转向压裂配套关键技术研究

中原油田采油一厂 陆诗文 杨洪亮 喻景华 史江红 于亚婧

转向压裂配套关键技术研究

中原油田采油一厂 陆诗文 杨洪亮 喻景华 史江红 于亚婧

在低渗透油藏的油田，油井几乎都采用压裂投产的方式。本文，笔者研究了转向压裂技术的原理及特点，分析了转向压裂裂缝转向的机理，介绍了转向剂的性能及优选、压裂液配制、转向压裂井层优选原则及压裂工艺优化设计等转向压裂配套关键技术。

一、裂缝转向机理分析

根据岩石力学、水力压裂力学理论，裂缝的启裂和延伸与地应力密切相关，无论裂缝在何处启裂，它总是沿着最大主应力方向延伸，是由储层压力、构造压力变化等多种因素综合引起的地应力场变化的结果。

初次压裂和压裂后生产将导致由井筒和压裂裂缝组成的一个椭圆形区域内孔隙压力的重新分布，产生诱导应力区。一般情况下，最大诱导应力等于裂缝闭合后作用在支撑剂上的净压力，它垂直于裂缝，最小诱导应力平行于裂缝。也就是说，由于裂缝附近的诱导应力区形状被拉伸，最大和最小水平主应力有时就发生反转，即最大变为最小，最小变为最大。受这种诱导应力的影响和控制，重复压裂时裂缝启裂的方向就会垂直于初次压裂裂缝的方向延伸，一直到达椭圆形应力反转区的边界。在椭圆形边界上，两个水平应力相等。在应力反转椭圆区之外，重复压裂裂缝方向将发生转向，最后平行于初次压裂裂缝方向延伸（图1）。

二、转向剂性能及优选

在地面高温高压下通过交联反应以及物理法的势能活化得到的颗粒型转向剂，是化学反应与物理势能相互催化的复合体。在应用时，颗粒随液体进入裂缝后，在压力差下获得势能后继续反应交联，形成高强度的滤饼，从而既具备颗粒性的高强度，又具备了交联型堵剂良好的封堵率。因此转向剂应具备强度高、水溶性好、适合目前的设备条件、满足投球器一次投15kg要求、用量少和费用低等特点。

三、配套压裂液

压裂液在水力压裂过程中起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。进行转向重复压裂的井，由于地层能量及油气饱和度的降低，因此对转向压裂的工艺要求更高。压裂液不仅要满足高砂比工艺条件，还要尽可能地降低对地层的伤害及降低压裂液的摩阻。因此，压裂液应具有以下特性。

1.与地层岩石和地下流体具有良好的配伍性。

2.良好的热稳定性和抗剪切稳定性。

3.具有较好携砂性，同时具有低滤失、快速破胶、低残渣、易返排等特点，可以保证转向压裂工艺的成功实施。

四、转向压裂井层优选

结合国内外的理论研究与实践，为了获得好的转向压裂效果，应考虑下述原则。

1.油井必须具有足够的剩余储量和地层能量，这是取得转向压裂效果的基本条件。

2.需压裂改造储层受注水控制，需压裂引效，但老裂缝方位与注采连通方向交角比较小，常规重复压裂可能造成水窜，需要改变人工裂缝方位的井层。

3.优先选择前次压裂由于施工原因造成施工失败（如早期脱砂）井，前次改造规模不够、对裂缝支撑不够及改造后支撑剂破碎的井。

4.选井要注意井况，应选择套管状况及强度具备条件，最好距边底水、气顶有一定距离，有较好遮挡层的井层。

五、转向压裂工艺设计

裂缝扩展延伸规律受地应力大小和分布、岩石力学性质、地层流体特性等各种因素的综合影响，其中施工压力、排量、规模、携带液流变性等可控制因素是控制裂缝高度压裂数值模拟和压裂设计的重点。转向剂的泵入时间、合理用量及其形成的应力差是控制裂缝高度和压裂设计的核心。因此，控制裂缝高度压裂工艺设计应遵循如下的方法和步骤。

1.根据垂向应力剖面的分布大小，利用全三维软件进行压裂动态模拟，确定裂缝缝高的延伸情况，并模拟不同应力差时裂缝缝高扩展情况，确定最佳的应力差。

2.根据压裂模拟及射孔方案，确定采用转向剂的类型和最佳用量。

3.确定加入转向剂最佳排量，优化泵注参数，从而确定最佳施工方案。

4.结合三维裂缝扩展延伸规律，模拟支撑剂的运移和分布规律，进行产量预测及经济评价，实现净现值最大化。