长，使裂缝在转向前长度越长。但随着距裂缝距离的增加，孔隙压力的衰减区由椭圆逐渐变为圆形。诱导应力的差异变小，不能克服原始应力的各向异性。重复压裂的最佳时机是裂缝延伸到的区域水平地应力在两个方向上相等。当地层应力分布及油藏特性诸如孔隙度、渗透率、地应力等控制压力分布的因素已知时，可以确定重复压裂的最佳时机。　　4、为了使裂缝接触到储层的未排油区或未衰竭区，从而极大地提高产量和可采储量，可采用堵老缝压新缝技术，在一定程度上控制裂缝起裂方位。 致谢　　本文是在徐婷老师的精心指导下完成的。在本论文的研究期间，老师从开题论证、论文方案设计到理论推导与计算都给了相当大的帮助。每个环节都倾注了老师大量的心血和精力。在论文的完成过程中，老师渊博的学识、丰富的实践经验和严谨的治学态度使我收益非浅。在此，谨向指导老师表示深深的敬意和忠心的感谢。