定向射孔多缝压裂工艺研究

定向射孔多缝压裂工艺研究

长清油田部分低渗透油藏储层的渗透性仅为0.3%10-3%2m。对于该类储层,一味追求长缝改造提高产量效果越来越不明显,且在现有技术条件下再大幅增加缝长会造成压裂改造成本的大幅上升,经济效益变差。在此背景下,迫切需要转换思路研究新技术来提高单井产量。为此提出多缝改造的思路,通过多裂缝来提高储层的横向动用程度,进一步扩大渗流面积,从而达到提高产量的目的。1缝网压裂工艺国内外与多缝相关的技术主要是暂堵转向压裂,该技术通过暂堵剂的封堵作用提高缝内净压力,迫使压裂裂缝转向或沟通天然裂缝。虽然该项技术研究时间较长,但并未成熟,形成多缝存在不确定性。近年来,国内一些专家提出了“缝网压裂”的概念,但仅属于探索性研究,并未形成成熟的技术。研究表明,射孔方位和最大主应力方向呈一定夹角条件下裂缝会转向,由此得到启发:利用定向射孔控制裂缝起裂方位,实现裂缝硬转向。进行逆向思维:在层内上下选择2个射孔段,通过定向射孔技术,使射孔方位与最大水平主应力方向呈一定夹角;压裂时,强制裂缝转向,形成横向分离、纵向重合相互独立的多条裂缝,如图1所示。将单缝压裂和多缝压裂裂缝示意图放在同一井网内对比,可直观地看出多缝压裂泄流区域面积明显大于单缝压裂。因此,确定的技术研究思路为:定向射孔诱导定向起裂,定向起裂迫使裂缝转向,裂缝转向联合分段压裂实现裂缝分离,从而形成独立多缝。2射孔方位、水平应力差通过理论研究,发现对转向影响较大的参数有射孔方位、水平应力差。模拟地层三向应力、水力压裂,对试件进行注入实验,研究不同射孔方位、水平应力差下裂缝起裂、转向规律。2.1模拟井、喷射孔参数的堤岸参数和加工井筒外径20mm,内径15mm,射孔排数3排,孔排间距25mm,相位角180°,射孔孔径2mm,孔深30mm。2.2模拟射孔孔眼试样采用水泥和石英砂浇铸而成,在浇铸过程中,根据需要,将外径20mm、内径15mm、长225mm的钢管置入试样中,作为模拟井筒。在模拟井筒上的3排小孔中插入不同规格的细纸卷,模拟射孔孔眼,且这些小孔也是压裂模拟实验时压裂液的出口。试件参数:孔隙度1.85%,渗透率0.5×10-3μm2,弹性模量1.5×104MPa,泊松比0.23,单轴抗压强度48.5MPa。2.3向主应力的大小及其分布水力压裂模拟实验要求模拟地层条件,其中主要因素之一是地应力大小和分布。通常地层三向主应力互不相等,且不同层位水平地应力的大小也不同。对于水力压裂,三向主应力的相对大小决定着裂缝扩展的方向,而最小水平地应力的大小与分布影响裂缝的几何形态。在模拟实验中采用真三轴加载方式能更好地反映地层的实际应力状况。2.4应力差对转向半径的影响程度确定加合物型设计,其符合以下一般规律(1)当射孔方位与最大主应力方向呈一定夹角时,裂缝先沿射孔孔眼方向起裂,后转向最大主应力方向(见图2)。(2)射孔方位与最大主应力方向夹角越大,转向半径越大;随应力差增加,转向半径减小(见图3)。(3)对转向半径的影响程度,射孔方位要大于水平两向应力差。为直观分析射孔方位和应力差对转向半径的影响,同时将射孔方位和应力差作为自变量,转向半径作为函数值,进行曲面拟合(图4)。拟合曲面与实验曲面的吻合度较高,说明通过拟合得到的函数关系式精度可靠。式中,R为转向半径,cm;Dσ为水平应力差,MPa;θ为射孔方位,°。分析拟合公式发现,应力差增加,转向半径减小;射孔方位增加,转向半径增加。忽略方程中的平方项,对比应力差和射孔方位的系数发现,射孔方位对转向半径的影响要大一些。3向可控性强的罪犯主要有通过物模试验研究能清楚地观测到定向射孔可使裂缝发生转向,且可控性强。要充分利用这一发现来实现多缝改造,还需对工艺设计进行优化研究。根据技术的研究思路,设计了工艺程序、方法(图5),关键环节为定向射孔和分段压裂。3.1射孔孔密优化长庆油田射孔方位是随机的,可用陀螺仪测量井下射孔枪方位来实现定向射孔。(1)射孔弹型优化。物模实验中发现,射孔方位与最大主应力方向夹角越大破压越高。为降低破压,尽量增加射孔深度,优选目前穿透深度较大的小1米弹。(2)射孔孔密优化。采用了射孔弹允许的最大孔密16孔/m。(3)布孔方式。要利用同一层内2个射孔段射孔方向的变化实现2条裂缝的转向,需要180°相位的排状布孔方式。3.2分段压裂，ub-fractur，长庆油田分压工艺比较成熟,动管柱、不动管柱分压都可以实现分段压裂。根据试验特殊性,优选采用封隔器分离方式进行动管柱分段压裂。4现场试验字段的测试4.1缝跟踪器本次试验采用了3种方法来分析压裂形成的两条裂缝是窜通还是相互独立。4.1.1压裂裂缝连通压裂孔段时通过监测射孔段位置压力变化情况,判断是否有压力传导至此,并识别其来源,根据压力来源可判别两次压裂裂缝是否连通。压裂射孔段2(下段)时,若裂缝延伸到射孔段1(上段),则上压力计将显示压力急剧上升;若未压串,上压力计压力无变化。压裂射孔段1时,若裂缝与射孔段2裂缝沟通,则下压力计将显示压力急剧上升;否则,下压力计显示无变化(见图6)。4.1.2裂缝纵向重叠图7是A井两次压裂作业净压力拟合对比。两次压裂裂缝延伸压力不同,说明裂缝处于两个独立系统,没有串通。净压力拟合结果:下段缝高2090~2122m、上段缝高2084~2127m,说明上、下段压裂所形成的裂缝纵向重叠。裂缝纵向重叠且没有串通,证明层内形成了独立多缝。4.1.3微地震监测该井两次压裂形成的裂缝方位明显不同,且裂缝方位与射孔方位相近。分析结果:独立多缝。4.2初步评价试验在理论研究、物模实验、工艺设计认识的基础上,现场进行了2口井的压裂试验,从增产效果这个角度对技术进行初步评价(见表2)。2口试验井和邻井初期产量对比结果表明,多缝压裂试验井日均增油0.91t。5应力差对于应力压裂技术的影响(1)根据定向射孔多缝压裂工艺设计了物模实验装置和试验方案,开展了射孔夹角、水平应力差等参数对裂缝转向影响的研究。裂缝转向半径随着射孔方位增加而增加;裂缝转向半径随着水平应力差增加而减小;对转向半径的影响程度,射孔方位大于水平应力差;射孔方位与最大主应力方向夹角越大,破裂压力越大;随应力差增加,破裂压力增加。(2)多缝压裂技术可以在层内形成多缝,达到了