重復(fù)壓裂改造技術(shù)及開發(fā)效果

1、重復(fù)壓裂改造技術(shù)及開發(fā)效果一、項目背景采油三廠所轄的衛(wèi)城、馬寨和古云集低滲透非均質(zhì)油田，地層平均滲透率8-30×10-3µm2，平均孔隙度10-15%，井段長20-80米，層系多達6-7個；層間差異大，滲透率極差大，變異系數(shù)0.7；不同層位破裂壓力差異大，達8MPa以上；多數(shù)井以壓裂方式投產(chǎn)，且隨著水力壓裂技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用及油田開發(fā)的不斷深入，補孔壓裂的選井難度越來越大，同時由于下列因素的影響，使得實施重復(fù)壓裂十分必要。主要原因如下：1、新投井壓裂規(guī)模偏低，裂縫控制泄油面積小；2、層間差異大，合層壓裂時部分井段未壓開；3、地層應(yīng)力分布改變，有新增注水受效方向；4、初次壓裂施工

2、失敗,目的層段未形成有效的裂縫支撐；5、初次壓裂時注采井網(wǎng)不完善，壓裂未能獲得較好的增油效果；6、在深井、高溫、高壓、微粒運移、多相流等惡劣條件作用下，初次裂縫已經(jīng)失效；7、在老區(qū)塊對動用程度相對較小的高壓區(qū)域，選擇適當?shù)臅r機重復(fù)壓裂，,造縫連通剩余油富集區(qū)域等。針對上述因素，在研究油藏剩余油分布，分析初次壓裂工藝過程，結(jié)合生產(chǎn)動靜態(tài)資料優(yōu)選重復(fù)壓裂井層、確定重復(fù)壓裂時機，有針對性地開展重復(fù)壓裂技術(shù)，提高油藏水驅(qū)動用程度，實現(xiàn)老油田的高效開發(fā)。二、重復(fù)壓裂工藝技術(shù)（一）、重復(fù)壓裂工藝技術(shù)的基本理論重復(fù)壓裂是指井經(jīng)過初次壓裂后對同一層段進行的第二次及更多次的壓裂措施。油井重復(fù)壓裂的基本原理:一是

3、在開發(fā)過程中由于地應(yīng)力的改變，重復(fù)壓裂裂縫方位角與原有裂縫有一定的偏轉(zhuǎn)，溝通新的泄油區(qū):二是重新壓開過去已壓裂的但因各種原因目前已堵塞或閉合的老裂縫系統(tǒng)，解除近井筒地帶堵塞；三是通過動靜態(tài)資料的分析，采用分層壓裂或裂縫暫堵重復(fù)壓裂啟動初次壓裂未啟動物性較差層，或使裂縫偏轉(zhuǎn)溝通新的泄油區(qū)?；趯χ貜?fù)壓裂方式的不同理解，目前國內(nèi)外實施的重復(fù)壓裂有三種方式：（1）層內(nèi)壓出新裂縫。地應(yīng)力的改變產(chǎn)生新的裂縫，從而大大提高油井的泄油面積，達到增產(chǎn)目的。一是注采井網(wǎng)對地應(yīng)力的改變，由于水的注入和地層液體的采出，造成注水井附近的地層壓力上升，而油井附近的地層壓力降低，從而引起地應(yīng)力方向的改變。重復(fù)壓裂時裂縫延

4、伸方位角有較大的偏轉(zhuǎn)，其地應(yīng)力方向改變主要由下列三方面因素造成：一是地層孔隙壓力改變、斷層滑動和油藏壓實。二是壓裂裂縫對地應(yīng)力場的影響，地層中已存在支撐裂縫，改變了井眼附近的地應(yīng)力分布，使得原來最大水平地應(yīng)力變?yōu)樽钚。@種局部地應(yīng)力的變化，使重復(fù)壓裂的裂縫方位將垂直于次裂縫的方位，但在離開井口一定范圍以后，其方位發(fā)生轉(zhuǎn)向，經(jīng)平行于初次裂縫方位的方向延伸。（2）延伸原有裂縫。油田開發(fā)過程中，由于壓力、溫度等環(huán)境條件的改變，引起原有壓裂裂縫失效。這類井需要加砂重新?lián)伍_原有裂縫，穿透堵塞帶就可以獲得不同程度的效果。另外，壓裂改造規(guī)模不夠，或支撐裂縫短，或裂縫導(dǎo)流能力低，這類井必須加大壓裂規(guī)模繼續(xù)延伸

5、原有裂縫，或者提高砂量以增加裂縫導(dǎo)流能力，為了獲得較長的增產(chǎn)有效期，必須優(yōu)化設(shè)計重復(fù)壓裂規(guī)模（液量、砂量）。（3）改向重復(fù)壓裂（即堵老縫壓新縫）。油田的低滲透層已處于高含水期，原有裂縫控制的原油產(chǎn)量已接近全部采出，裂縫成了水的主要通道，但某些井在現(xiàn)有采出條件下尚控制有一定的剩余可采儲量。此時實施暫堵老裂縫，重新壓裂，在與原有裂縫呈一定角度方向上造新縫，實現(xiàn)控水增油。（二）、重復(fù)壓裂增產(chǎn)機理分析 國內(nèi)外的重復(fù)壓裂研究和現(xiàn)場實踐表明：重復(fù)壓裂增產(chǎn)機理主要有兩個方面: （1）、地應(yīng)力的改變產(chǎn)生新的裂縫，從而大大提高油井的泄油面積，達到增產(chǎn)目的。 1）、注采井網(wǎng)對地應(yīng)力的改變 由于水的注入和地層液體的

6、采出，造成注水井附近的地層壓力上升，而油井附近的地層壓力降低，從而引起地應(yīng)力方向的改變。造成重復(fù)壓裂裂縫延伸方位角有較大的旋轉(zhuǎn)。其地應(yīng)力方向改變主要由下列三方面因素造成：地層孔隙壓力改變隨著注水開發(fā)的加深，注水井周圍地層壓力逐漸升高，造成孔隙壓力上升，從而引起地層總應(yīng)力的上升，降低了基質(zhì)的有效應(yīng)力，進而通過基質(zhì)的膨脹，對其周圍的應(yīng)力產(chǎn)生影響，這一影響由注水井徑向向外傳波。而油井則產(chǎn)生相反的情況。斷層滑動當注水井周圍的孔隙壓力增加到足夠大時，作用在基質(zhì)上的有效應(yīng)力就會變小，以致于不能產(chǎn)生足夠大的磨擦力來平衡斷層面。這就會引起斷層的滑動，引發(fā)地震，從而改變地應(yīng)力方向。油藏壓實在油井周圍，油藏壓力下

7、降引起基質(zhì)有效應(yīng)力增加和油藏壓縮，使孔隙度減少和滲透率大幅度降低。大規(guī)模的油藏壓縮會減少整體油藏體積，嚴重時導(dǎo)致地層下沉和地應(yīng)力場變化。2）、壓裂裂縫對地應(yīng)力場的影響地層中已存在支撐裂縫，改變了井眼附近的地應(yīng)力分布，使得原來最大水平地應(yīng)力變?yōu)樽钚。@種局部地應(yīng)力的變化，使重復(fù)壓裂的裂縫方位將垂直于次裂縫的方位，但在離開井口一定范圍以后，其方位發(fā)生轉(zhuǎn)向，經(jīng)平行于初次裂縫方位的方向延伸。根據(jù)可對比條件分析，重復(fù)壓裂與初次壓裂相比，平均破裂壓力降低5Mpa，足以證明重復(fù)壓裂有產(chǎn)生新縫或裂縫偏整的可能。 三、重復(fù)壓裂工藝技術(shù)的應(yīng)用（一）、重復(fù)壓裂選井選層條件1、新井壓裂規(guī)模偏低，需加大規(guī)模重復(fù)壓裂，延

8、伸裂縫。統(tǒng)計12口井(衛(wèi)360塊的新投井)的加砂強度與壓裂后初期產(chǎn)量的關(guān)系顯示，隨著加砂強度的逐漸加大，壓后產(chǎn)量成逐漸上升趨勢。2001年衛(wèi)360塊新投12口井加砂強度與產(chǎn)量曲線采油三廠2001-2008年新投壓裂井227口，平均加砂強度1.46m3/m，壓裂規(guī)模1.2m3/m的井50口,壓裂規(guī)模整體偏低，人工裂縫控制的含油面積小，穩(wěn)產(chǎn)期短。由于這種初次壓裂投入的不足，為后期生產(chǎn)過程中重復(fù)壓裂提供了再次改造增產(chǎn)前提條件。2、壓裂井層間差異大，合層壓裂造成部分井段未壓開。統(tǒng)計2002-2004年新投合層壓裂34口井壓后井溫曲線表明（2005-2006年新投壓裂井較少、2007年壓裂以高紅層為主，

9、2002-2004年共新投壓裂94口，具有代表性）：總壓裂層厚度602.4m，壓開層厚度309.2m，未壓開層厚度293.2m，未壓開油層厚度占壓裂層厚度的48.7%，這部分油層未得到改造，具有較大的細分層重復(fù)壓裂改造增產(chǎn)潛力。表1 2002-2004年新投合層壓裂井井溫數(shù)據(jù)統(tǒng)計表時間新投合壓統(tǒng)計井數(shù)口壓裂層平均跨度m壓裂層厚度m壓開層厚度m未壓開層厚度m未壓開層占壓裂層%2002年750.4153.196.15737.22003年2140.8374.1165.7208.455.72006年639.375.247.427.837.0合計34602.4309.2293.248.7平均41.348

10、.73、初次壓裂規(guī)模較大（加砂強度1.7m3/m，設(shè)計縫長90m），由于井網(wǎng)不完善，裂縫控制范圍內(nèi)產(chǎn)能未得到充分發(fā)揮。12口井中施工參數(shù)可對比井10口（衛(wèi)360-67、衛(wèi)10-41砂堵），平均設(shè)計縫長104m，平均加砂強度1.4m3/m(中陶加砂強度)，初次改造規(guī)模和縫長均較大，生產(chǎn)過程中明顯的特點是產(chǎn)能快速下降、實施補孔等換層措施前含水基本保持不變，壓裂未能有效動用裂縫及單井控制范圍內(nèi)的可采儲量，為注采井網(wǎng)完善后重復(fù)壓裂增產(chǎn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。4、初次壓裂工藝失敗，未形成有效的支撐裂縫。油井初次壓裂時，由于壓裂設(shè)計與地層情況符合率較低，造成壓裂過程中脫砂，未按設(shè)計完成加砂程序。形成的人工支撐裂縫

11、長度不夠，不足以控制油井的泄油面積，造成初次壓裂增產(chǎn)效果差。5、初次壓裂的裂縫已失效,在地應(yīng)力發(fā)生改變的情況下重復(fù)壓裂。壓裂后隨著生產(chǎn)時間的延長，在高溫、高壓及惡劣化學條件的作用下，以及破碎支撐劑微粒的運移，使得初次形成的人工裂縫的滲透率降低而失效。在地層孔隙壓力以及注水開發(fā)的影響下重復(fù)壓裂,裂縫方位發(fā)生偏轉(zhuǎn)或在層內(nèi)形成新裂縫,溝通新的低滲區(qū)而增產(chǎn)。（二）、重復(fù)壓裂選井選層原則及壓裂時機的確定1、重復(fù)壓裂選井選層原則 重復(fù)壓裂選井選層需具備兩個必要條件：第一，地層要有足夠的能量。對注水開發(fā)井要考慮其對應(yīng)注水井的壓力、注入水量及地層壓力，這資料是把握壓裂時機的關(guān)鍵；第二，重復(fù)壓裂井要控制一定的剩

12、余可采儲量。這兩個問題是重復(fù)壓裂選井選層的關(guān)鍵問題。其次是考慮第一次或上一次的壓裂施工參數(shù)、壓裂層開啟情況，它是確定壓裂施工參數(shù)、優(yōu)選壓裂方式的重要依據(jù)。2、重復(fù)壓裂的最佳時機目的層具備重復(fù)壓裂的條件，還存在重復(fù)壓裂時機的問題。重復(fù)壓裂時機過早，前次壓裂的潛能未完全發(fā)揮出來，影響經(jīng)濟效益。壓裂時機太晚，容易見水。重復(fù)壓裂最佳時機通常有兩個準則：第一，當?shù)谝淮螇毫咽Ш筮M行重復(fù)壓裂。第二，當?shù)貙訅毫ο禂?shù)達到一定值時進行重復(fù)壓裂。三、重復(fù)壓裂的主要做法（一）、在剩余油分布研究的基礎(chǔ)上加大規(guī)模延伸裂縫重復(fù)壓裂。重復(fù)壓裂井層控制的剩余油可采儲量是重復(fù)壓裂獲得增產(chǎn)效果的物質(zhì)基礎(chǔ)，礦場表現(xiàn)是壓裂井所在井組

13、注采井網(wǎng)完善，見效井增產(chǎn)明顯，不見效井控制的剩余油可采儲量豐富，但長期低含水、低液量生產(chǎn)，平面矛盾突出，需要加大規(guī)模重復(fù)壓裂溝通新的泄油區(qū)，提高導(dǎo)流能力。1、剩余油分布明確，注采井網(wǎng)完善，加大規(guī)模重復(fù)壓裂引效。衛(wèi)360-27井2002.11.12壓裂投產(chǎn)S三中5，井段3064.6-3099.0m，18.8m/9n，油套混注、合層壓裂，前置凍膠65m3，攜砂液73m3 ，破裂壓力49.6MPa，加砂壓力46.9MPa，施工排量4.34m3/min，加陶粒22m3，平均砂比30.1%，停泵壓力33.7MPa；壓后產(chǎn)液11.4t/d，產(chǎn)油11.2t/d，含水2%。2003.9.13壓裂S三中3-4，

14、井段3025.9-3051.0m，11.7m/3n，油套混注、合層壓裂，前置凍膠80m3，攜砂液79m3 ，破裂壓力46.9MPa，加砂壓力46.9MPa，施工排量3.8m3/min，加陶粒1+24m3，平均砂比30.4%，停泵壓力37.4MPa；壓后產(chǎn)液22.1t/d，產(chǎn)油21.4t/d，含水3%。2006.10.1解堵S三中3-5，井段3025.9-3099.0m，30.5m/12n，措施后產(chǎn)液11.7t/d，產(chǎn)油7.7t/d，含水34%。2009. 4.11壓裂S三中3-4，井段3025.9-3051.0m，11.7m/3n，單封分壓兩層,壓力高,排量提不起,未施工；2009. 4.16

15、變更設(shè)計,單封分壓兩層,酸化預(yù)處理,加酸10 m3,油套平衡,未施工；2009.4.18油管注入、投一壓二，前置凍膠55/62m3，攜砂液42/58m3 ，破裂壓力63/53MPa，加砂壓力50/51MPa，施工排量4.1m3/min，加陶粒10.8/14.1m3，平均砂比25.71%/24.31%，停泵壓力41.0MPa；壓后日產(chǎn)液12.3t/d，日產(chǎn)油9.1t/d，含水26%。目前該井日產(chǎn)液6.1t，日產(chǎn)油4.0t，含水34%，液面1434m。無水井對應(yīng)。方案優(yōu)化及施工: 1、重復(fù)壓裂井，裂縫方位不利，適當控制規(guī)模； 2、采用分段破膠和高效表面活性劑返排技術(shù)，盡可能減小地層傷害。 重復(fù)壓裂

16、增油效果 該井壓裂后日產(chǎn)液17.1m3，日產(chǎn)油11.8t，含水32%，日增油7.0t。該井重復(fù)壓裂美中不足是有效期太短,僅80天。（二）、初次壓裂時井網(wǎng)不完善，有新增注水方向后實施重復(fù)壓裂引效目的層初次壓裂時無注水井對應(yīng)，初次壓裂后單井控制的剩余油可采儲量未能充分發(fā)揮，在生產(chǎn)過程中新增注水方向后重復(fù)壓裂引效。（三）、初次壓裂時油層跨度大，部分潛力層未壓開，重復(fù)壓裂開啟未壓開低滲層。目的層初次壓裂時油層跨度大，通過結(jié)合地質(zhì)資料確定部分潛力層未壓開的，可以通過優(yōu)化壓裂方式后,重復(fù)壓裂開啟未壓開潛力層。（四）、優(yōu)化壓裂方式，重復(fù)壓裂低含水層。 2006-2008年重復(fù)壓裂井壓前含水與壓后水油比關(guān)系曲

17、線統(tǒng)計近幾年12口可對比重復(fù)壓裂井壓裂前含水與壓裂后水油比的關(guān)系顯示：重復(fù)壓裂前含水越高，重復(fù)壓裂后單位產(chǎn)油量所對應(yīng)的產(chǎn)水量即水油比越高，壓裂含水接近90%時水油比直線上升。就重復(fù)壓裂時間而言，在未見水或低含水條件下進行重復(fù)壓裂，更利于取得好的產(chǎn)量效果；從重復(fù)壓裂選層角度，同井內(nèi)的低含水層一般是低滲透層，選壓這類油層，有利于調(diào)整層間矛盾，改善產(chǎn)液剖面。1、井網(wǎng)完善，目的層多次重復(fù)壓裂，壓裂后增油效果明顯。衛(wèi)360-32井該井是衛(wèi)360塊的一口生產(chǎn)井，生產(chǎn)層位為三上1-4，27.3m/13n， 2003.4.28壓裂投產(chǎn)，S三中1，3047.1-3060.6m，油套混注，用液量85m3，破裂壓力

18、57.2MPa,排量3.8m3/min，加砂量9m3。2003.5.16補孔 層位：S三上2-4，2931.0-3017.5m。2003.8.9填砂、測壓、壓裂 層位：S三上2-4，2931.0-3017.5m，投一壓二，用液量154/92m3，破裂壓力44.2/44.9MPa,排量4.0m3/min，加砂量23/15m3。2009.3.17填砂、測壓、卡封壓裂，S三上4，2978.4-2998.4m，卡封合壓，用液量100m3，破裂壓力77.9MPa,排量3.5m3/min，加砂量1.2m3。酸化預(yù)處理，加酸10 m3，壓力高,排量達不到設(shè)計要求,壓力上升,少加砂18.4 m3。2009.7

19、.2補孔合采 層位：S三上1，2790.1-2810.3m。該井累計產(chǎn)油17510t；對應(yīng)水井衛(wèi)360-31 井距280m，累注86529m3，對應(yīng)壓裂層段分水量15200m3。方案優(yōu)化及施工: 1、該井常規(guī)壓裂施工壓力高，無法施工，設(shè)計采用水力噴射壓裂方式；2、通過測井曲線的分析，優(yōu)選15號層進行改造，噴槍位置為2994.5m；噴槍采用8×6mm噴嘴。3、采用分段破膠和高效表面活性劑返排技術(shù)，盡可能減小對地層的傷害。重復(fù)壓裂增油效果 該井壓裂后日產(chǎn)液34.8m3，日產(chǎn)油7.8t，含水77.8%，日增油4.0t。該井重復(fù)壓裂美中不足是壓裂后含水上升,有效期短,僅175天。四、項目實施

20、效果2010年采油三廠重復(fù)壓裂井有6口屬于這種情況，壓裂后增油有效井4口，工藝成功率100%，有效率66.7%，單井日增油3.0t。累計增產(chǎn)原油1200t。(一)、經(jīng)濟效益分析（新投井進局投資，分析老井壓裂效果）投入=62.26萬元/口×6口（開抽6口井壓裂勞務(wù)） =373.56萬元產(chǎn)出=1200噸×3700元/噸=444萬元創(chuàng)效=產(chǎn)出投入=444萬元373.56萬元=70.44萬元 階段投入產(chǎn)出比=投入：產(chǎn)出=373.56萬元：444萬元=1：1.18(二）、社會效益重復(fù)壓裂改造低滲透層，提高了該類油藏的動用程度，實現(xiàn)了認識地層，從而為老區(qū)油田的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)提供基礎(chǔ)，社會效

21、益十分顯著。五、認識及建議(一)、剩余儲量豐富是重復(fù)壓裂的物質(zhì)基礎(chǔ)。選井選層必須圍繞“含油豐富是基礎(chǔ)”這一基本點，通過剩余油分布研究，找到剩余油富集區(qū)后，結(jié)合初次壓裂中存在的問題，進行選井選層以及選擇適當重復(fù)壓裂時機，是重復(fù)壓裂取得較好增產(chǎn)效果的前提。 (二)、地層能量充足是重復(fù)壓裂的必要條件。選井選層必須立足于“能量充足”這一關(guān)鍵點，在井網(wǎng)完善的基礎(chǔ)上，實施有效注水工藝，保持地層能量。在無法確定重復(fù)壓裂時機的情況可以結(jié)合作業(yè)測靜壓，關(guān)注地層能量動態(tài)，為重復(fù)壓裂時機的確定提供參考。(三)、及時把握時機是重復(fù)壓裂的重要前提。為了確定重復(fù)壓裂的最優(yōu)時間，需要考慮剩余可采儲量規(guī)模、能量補充情況、裂縫轉(zhuǎn)向之前的長度和當時的孔隙壓力分布。根據(jù)采油三廠近三年來重復(fù)壓裂的經(jīng)驗，在確定重復(fù)壓裂的時機時應(yīng)考慮以下三點：一是注采井網(wǎng)不完善不宜過早實施重復(fù)壓裂