重復(fù)壓裂改造技術(shù)及開(kāi)發(fā)效果

1、重復(fù)壓裂改造技術(shù)及開(kāi)發(fā)效果一、項(xiàng)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(zhǎng)20-80米，層系多達(dá)6-7個(gè)；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(dá)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(kāi)發(fā)的不斷深入，補(bǔ)孔壓裂的選井難度越來(lái)越大，同時(shí)由于下列因素的影響，使得實(shí)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??；2、層間差異大，合層壓裂時(shí)部分井段未壓開(kāi)；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(shí)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(yùn)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(duì)動(dòng)用程度相對(duì)較小的高壓區(qū)域，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)重復(fù)壓裂，,造縫連通剩余油富集區(qū)域等。針對(duì)上述因素，在研究油藏剩余油分布，分析初次壓裂工藝過(guò)程，結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)靜態(tài)資料優(yōu)選重復(fù)壓裂井層、確定重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)，有針對(duì)性地開(kāi)展重復(fù)壓裂技術(shù)，提高油藏水驅(qū)動(dòng)用程度，實(shí)現(xiàn)老油田的高效開(kāi)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(guò)初次壓裂后對(duì)同一層段進(jìn)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(kāi)發(fā)過(guò)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(kāi)過(guò)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(guò)動(dòng)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(dòng)初次壓裂未啟動(dòng)物性較差層，或使裂縫偏轉(zhuǎn)溝通新的泄油區(qū)?；趯?duì)重復(fù)壓裂方式的不同理解，目前國(guó)內(nèi)外實(shí)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(dá)到增產(chǎn)目的。一是注采井網(wǎng)對(duì)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(shí)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(dòng)和油藏壓實(shí)。二是壓裂裂縫對(duì)地應(yīng)力場(chǎng)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(lái)最大水平地應(yīng)力變?yōu)樽钚?，這種局部地應(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(kāi)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(kāi)發(fā)過(guò)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_(kāi)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(zhǎng)的增產(chǎn)有效期，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)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(chǔ)量。此時(shí)實(shí)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(shí)現(xiàn)控水增油。（二）、重復(fù)壓裂增產(chǎn)機(jī)理分析 國(guó)內(nèi)外的重復(fù)壓裂研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明：重復(fù)壓裂增產(chǎn)機(jī)理主要有兩個(gè)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(dá)到增產(chǎn)目的。 1）、注采井網(wǎng)對(duì)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(kāi)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(jìn)而通過(guò)基質(zhì)的膨脹，對(duì)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(dòng)當(dāng)注水井周圍的孔隙壓力增加到足夠大時(shí)，作用在基質(zhì)上的有效應(yīng)力就會(huì)變小，以致于不能產(chǎn)生足夠大的磨擦力來(lái)平衡斷層面。這就會(huì)引起斷層的滑動(dòng)，引發(fā)地震，從而改變地應(yīng)力方向。油藏壓實(shí)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(huì)減少整體油藏體積，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致地層下沉和地應(yīng)力場(chǎng)變化。2）、壓裂裂縫對(duì)地應(yīng)力場(chǎng)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(lái)最大水平地應(yīng)力變?yōu)樽钚?，這種局部地應(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(kāi)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(duì)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(jì)12口井(衛(wèi)360塊的新投井)的加砂強(qiáng)度與壓裂后初期產(chǎn)量的關(guān)系顯示，隨著加砂強(qiáng)度的逐漸加大，壓后產(chǎn)量成逐漸上升趨勢(shì)。2001年衛(wèi)360塊新投12口井加砂強(qiáng)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(qiáng)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(guò)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(kāi)。統(tǒng)計(jì)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(kāi)層厚度309.2m，未壓開(kāi)層厚度293.2m，未壓開(kāi)油層厚度占?jí)毫褜雍穸鹊?8.7%，這部分油層未得到改造，具有較大的細(xì)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?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表時(shí)間新投合壓統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)口壓裂層平均跨度m壓裂層厚度m壓開(kāi)層厚度m未壓開(kāi)層厚度m未壓開(kāi)層占?jí)毫褜?2002年750.4153.196.15737.22003年2140.8374.1165.7208.455.72006年639.375.247.427.837.0合計(jì)34602.4309.2293.248.7平均41.348

10、.73、初次壓裂規(guī)模較大（加砂強(qiáng)度1.7m3/m，設(shè)計(jì)縫長(zhǎng)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(duì)比井10口（衛(wèi)360-67、衛(wèi)10-41砂堵），平均設(shè)計(jì)縫長(zhǎng)104m，平均加砂強(qiáng)度1.4m3/m(中陶加砂強(qiáng)度)，初次改造規(guī)模和縫長(zhǎng)均較大，生產(chǎn)過(guò)程中明顯的特點(diǎn)是產(chǎn)能快速下降、實(shí)施補(bǔ)孔等換層措施前含水基本保持不變，壓裂未能有效動(dòng)用裂縫及單井控制范圍內(nèi)的可采儲(chǔ)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(shí)，由于壓裂設(shè)計(jì)與地層情況符合率較低，造成壓裂過(guò)程中脫砂，未按設(shè)計(jì)完成加砂程序。形成的人工支撐裂縫

11、長(zhǎng)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(shí)間的延長(zhǎng)，在高溫、高壓及惡劣化學(xué)條件的作用下，以及破碎支撐劑微粒的運(yùn)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(kāi)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(shí)機(jī)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(gè)必要條件：第一，地層要有足夠的能量。對(duì)注水開(kāi)發(fā)井要考慮其對(duì)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(shí)機(jī)的關(guān)鍵；第二，重復(fù)壓裂井要控制一定的剩

12、余可采儲(chǔ)量。這兩個(gè)問(wèn)題是重復(fù)壓裂選井選層的關(guān)鍵問(wèn)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(kāi)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(shí)機(jī)目的層具備重復(fù)壓裂的條件，還存在重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)的問(wèn)題。重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)過(guò)早，前次壓裂的潛能未完全發(fā)揮出來(lái)，影響經(jīng)濟(jì)效益。壓裂時(shí)機(jī)太晚，容易見(jiàn)水。重復(fù)壓裂最佳時(shí)機(jī)通常有兩個(gè)準(zhǔn)則：第一，當(dāng)?shù)谝淮螇毫咽Ш筮M(jìn)行重復(fù)壓裂。第二，當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)達(dá)到一定值時(shí)進(jìn)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(chǔ)量是重復(fù)壓裂獲得增產(chǎn)效果的物質(zhì)基礎(chǔ)，礦場(chǎng)表現(xiàn)是壓裂井所在井組

13、注采井網(wǎng)完善，見(jiàn)效井增產(chǎn)明顯，不見(jiàn)效井控制的剩余油可采儲(chǔ)量豐富，但長(zhǎng)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(jì),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(wú)水井對(duì)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(dāng)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(shí)井網(wǎng)不完善，有新增注水方向后實(shí)施重復(fù)壓裂引效目的層初次壓裂時(shí)無(wú)注水井對(duì)應(yīng)，初次壓裂后單井控制的剩余油可采儲(chǔ)量未能充分發(fā)揮，在生產(chǎn)過(guò)程中新增注水方向后重復(fù)壓裂引效。（三）、初次壓裂時(shí)油層跨度大，部分潛力層未壓開(kāi)，重復(fù)壓裂開(kāi)啟未壓開(kāi)低滲層。目的層初次壓裂時(shí)油層跨度大，通過(guò)結(jié)合地質(zhì)資料確定部分潛力層未壓開(kāi)的，可以通過(guò)優(yōu)化壓裂方式后,重復(fù)壓裂開(kāi)啟未壓開(kāi)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(jì)近幾年12口可對(duì)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(duì)應(yīng)的產(chǎn)水量即水油比越高，壓裂含水接近90%時(shí)水油比直線上升。就重復(fù)壓裂時(shí)間而言，在未見(jiàn)水或低含水條件下進(jìn)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(bǔ)孔 層位：S三上2-4，2931.0-3017.5m。2003.8.9填砂、測(cè)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(cè)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(dá)不到設(shè)計(jì)要求,壓力上升,少加砂18.4 m3。2009.7

19、.2補(bǔ)孔合采 層位：S三上1，2790.1-2810.3m。該井累計(jì)產(chǎn)油17510t；對(duì)應(yīng)水井衛(wèi)360-31 井距280m，累注86529m3，對(duì)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(wú)法施工，設(shè)計(jì)采用水力噴射壓裂方式；2、通過(guò)測(cè)井曲線的分析，優(yōu)選15號(hào)層進(jìn)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(duì)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(xiàng)目實(shí)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(jì)增產(chǎn)原油1200t。(一)、經(jīng)濟(jì)效益分析（新投井進(jìn)局投資，分析老井壓裂效果）投入=62.26萬(wàn)元/口×6口（開(kāi)抽6口井壓裂勞務(wù)） =373.56萬(wàn)元產(chǎn)出=1200噸×3700元/噸=444萬(wàn)元?jiǎng)?chuàng)效=產(chǎn)出投入=444萬(wàn)元373.56萬(wàn)元=70.44萬(wàn)元 階段投入產(chǎn)出比=投入：產(chǎn)出=373.56萬(wàn)元：444萬(wàn)元=1：1.18(二）、社會(huì)效益重復(fù)壓裂改造低滲透層，提高了該類油藏的動(dòng)用程度，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)識(shí)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(huì)效

21、益十分顯著。五、認(rèn)識(shí)及建議(一)、剩余儲(chǔ)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(diǎn)，通過(guò)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(wèn)題，進(jìn)行選井選層以及選擇適當(dāng)重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)，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(diǎn)，在井網(wǎng)完善的基礎(chǔ)上，實(shí)施有效注水工藝，保持地層能量。在無(wú)法確定重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)的情況可以結(jié)合作業(yè)測(cè)靜壓，關(guān)注地層能量動(dòng)態(tài)，為重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)的確定提供參考。(三)、及時(shí)把握時(shí)機(jī)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(shí)間，需要考慮剩余可采儲(chǔ)量規(guī)模、能量補(bǔ)充情況、裂縫轉(zhuǎn)向之前的長(zhǎng)度和當(dāng)時(shí)的孔隙壓力分布。根據(jù)采油三廠近三年來(lái)重復(fù)壓裂的經(jīng)驗(yàn)，在確定重復(fù)壓裂的時(shí)機(jī)時(shí)應(yīng)考慮以下三點(diǎn)：一是注采井網(wǎng)不完善不宜過(guò)早實(shí)施重復(fù)壓裂