壓裂裂縫控制技術(shù)

1、壓裂裂縫控制技術(shù) 濮陽市多凱特油氣技術(shù)有限公司 壓裂裂縫控制技術(shù)目前在我國，壓裂作為油田開發(fā)、綜合治理、控水穩(wěn)油的一項重要組成部分，隨著現(xiàn)代壓裂技術(shù)的發(fā)展，單一的加大規(guī)模、投球限流等分壓和重復(fù)壓裂技術(shù)已不能滿足油田開發(fā)增產(chǎn)穩(wěn)油的發(fā)展。亟需引進先進裂縫控制技術(shù)提高壓裂效果。壓裂裂縫控制技術(shù)是我公司開發(fā)應(yīng)用的一項新型工藝技術(shù)。在長慶油田、延長油田、中原油田、克拉瑪依油田等國內(nèi)油田進行了現(xiàn)場應(yīng)用，取得了較好的壓裂效果。 一、技術(shù)原理壓裂裂縫控制技術(shù)是應(yīng)用新型化學(xué)裂縫控制劑使壓裂液在地層中發(fā)生轉(zhuǎn)向,在壓裂中可以暫堵壓裂層段中、高滲層或已壓開的加砂縫,實現(xiàn)分壓、選壓從而造出新縫或使壓裂砂在裂縫中均勻分布

2、,主要作用有：縱向剖面的新層啟動；重復(fù)壓裂的平面上的裂縫轉(zhuǎn)向；裂縫單向延伸的控制。此技術(shù)可廣泛應(yīng)用于新投壓裂、重復(fù)壓裂、細(xì)分層壓裂、套變井及落物井壓裂。近年來在裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù)、多裂縫壓裂、有效縫長控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。壓裂裂縫控制技術(shù)的實施方法是：在施工過程中實時地向地層中加入控制劑，該劑為粘彈性的固體小顆粒，遵循流體向阻力最小方向流動的原則，轉(zhuǎn)向劑顆粒進入井筒中、高滲透層的炮眼或地層中的裂縫，產(chǎn)生濾餅橋堵，可以形成高于裂縫破裂壓力的壓差值,使后續(xù)工作液不能向裂縫和高滲透帶進入，從而壓裂液進入高應(yīng)力區(qū)或新裂縫層，促使新縫的產(chǎn)生和支撐劑的鋪置變化。產(chǎn)生橋堵的轉(zhuǎn)向劑在施工完成后溶于地層水或壓裂

3、液，不對地層產(chǎn)生污染。針對不同儲層特性、不同封堵控制的作用，經(jīng)過擬合計算確定不同的有效用量。通過特殊工藝技術(shù),可實現(xiàn)支撐劑均勻分布在裂縫中、控制裂縫延伸有效長度、實現(xiàn)多裂縫的形成、實現(xiàn)重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向等充分挖掘剩余油富集區(qū)域、調(diào)整注采關(guān)系的改造工藝技術(shù)。 在一定的用量范圍內(nèi)(相對小劑量),可以使支撐劑均勻分布在裂縫中；在一定的用量范圍內(nèi)(相對中劑量),可以控制裂縫的有效縫長；在一定的用量范圍內(nèi)(相對大劑量),加砂中或二次加砂前,可形成多裂縫；在一定的用量范圍內(nèi)(相對大劑量),可以形成新的裂縫,在地應(yīng)力決定條件下,可以使裂縫方向發(fā)生變化。二、技術(shù)特點強度高：具有很高的承壓能力； 形成濾餅：在地層

4、可以形成濾餅，封堵率高，封堵效果好；可溶性好：在壓裂液中可以完全溶解，不造成新的傷害；有利于返排：內(nèi)含含F(xiàn)表面活性劑，有利于助排；方法操作簡單：投入方法簡單，不會給壓裂設(shè)備帶來新的負(fù)擔(dān)；時間可控：所需的壓力和封堵時間，可以通過應(yīng)用量劑大小、成分組成、顆粒大小控制。三、壓裂裂縫控制劑主要性能承受壓差：85MPa /M 溶解速度：壓裂液中溶解性（根據(jù)井溫可調(diào)）A、3A、40時,4小時微溶,5.5小時全溶B、80時,1小時微溶,1.5小時全溶,濾餅4.5小時全溶；C、100時,0.5小時微溶,1小時全溶，濾餅3小時m四、壓裂用高溫裂縫控制劑強度測試評價報告壓裂過程中經(jīng)常使用的裂縫控制劑在壓裂過程中起

5、著關(guān)鍵的作用，它關(guān)系著壓裂施工的成功和失敗，裂縫控制劑的強度是關(guān)鍵，本測試評價報告主要是通過測試其突破壓力來確定裂縫控制劑的強度，達到評價裂縫控制劑的目的。試驗采用“流動實驗儀”測定其突破壓力，來確定裂縫控制劑的強度的方法。電腦平流泵中間容器燒杯165.312g填砂段藥劑頂替液天平一級壓力傳感二級壓力傳感三級壓力傳感恒溫箱圖1：工藝流程圖1、試驗步驟及結(jié)果突破壓力試驗，是采用通過人造充填巖心的方法，使用巖心流動試驗儀來評價的。巖心使用壓裂砂充填而成。充填后的巖心基本參數(shù)見表1：表1 試驗巖心基本參數(shù)巖心編號巖心長度巖心直徑注水壓差平均水相滲透率（m2）015cm2.54cm0.128MPa2.

6、66025cm2.54cm0.135MPa2.21035cm2.54cm0.147MPa1.93045cm2.54cm0.153MPa1.63055cm1.6cm0.137MPa2.03065cm1.6cm0.177MPa1.12（1）、分散態(tài)突破壓力測試試驗分別測試了模擬壓實后為5cm、1cm、0.5cm、0.7cm厚度的突破壓力。樣品的使用量采用計算體積的方法使用排開體積來計量的，用溫度為80度壓裂液浸泡3-5分鐘后開始測試。試驗使用01、02、03、04號巖心分別測定5cm、1cm、0.5cm、0.7cm厚度的突破壓力。試驗結(jié)果見表2：表2 分散態(tài)突破壓力測試結(jié)果巖心編號01020304

7、藥品體積（cm3）35.347.073.535.39模擬厚度（cm）510.50.7突破壓力（MPa）44Mpa突破23Mpa突破無0.7備注開始注入階段有液體流出，流出50-60ml以后，完全封堵?；緵]有形成封堵，讀不出壓力。有絮狀物流出，沒有構(gòu)成封堵。從以上的實驗結(jié)果可以看出，模擬壓實后濾餅厚度1cm以上，其分散態(tài)藥劑可以通過二次交聯(lián)形成封堵濾餅，其突破壓力23Mpa。模擬壓實后濾餅厚度小于1cm，其分散態(tài)藥劑不能有效形成封堵濾餅，并隨著驅(qū)替不斷溶解而流出。（2）、預(yù)制膠結(jié)態(tài)突破壓力的測試從表2的實驗結(jié)果可以看出，分散態(tài)的藥劑由于其本身的顆粒性質(zhì)在小于1cm的情況下不能夠形成有效封堵，因

8、此我們采用溶解后風(fēng)干的方法，制成厚度為0.9cm和0.5cm厚度的藥餅，并分別使用05、06號巖心進行了突破壓力的測試，其結(jié)果見表3。 表3 突破壓力測試結(jié)果巖心編號厚度（cm）突破壓力（MPa）備 注050.923Mpa 突破已經(jīng)達到平流泵上限。060.512.3突破前只有少量的液體流出。從以上的實驗數(shù)據(jù)可以看出，該藥劑一旦形成濾餅后，突破壓力就很高，濾餅厚度達到或超過0.9cm就很難突破。2、室內(nèi)實驗結(jié)論（1）、裂縫控制劑在分散態(tài)情況下，其壓實厚度大于或等于1cm時23Mpa不能突破，壓實厚度小于0.7cm時不能形成有效封堵，沒有突破壓力，只是隨著液體流出。(2)、裂縫控制劑在膠結(jié)態(tài)情況下

9、，其厚度大于或等于0.9cm時23Mpa不能突破，厚度在0.5cm時其突破壓力為12.3Mpa,突破壓力梯度為大于2.175Mpamm(3)、 如濾餅厚度增加則突破壓力提高,本次最高突破壓力為44Mpa,如要獲得高突破壓力可以應(yīng)用增加濾餅長度的方法.五、與其它裂縫控制技術(shù)的區(qū)別我公司生產(chǎn)的裂縫控制劑是在高溫高壓下通過交聯(lián)反應(yīng)以及物理法的勢能活化得到的多元聚合物，是化學(xué)反應(yīng)與物理勢能相互催化的復(fù)合體。一次交聯(lián)是在生產(chǎn)時完成物化反應(yīng)，形成顆粒，在應(yīng)用時，顆粒隨液體進入炮眼和裂縫后，在壓力差下獲得勢能并聚，形成高強度的濾餅。從而即具備顆粒性的高強度，又具備了交聯(lián)型堵劑的高封堵率。該劑用量少，耐壓差大

10、，壓后完全溶解無污染的特點。炮眼球：(塑料球、尼龍球、橡膠球、鋼心橡膠球) 易脫落、封堵效果差；易嵌在炮眼處產(chǎn)生堵塞，而且不能夠自溶，解除困難；懸浮性堵劑：因為紊流作用和炮眼變形封堵率只能達到70，易污染目的層，承受壓差相對?。坏叵陆宦?lián)型堵劑，小劑量達不到所需壓力，劑量大會形成新的傷害不易解除，地下膠聯(lián)反應(yīng)不穩(wěn)定，達不到所需的強度；常規(guī)交聯(lián)的顆粒堵劑，自身強度大，但因膨脹后強度低、易碎，存在封堵率不好、耐壓差小壓裂液濾失問題。六、壓裂裂縫控制劑的現(xiàn)場應(yīng)用與效果壓裂過程中實時的加入裂縫延伸控制劑，通過破裂壓裂、裂縫延伸壓力的變化可實現(xiàn)啟動新層、改善支撐劑的有效分布等目的，拓展分層壓裂的應(yīng)用領(lǐng)域。

11、其適用范圍： A、可解決同層內(nèi)層間差異，實現(xiàn)選壓；縱向上啟動新層，改善油井產(chǎn)出剖面；B、平面上裂縫轉(zhuǎn)向，溝通新的泄油區(qū)；C、控制有效縫長，改善裂縫內(nèi)支撐劑的有效分布；D、可在同一井段實現(xiàn)多裂縫壓裂；E、在老井同層重復(fù)壓裂中堵老縫,造新縫；F、在隔層小、套變井、落物等無法實施分壓井上實現(xiàn)分層壓裂。 1.對裂縫方向的控制 我們在大慶油田十廠共施工5口井13個層，轉(zhuǎn)向壓裂結(jié)果是令人鼓舞的，從破裂壓力變化、產(chǎn)量變化并參考微地震測試，可以判斷有70的壓裂層觀測到壓裂轉(zhuǎn)向。（1）在大慶油田十廠，13個層中有11個層壓裂轉(zhuǎn)向，其中未發(fā)生轉(zhuǎn)向的層是轉(zhuǎn)向劑量劑未達到轉(zhuǎn)向要求，說明裂縫控制劑的加入時機及加入量、加

12、入方法起主要作用。（2）發(fā)生壓裂轉(zhuǎn)向，兩次壓裂的破裂壓力應(yīng)該有明顯的不同，第二次壓裂的破裂壓力應(yīng)顯著升高。（3）在同一因素控制下的裂縫轉(zhuǎn)向，也可能出現(xiàn)小角度轉(zhuǎn)向。此類轉(zhuǎn)向盡管偏離的方向小，但受到的轉(zhuǎn)回原來方向的約束力也小，可以出現(xiàn)較長的新縫。如朝75-105井的第二層，新裂縫始終保持著直線延伸。（4）如裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，新裂縫與原來的裂縫不是同一條縫，觀測到的裂縫高度也會有所差別。（5）裂縫二翼分別存在不同的轉(zhuǎn)向機制,如朝148-68井，東翼發(fā)生轉(zhuǎn)向，西翼壓出新縫。2、對支撐劑鋪置方向和對有效縫長的控制原理壓裂裂縫控制劑能夠促使支撐劑的鋪置方向發(fā)生改變。在一定井網(wǎng)條件下，有效抑制單翼裂縫的過度延伸

13、，實現(xiàn)支撐劑均勻分布在多裂縫中，完善整體單元內(nèi)的注采關(guān)系。只有支撐劑進入裂縫才真正形成有效裂縫。應(yīng)用壓裂裂縫控制劑可以有效抑制壓裂液在某一方向的延伸，形成縫端阻力差，可使支撐劑的鋪置終止在一定的縫長范圍內(nèi),大劑量的壓裂有效縫長控制劑，可以使支撐劑的鋪置方向發(fā)生變化，從而使支撐劑均勻分布在多裂縫中。如圖1是壓開裂縫；圖2是支撐劑進入，可以看處，因為縫端壓力和兩側(cè)射孔方向不同及地層非均質(zhì)性設(shè)使支撐劑鋪置不對稱，只是偏向一側(cè)。這不但影響壓裂效果，而且對以后的注水開發(fā)產(chǎn)生影響 民38-7井周圍4口油井（+38-7、+38-05、+36-7、+38-9）產(chǎn)液量較高，含水較高，平均達70%。而該井因為38

14、-5的注入水被加密井+38-7、+38-05、+36-7截流干擾,所以產(chǎn)液量、產(chǎn)油量、含水均較低，壓前日產(chǎn)液1.3t/d，日產(chǎn)油0.9t/d，含水只有30.8% 民38-7井12號小層上次壓裂時間是97年3月，至本次壓裂時隔5年7個月，壓裂周期較長，原裂縫已不適應(yīng)該井區(qū)地質(zhì)和井網(wǎng)條件下的生產(chǎn)要求。本次應(yīng)用控制技術(shù)使支撐劑相反方向延伸了30米.二次破裂壓力達到并稍高于一次破裂值，表明裂縫控制劑達到了改變兩側(cè)阻壓值的目的.井號小層號壓裂井段壓裂次數(shù)觀測縫長m有效縫長m西翼東翼西翼東翼38-712第一次15553.1103.335.4第二次119.996.779.964.5第一次壓裂人工裂縫方位為N

15、E152.6º，西翼有效縫長為103.3m，東翼有效縫長為35.4m。第二次壓裂人工裂縫方位為NE152.2º，西翼有效縫長為79.9m，東翼有效縫長為64.5m。壓后測試結(jié)果分析東翼有效縫長增長了為29.1m，相對應(yīng)注采關(guān)系得到有效改善。3、分層壓裂及多裂縫壓裂上的應(yīng)用二十世紀(jì)六十年代，孔眼封堵球與限流技術(shù)聯(lián)合被廣泛應(yīng)用，封堵球被用在壓裂過程中不同時間的注入提高井眼壓力。Webster限流技術(shù)是利用單層之間的應(yīng)力差，最低應(yīng)力層在某一注入壓力下首先被壓開，而該注入的壓力小于其他層的應(yīng)力，隨后注入一定數(shù)量的封堵球堵塞該層的孔眼使另一個低應(yīng)力層被壓開。然而封堵球易脫落、封堵效果

16、差；易嵌在炮眼處產(chǎn)生堵塞，因其不能夠自溶，解除困難，現(xiàn)已被裂縫控制劑所取代。對于兩個以上的射孔層段進行壓裂時，壓裂液先進入低地應(yīng)力層段。壓開這一層后，把控制劑加到前置液中，當(dāng)控制劑與孔眼接觸，即阻止了壓裂液進入，從而在孔眼內(nèi)造成壓差，使得濾餅嚴(yán)密封堵這一層的孔眼，再對第二層進行壓裂。如此重復(fù)，直到把所有層段處理完畢。壓后井底壓力下降，控制劑在孔眼內(nèi)完全溶解隨返排液帶出地面。所以利用該裂縫控制技術(shù)即使在同層也可產(chǎn)生新多縫的可能性。只要裂縫控制劑所產(chǎn)生的壓差大于剖面上最小主應(yīng)力差值,就可以在一定條件下產(chǎn)生縱向上多裂縫細(xì)分層壓裂的效果.4、典型井例效果分析2006年8月-9月，在蟠龍采油廠實施轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂10口井，累計增油4000多噸，取得了明顯的效果。通過前后施工參數(shù)對比，轉(zhuǎn)向壓裂井在施工排量與第一次壓裂相同情況下破壓平均上升10.7Mpa，其中蟠2011-3井，上升了14.0Mpa，說明堵老縫壓新縫的轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂的目的得到了實現(xiàn)。 部分井效果統(tǒng)計表井 號時 間 措施前日產(chǎn)措施后正常日產(chǎn)日 凈增 油t有效天數(shù)累計增油t液 量t油 量t液 量t油 量t蟠20161.00.34.51.81.5150225蟠20191.10.27.51.51.3180234蟠2013-10.490.4106.56.1105640.5蟠2011-30.40.3686.0