（油气田开发工程专业论文）微裂缝发育储层压裂技术研究.pdf

t h er e s e a r c ho ft h ef r a c t u r i n gt e c h n o l o g yf o r t i n y f i s s u r e sg r o w t hr e s e r v o i r s w a n g w e i g i l 砷d i ia n dg a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yv i c e - f r o f e s s o rc h e nd e - c h u m a b s t r a c t t h ef r a c t u r i n gs u c c e s s - r a t i ow a sl o w e rb e c a u s eo ft h et i n yf i s s u r e si nw e n l i na n d p u c h e n gl o wp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r s b a s e do nt h er e s e a r c hs t a t u so ff r a c t u r m gt e c h n o l o g y f o rt h et i n yf i s s m e sr e s e r v o i r , t h ec a u s e so f t h el o w e rf r a c t u r i n gs u c c e s s - r a t i ow e 托a n a l y s e d a c c o r d i n g l y ，as e r i e so f w o r k sw e t ca c c o m p l i s h e di n c l u d et h eg e o l o g yc h a r a c t e r i s t i c ss t u d y o ft h et i n yf i s s u r e sg r o w t hr e s m _ v o i r , t h em a t e r i a ls e l e c t i o no fd e s c e n d i n gt of i l t e rl o s s , t h e c o n t e n to ft h ef r a c i n gl i 叫d ，t h et e c h n o l o g yo fo p t i m i z a t i o nd e s i g n , t h ef i l t c t u r i n g c f i a g n o s i sa n dr e t u r np r o d u c t i o nt e c h n i q u e ，a n ds oo i la ts a i n ct i m e ，t h eo i l f i e l da p p l i c a t i o n s w e r ei m p l e m e n t e di n2 0w e l l sa n dt h ef r a c 姐- m gs u c c e s s - r a t i ow a s1 0 0 t h eo i l - i n c r e a s e e f f e c tw a sb e t t e rw h i c ht h eo i l - i n c r e a s ep r o d u c t i o nw a s1 7 1 5 2 ) t h er e s e a r c hh a sm 缸币叭觚tr o l e t oi n c r e a s et h e f r a c t u r i n gs u c c e s s r a t i oa n de f f i c i e n c yo f t h e 丘瓤血l r i n gi nt i i 黟f i s s u r e sg r o w t h f l 嚣e r v o i t s k e yw o r d s ：t i n yf i s s t u e s , r e s e r v o i r , f r a c t u r i n gt e c h n o l o g y tr e s e a r c h 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借回和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文 保密学位论文在解密后的使用授权同上 学位论文作者签 指导教师签名： 2 , e lf ) 7 日 ，尹r | r e t 串互石油大学( 华东) 瑗士学位论文 第一章前言 1 1 问题的提出 中原油田渗透率低，稳产难度大，水力压裂已成为中原油田油气勘探开发中必不 可少的一种有效手段。但由于中原油田断块多，储层岩石坚硬致密而较脆，一些区块 储层中总是伴随有多种状态、型式的天然微裂缝系统，使其具有较强的非均质性和各 向异性，对实施水力压裂都起到严重的制约作用，使压裂设计、现场实施、效果预测 与评估都更为复杂。微裂缝发育储层压裂中遇到的主要问题是：人工裂缝在延伸中会 遇到天然微裂缝系统，形成多条裂缝，大量的液体滤失到微裂缝中。使裂缝宽度变 窄。如果采用常规压裂技术常常会出现早期脱砂，不能按设计完成加砂任务，达不 到设计的支撑缝长，也就达不到预期的增产目的，甚至还会出现卡管柱造成大修等事 故。中原油田文1 3 块、文9 0 块、文2 1 3 块、濮8 5 块等是典型的微裂缝发育区块，在 这些区块的水力压裂施工中，砂堵现象时有发生，加不完砂的井就更多了。表1 1 是中 原油田典型的微裂缝发育区块2 0 0 1 年以来砂堵井统计资料。 表1 - i 微裂缝发育储层压裂砂堵井统计资料 区块名 井号 文气1 3 - 2 、文1 3 1 1 8 、文1 3 2 9 6 、文1 3 3 3 2 、文1 3 - 3 6 4 、文1 3 文1 3 块( 1 l 口井) 3 6 9 、文1 3 - 3 7 7 、文1 3 - 6 0 8 、文1 3 - 4 2 4 、文1 3 1 1 8 、文1 3 - 4 2 5 文9 0 块( 4 口井5 井次)文9 0 - 4 3 、文9 0 - 4 4 两次、文9 0 4 7 、文9 0 - 2 1 文2 1 3 块( 11 ：3 井2 井次) 文2 1 3 8 两次、文2 1 3 - 2 0 浪8 5 块( 4 口井) 濮8 5 - 6 、濮8 5 1 3 ，浪8 s 1 7 ，浪8 5 - 2 0 、浪b 5 - 4 由以上统计资料可看出，裂缝发育储层水力压裂过程中，砂堵机率较大，施工成 功率8 0 左右，明显低于常规压裂井。 微裂缝发育储层压裂的难点在于： ( 1 ) 储层介质的非均质性强 微裂缝发育储层介质的强非均质性，主要表现在储层介质中天然裂缝的分布情况 非常复杂，随空间位置不同而任意分布，至今尚不能很好提供其分布规律。 ( 2 ) 压裂裂缝的起裂延伸复杂 第一章前言 天然微裂缝的存在，使得就地应力场更为复杂。研究表明此类储层压裂易出现如 图1 - 1 所示的多裂缝，尚无规律可循，这就为室内模拟水力裂缝的形态和延伸动态带来 了较大困难。 ，严龋溢 村jn 。翻j 锈瑶 圈1 1 压裂中多裂缝发育 f i 9 1 1f i s s u r e df r a e t u r e i a g 微裂缝发育储层介质中固有的天然裂缝和在外力作用下可张开的潜在裂缝的存 在，使得在压裂施工中液体的滤失系数呈两特点：一是滤失系数是动态变化的：二是 滤失系数比相同条件下的均质介质大得多这是此类储层压裂砂堵率高的一个重要原 因 1 2 国内外关于微裂缝发育储层水力压裂简况 在提高微裂缝发育储层施工成功率方面，国内外普遍在采取降滤措施的同时，还 采用加大稠化剂用量来提高压裂液粘度，增加前置液用量以提高压裂液的造缝效率， 实现裂缝深穿透，保证施工成功。吉林油田大情字区块储层微裂缝发育，廊坊压裂酸 化中心根据该区块微裂缝特点，对压裂设计进行了优化，提高了该区块的施工成功 率他们采取的措施有：( 1 ) 采用粉砂降滤( 2 ) 增大前置液比例和尽可能提高施工捧 量；为了提高砂液比、砂量和保证施工的顺利进行，采用全三维压裂软件进行裂缝模 拟，考虑到裂缝延伸中可能形成多条裂缝，前置液百分数为5 0 6 0 ( 3 ) 采用高粘 压裂液体系，保证施工期间，能把全悬浮的高浓度支撑剂轻易泵入，并产生足够的缝 宽，以避免支撑剂沉降在套管或缝内而发生砂堵。他们要求压裂液在地层温度，1 7 0 s o 剪切速率下，9 0 r a i n 后粘度保持在3 0 0 m p a s 以上。现场施工4 口井，取得明显的压裂 效果，见表1 2 2 中胃石油大学( 华东) 硬士学位论文 表l - 2 吉林油田大情字区块4 口井压裂效果统计 井号 返排率( )日产液( m 日产油( m 日产水( m 黑5 88 4 73 7 43 7 4o 黑6 7 l l l 938 9 情3 - 9 9 03 6o3 6 情1 6 - 2 2 42 0 4 平均 9 1 6 2 7 3 1 5 11 2 2 河南油田安棚地区属特低孔特低渗储层，核三下段平均孔隙度4 5 3 ，平均渗透 率1 0 9 x 1 0 - 3 t u n 2 ，该区微裂缝发育。河南油田勘探部与廊坊压裂酸化中心合作，研制出 了一套适合本区储层特征的压裂液体系和压裂工艺技术，经现场实施也取得了十分显 著的增产效果，使该区勘探取得了重大突破，发现和探明了近千万吨级储量的油田， 并为该区下步建成1 0 x 1 0 4 t 产能的油气田提供了技术支撑 2 0 0 0 年6 月至2 0 0 1 年4 月，先后进行了1 2 井次的单井压裂方案设计，并进行了 现场实旌，燕工总体上取碍成功。统计的5 口劳的现场施工平均单井用液量1 5 8 0 m 3 ， 平均摊量4 0 m 3 m i n ，平均加砂量2 2 8 m 3 ，平均砂液比2 8 ，o ，压后效果见表i 3 。 表1 - 3 河南油田安棚地区5 口井压裂效果统计 压裂前压裂后 井号生产日产油日产气日产水 生产 日产油日产气 日产 方式 ( m 3 )甜) 方式 ( m ，) 水( m ，) s m m b 2 5 2抽汲 4 6 3少量 o 1 49 9 41 5 7 0 h 0o 自喷 8 m m b 2 5 3铡试05 2 43 7 53 9 64 8 1 2 31 0 5 自喷 b 9 7抽汲o 9 2微量0抽汲2 3 o少量0 4 5 b 2 4 6抽汲 1 2 8微量o抽喷1 7 0 1 5 5 32 6 7 8 m a n a 2 9抽汲0 6oo3 4 o 8 0 0o 自喷 安棚地区探井压裂后效果比较明显，有效率达7 7 8 ，其中有5 口探井7 个井次压 后获较高产工业油气流，已累计增油l l l 0 0 t ，取得了较好经济效益。安棚地区南部中 浅层系安2 9 、泌9 7 井两口老井复查重新试油，经压裂改造获较高产工业油气流，发现 了新油层，扩大了含油面积；泌2 5 2 并压后获高产工业油气流，使安棚深层系勘探取 得重大突破；泌2 5 3 井压后在大仓房组获高产工业油气流，发现了一套新的含油气层 系；安棚地区目前已初步拿到1 0 0 0 x 1 0 4 t 新增探明储量，取得了良好勘探效果。 3 第一章前言 由以上可知，尽管取得了较好的增产效果，但为了能保证施工成功，他们在采取 降滤措施的同时，还采用提高聚合物浓度来增加压裂液粘度，并且尽量增加前置液用 量，使压裂液的初始粘度高达5 0 0 m p a s 以上，这样的压裂液摩阻高，不便于提高施工 排量、压裂液返排困难、破胶后大量的残渣将滞留于地层和裂缝中，对其造成二次污 染 1 3 裂缝几何形态研究进展 大量室内研究和现场施工表明，节理、断层、层面、天然缝等地质上的不连续对 水力压裂的实旄过程所形成水力缝的几何形态有着显著影响，主要表现在控制裂缝 的起裂位置及延伸方向；阻止裂缝垂向延伸：在近井和远井带形成多裂缝或裂缝分 支；在篪工中增大液体滤失，使裂缝变短；旌工中由于裂缝扭曲、转向、形成多裂 缝、裂缝转移等使近井筒摩阻增加，进而使施工压力增加，缝内净压降低，以致影响 支撑荆携带和铺置，造成压裂早期砂堵。 关于节理、断层、层面、天然缝等地质上的不连续对水力压裂的实施过程、所形 成水力缝的几何形态影响的研究由来以久，l a m o n t g 在1 9 6 3 年就进行了天然缝对裂缝 延伸影响的研究【l l ，t e u f e l 在1 9 7 9 年研究了层面对裂缝延伸的影响【2 1 ，在随后的几年 中，b l a n t o n 、w a r p i n s k i 、z i m m e r m 越和t c u f e l 等人1 3 先后就地应力、节理、断层、地层 特性等因素对水力压裂和裂缝几何形态的影响进行了相应的研究，b l a n t o n 的研究结果 4 1 表明，当水力缝遇到天然微裂缝时，存在三种情形：( 1 ) 水力缝穿过天然缝继续延伸： ( 2 ) 水力缝沿天然缝延伸一段长度后在天然缝面上重新造缝；( 3 ) 天然缝被压开水力缝 沿天然缝延伸。而相应的地应力变化对水力缝的延伸为当水平地应力差小于1 4 m p a 时，如果最大主应力方向与天然缝之间的渐近角小于3 0 。，则水力缝将沿着天然缝延伸 ( 图1 2 情形1 ) ；当地应力差小于3 5 m p a 时，水力缝将沿着所有角度渐近角的天然缝延 伸。当渐近角为9 0 。时，出现上述情形2 ( 图1 - 2 ) ；地应力差越小，水力缝越容易沿天然 缝延伸，越容易出现多裂缝、多裂缝分支和高旅工压力等情况t e u f e l 、c l a l l 【j 阳 a n d f r s o n 等人研究了层面对裂缝几何形态的影响，结果表明，裂缝在遇到层面后几乎 停止延伸，只穿透了2 5 0 m 5 0 c m ，注入的支撑剂大部分都沿着层面铺置。此时上覆 层面地应力比下层高0 7 m p a 1 4 m p a ，说明在摩擦力和地应力差的共同作用下，可以 很好控制裂缝延伸。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 w a r p i n s k i 和t e u f e l 从1 9 8 1 到1 9 8 7 年通j 由v i i n e b a c k 实验研究了各种地质不连续如节 理、断层和天然缝等因素对水力压裂的影响，通过他们的研究发现，当天然缝、节 理、层面等各种地质不连续情况同时存在时，水力裂缝的延伸非常复杂( 图1 - 3 、图1 4 ) ，从挖出来的岩石变化情况可以看出，在天然缝发育区，由于天然缝被压裂液充 填，单一裂缝很难见到，大多数都是同时出现几条主控缝及其分支在岩性发生变化 处和与节理相连处也出现了相似的裂缝分支和裂缝扭曲。 + ， ! 情形l ， ：，气然缝 -，7 图1 - 2 天然缝地层水力裂缝延伸情况 f i g l - 2r e s e r v o i rf r a c t u r i n ge x t e n s i o no f n a t u r a lf r a c t u r e 图1 - 3 存在天然缝、节理和层面等因素时复杂裂缝形态 r 唱1 - 3c o m p l e xf r a c t u r em o r p h o l o g yo fn a t u r a lf r a c t u r e 、j o i n ta n d b e d d e dp l a n e 图l 一5 可以称为是节理发育段水力裂缝发育延伸的典型代表，从图中可以看出当裂 缝与节理相交时即产生2 3 个分支缝，其中有一些分支缝在延伸不远处就消失，而其 。伞jqj 箩呵， 第一章前言 它缝能延伸到很远处。值得指出的是，在这项实验中，渐近角范围是3 0 0 9 0 0 ，最小主 应力为0 6 9 m p a ，水平应力差为2 m p a 2 8 m p a 。 实验研究表明，由于断层区的应力变化，断层对裂缝几何形态影响较为严重，多 数情况下水力裂缝在遇到断层后就停止延伸，即使穿过断层，也不会延伸很远。实际 挖掘实验也验证了这一点，在应力差为2 8 m p a 的条件下在断层区进行压裂实验，设计 缝长为2 3 m ，而实际延伸缝长仅为i m ，且只在断层内发现少量的压裂液和支撑剂垆j 主 图1 - 4 水力缝在天然缝和节理处出现分支 v t g l - 4b n n c ho f h y d r o p o w e rf r a c t u r eb e t w e e nn a t u r a lf r a c t u r ea n dj o i n t 裂垃延伸方向 6 - a z t l 6 图1 - 5 水力裂缝在节理地层几何形杏 f l g l - 5 b e d g e o m e t r y o f h y d r o p o w e r f r a c t u r e 在前人所进行的关于水力裂缝能否穿过天然缝继续向前延伸研究的基础上，进行 了一系列的室内实验来研究不同渐近角和地应力差下天然缝( 节理) 对水力裂缝的影响。 实验参数和结果见表1 4 和图1 6 和图1 7 旧。图1 6 所示的实验样品为2 0 3 x 1 5 2 4 x 1 5 2 4 c m 的c o c o n i n o 砂岩，可以三轴加压。实验中其垂向压力一直保持在1 7 2 4 m p a ，最小水平 应力为3 4 5 m p a ，水平应力差在6 9 m p a 1 3 8 m p a 范围内变化，岩心样品在实验前人工 6 中盈石油大学( 华东) 硕士学位论文 加工出一条节理( 裂缝) ，使其渐近角分别为3 0 0 、6 0 0 和9 0 0 ，并在每块样品中心加工一 个直径0 6 9 c m 的井眼，上部下入直径为0 6 4 c m 钢管封隔器，下部为直径为0 6 4 c m ，长 为8 9 c m 的实心钢柱，上下两段用环氧树脂固结，只在中部留下2 5 4 c m 的裸眼段，以保 证裂缝从中心部位起裂。在不同实验条件下产生三种实验结果：裂缝穿过节理； 由于液体沿张开或胀开的节理流动使得裂缝停止延伸；由于节理剪切滑移，没有液 体沿节理流动，从而阻止裂缝延伸。从图l - 7 可以看出，裂缝几何形态为水平应力差和 渐近角的函数，只有在高应力差或渐近角大于等于6 0 0 时水力缝才能穿过节理；在应力 差较低、渐近角较小时，由于缝内流体压力较高。从而使得节理张开、液体转而沿着 节理面流动，因此水力缝不可能穿过节理；当地应力差较大、渐近角为3 0 0 ，水力缝的 延伸由于节理面上的剪切滑移而停止这些结果与b l a n t o n ) 听进行的大样品水力压裂实 验结果一致。 表1 - 4 实验参数及结果 渐近角b最大水平应力最小水平应力 应力差 实验 ( o ) ( m p a )( m p a )( m p a ) 结果 3 073 53 5 节理胀开 3 0 l o 53 5 7 节理胀开 3 01 43 51 0 5 剪切滑移 6 073 53 5 节理胀开 6 0 l o 53 5 7 节理胀开 6 01 43 。5lo 5 穿过节理 9 073 ，5，5 节理胀开 9 0 1 0 53 5 7 穿过节理 9 0 1 43 51 0 5 穿过节理 如m 。震 l 金孟卜、 、 口mi n 一 掏节理 图l - 6 实验示意图 f 喀l 一6 c o n v e n t i e n a l d i a g r a m o f t h e e x p e r i m e n t 7 第一章前言 置 钢1 0 0 0 r 倒 卧 * o 01 0 2 0 3 04 05 06 0t 0b o9 0 新近角b 【) 圈1 7 水平应力差与渐近角对水力缝影响实验结果 。 e i g l - 7r e s u l t so f h y d r o p o w e r f r a c t u r ee x p e r i m e n t 2 0 0 0 年，b e u g e l s d i j k 和p a t e r 等人对最新进行的天然缝对水力压裂裂缝影响的实验 研究进行了详尽的描述。他们选取不同地应力差、液体粘度、排量等参数进行实验， 研究不同参数变化对水力压裂裂缝几何形态的影响。 实验模型由p o r t l a n d 水泥制作，水泥和水的比例为4 0 ：1 0 0 ，模型制成2 天后放入温 度为2 0 0 ( 2 的烤箱1 4 天进行脱水，形成收缩缝，用来模拟地层的天然缝。加热后将其加 工成0 3 m 见方的实验模型，并在其上钻井眼实验进行后，将模型进行切片，利用高 压灯观察天然缝和水力裂缝的几何形态。图上所示的白色缝为新形成的水力裂缝，虚 线为水力缝与天然缝相交部分，黑色为天然缝，图1 8 为进行处理后的标准图片【刀。 图1 - 8 实验模型 f 蜒l - 8e x p e r i m e n t a lm o d e l 8 中目石油大学( 华东) 硕士学位论文 在进行一系列各项参数变化敏感性实验之前，首先进行基础实验 g l ，求得该实验条 件下的结果，实验参数分别为：g = 8 3 x 1 0 g m 3 s ，c = 1 0 0 m p & s ，o x = 8 m p a ，a y = 1 0 m p a ，o z = 2 0 m p a ，f 1 0 0 p a s ，船f 町2 5 ( g h = a z o x a y ) 图l - 9 为基础实验结 果，从图中可以看出，基本形成了一条主控人工裂缝，人工缝只部分与天然缝接触， 天然缝影响不大。 图1 9 基础实验结果 m g l - 9 t h er e s u l t s o f b a s l e e x ：p e r i m e n t 其它参数不变，增大地应力差，在毛分别为l 和2 5 时进行水力压裂模拟实验，图 1 1 0 为实验结果。从图上可以看出，毛为l 和2 5 时的差鄹不大，都形成了一条明显的 主控裂缝，且水力裂缝穿过天然缝，几乎不受其影响 图1 1 0 改变地应力差后实验结果 f 龟1 - 1 0t h ee x p e r i m e n tr e s u l t so f a l t e r a t i o nf o r m a t i o np n m u r e 9 第一章前言 保持其它参数不变，只改变其( q p 部3 x 1 0 s n m 、8 3 x 1 0 - 6 n m ) ，进行q 值敏感性 实验，当q 旷8 3 x 1 0 s n m 时，尽管液体压力大于实验围压，液体还是都滤失进入天然 缝，从压力曲线上看不到造缝的迹象，由于增压速率太低，无法形成新裂缝，因此在 井筒周围没有形成主裂缝( 图1 1 1 、图1 - 1 2 ) 。虽然在后期提高了排量，但也没有形成新 裂缝，只是使得天然缝在原来的基础上继续张开和延伸。而当采用两种排量和粘度同 样q 值时( 8 3 x l 酽n m ) 时，情况发生比较大的变化由于增压速率较快，两个实验的 结果大致相同，都形成了一条只与天然缝少部分相交的主裂缝。 在上述改变q 值实验的基础上，进行了变排量压裂模拟实验，实验结果表明( 图1 1 3 ) ，天然缝地层的变排量压裂不利于形成主控水力裂缝，一旦天然缝被滤失进入的液 体胀开，就很难再改变裂缝的几何形状形成新的水力裂缝 不同的应力系统对水力压裂也起着至关重要的影响，实验中考虑了构造地应力的 影响，将各向地应力参数设置为o z = 6 m p a 、仃，= 1 2 m p a 和仃。= 9 m p a 进行压裂模拟 实验，实验结果表明( 图1 1 4 ) ，在井筒附近形成了几何形态类似于基础实验裂缝且与天 然缝相交的主控裂缝，但在远井筒处，由于天然缝延伸方向改变，使得裂缝出现分 支，尽管液体部分滤失进入天然缝，但新裂缝继续沿原方向延伸。 图1 - 1 1q p = 8 3 x 1 0 s n m 时压裂模拟实验结果 f i g1 - 1 1t h ef f i r a c t u r i n gs i m u l a t e de x p e r i m e n tr e s u l t sw h e nq p 4 3 x l o s n m 1 0 中田石油大学( 华东) 硕士学位论文 伽( s a c ) 图1 - 1 2q p 4 3 x 1 0 s n m 时压裂模拟实验结果 m g 1 - 1 2t h ef r a c t u r i n gs h n u l a t e de x p e r i n a e n tr e s u l t sw h e nq p = 8 3 x l o s n m 图1 1 3 变捧量压裂模拟实验结果 m g l - l 3t h ef r a c t u r es i m u l a t e de x p e r i m e n tr e s u l t so fa l t e r a t i o nd e l i v e r yv o l u m e 图1 1 4 考虑构造应力影响模拟压裂结果 f i g l - 1 4t h ef r a c t u r es i m u l a t e de x p e r h n e n tr e s u l t so f t e c t o n i c $ ( 1 - e t m j l l 第一章前言 不但地应力差大小、地应力系统、液体粘度和捧量对水力缝几何形态有影响，通 过实验发现，天然缝的分布模式也对水力压裂裂缝的几何形态有影响。图1 - 1 5 为多边 网状天然裂缝和放射状天然裂缝模式的模拟压裂结果，从图中嘲可以看出，多边网状天 然裂缝模式压裂时容易引起裂缝扭曲，滤失量大，不易形成新裂缝，对裂缝形态影响 较大，而放射状天然裂缝模式压裂时容易形成多裂缝。 放射状天然裂缝 图1 1 5 不同天然缝模式的模拟压裂结果 n z l - l st h ef r a c t u r es i m u l a t e de x p e r i m e n tr e s u l t so f d i f f e r e n c ea a l n r a lf r a c t u r e 综上所述，可以得到以下认识网： ( 1 ) 以前人们认为只要在井简周围形成光滑的裂缝。就可以使裂缝保持为一条直 线。但实验表明，尽管在近井周围扭曲度小，由于天然缝的影响，远井带也要出现较 大的扭曲 ( 2 ) 提高捧量和液体粘度可以减少天然缝的影响。 ( 3 ) 人工裂缝要克服天然缝面上的岩石强度才能穿透天然缝，因此需要剪切力超过 其岩石张力而低排量时滤失进的液体成为了润滑剂减少并消除剪切力，阻止裂缝形 成。 ( 4 ) 压裂初期使用高粘流体防止出现多裂缝 1 4 微裂缝发育地层水力压裂影响因素 在对天然缝发育地层进行大量的水力压裂施工后，发现天然缝发育地层的水力压 裂存在下面几个问题【1 0 】： ( 1 ) 由于射孔孔眼不足或水力缝在近井筒处发生扭曲、反转、窜层和形成多裂缝等 ( 图1 1 6 ) 因素造成的近井筒摩阻增加，缝内净压力下降，压裂早期砂堵 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 2 ) 由于水力裂缝在远井地带发生反转和扭曲造成的缝内净压力增加，闭合压力较 高或两者的综合反应，从而使得裂缝停止延伸，施工被迫停止。 1 9 9 5 年优化射孔减少压裂早期砂堵在美国阿科拉荷马州的a n a d a r k o 盆地气田得到 应用【l ，在原来射孔设计的基础上，采用不定向、零相位角、大孔眼、低密度和小层 段射孔技术，进行了射孔技术改进，结果取得了显著的效果，大大降低了近井筒多裂 缝的形成，避免低砂浓度条件下的砂堵，将砂浓度由原来的2 5 m g l 提高到8 m g l 以 上 图1 一1 6 引起近井筒摩阻增加的四种裂缝类型 f i 9 1 1 6 t y p e o f f r a c t u r e c a u s i n g f r i c t i o n o f n e a r w e n b o r e g e o f f r e y a r o b e r t s 等人所叙述的澳大利亚c o o p e r 盆地的1 0 0 d 施工井中，有l o 在 施工中出现近井筒摩阻增加，摩阻增加达到4m p a 1 0 m p a ，因此造成施工压力增加， 早期砂堵等问题的产生。在经过近五年多的研究后，他们发现了引起近井筒摩阻增加 的原因，并研究出了相应降低摩阻的对策。 通常来讲，首先确定地层破裂压力梯度，当破裂压力梯度大于0 0 2 3 7 m p a m 时，则 采取油藏衰竭的方法降低地层破裂压力，然后采用高排量、高粘度流体造缝；如果确 定地层破裂压力梯度小于0 0 2 3 7 m p a m ，则可以采用注入交联液段塞，注1 0 0 m 细砂段 塞、加长低砂比段、加大前置液用量、减小支撑剂粒径等方法降低近井筒摩阻，进行 压裂施3 - 1 啪 对于增加液体粘度能否真正降低近井筒摩阻的实验测试，已经在密西根盆地 a m r i m 页岩地层进行【”】，测试结果见表1 5 ，从表中可以看出，高粘流体可以在一定程 度上降低近井筒摩阻。 第一章前言 表l _ 5 密西根盆地a n t r i m 页岩地层高轱流体降阻实验结果 地层测试参数 裂缝扭曲增加的摩阻( m p a ) 水 2 2 n o r , r o o d l b b l 浓度为1 0 1 b t 0 0 0 9 a l 的压裂液 2 1 l b b l 浓度为1 0 l b 1 0 0 0 9 a l 的压裂液 0 7 永 o - 3 9 l a c h i n e l b b l 浓度为1 0 1 b 1 0 0 0 9 a l 的压裂液 0 4 2 l b b l 浓度为1 0 1 b 1 0 0 0 9 a l 的压裂液 0 2 l 圈1 1 7 全产层段射孔裂缝分布示意圈 r a g t - 1 7 f r a e i u r ed i s t r i b u t i o nc o n v e n t i o n a l id i a g r a mo f p e r f o r a t i o ne o m p l e t e l y 圈i 1 8 优化射孔后裂缝展布示意图 n g l - 1 sf 隋c 佃nd i s t r i b u t i o nc o n v e n t i o n a ld i a g r a mo f p e r f o r a t i o mo p t t m f 瞄a o a 对于大段天然缝发育地层水力压裂研究在委内瑞拉的o r o c u a l f i e l d 斜并进 行，通过他们的实践研究发现，改进射孔设计对压裂的成功实施至关重要，当采用全 产层段常规射孔时，由于出现多个垂直鲥1 4 1 ( $ 1 - 1 7 ) ，使得施工压力较高，压裂早期出 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 现砂堵；而将射孔进行重新设计优化后( 图1 1 8 ) ，射孔井段减少，孔密孔径加大，压裂 中只形成单一裂缝，施工成功。前后两种射孔方式的对比见表1 - 6 1 ”1 根据该油田现场压裂施工经验，认为采用增加孔密孔径、减小射孔厚度；选择射 开低渗透、天然缝不发育层段；选择在靠近页岩遮挡层的顶部射孔；避免射开天然缝 方向垂直或平行最大主应力方向层段的优化射孔方式可以减少或避免裂缝扭曲和形成 多裂缝的可能性，减少砂堵机会，降低施工风险【1 6 1 表l - 6 优化射孔参数前后对比 射孔方式 射孔厚度c m )孔密( 孔m )孔径( e m l相位角( o ) 常规射孔 1 42 00 6 3 56 0 优化射孔 34 0 5 92 8 6 0 1 5 研究思路和技术路线 如果在满足造缝和携砂的同时，尽量降低聚合物浓度；筛选高效降滤失剂及采取 合理的降滤措施，有效控制压裂液滤失；应用三维软件模拟计算来确定合理的设计参 数；通过压裂诊断识别及净压力特征曲线研究，及时调整施工参数；同时针对低压地 层开展返排技术研究，提高返排效率和排出程度，必将提高中原油田微裂缝发育区块 的整体成功率和有效率。 因此，根据本文的研究目的，重点从以下几方面进行研究分析：选取不同地应力 差、液体粘度、拌量等参数进行实验，研究不同参数变化对水力压裂裂缝几何形态的 影响；文留、濮城油田微裂缝发育区块地层特征、微裂缝发育情况研究：控制液体滤 失，降低压裂液对地层污染的研究等。 第二章文留、蠢城油田徽裂缝发育区块地层特征 第二章文留、濮城油田微裂缝发育区块地层特征 2 1 文1 3 块油藏地质特征 2 1 1 地质特征 文1 3 断块北起文9 井，南到文2 0 3 井，南北长8 公里，东西宽3 公里，范围约2 5 平方公里。区域构造位于东濮凹陷中央隆起带文留构造东翼文1 3 构造高点，处于文东 断层下降盘，徐楼断层以东文1 3 断块之所以含油较富集，一个重要因素，是本区构 造条件较好。为油气聚集的主要场所。从整个文东这个东倾单斜层而言，构造比较单 一，发育了三个局部高点，即文1 6 、文1 3 、文1 1 2 高点，其中文1 3 高点面积和辐度 最大，是一个可观的局部构造。 根据沉积相分析，文1 3 块沙三中亚段主要为深水半深水环境中重力流沉积体系。 根据其构造沉积特征，文1 3 块被划分为东、西、北三块，各区块的基本地质参数见表 2 1 表2 - l 文1 3 块基本地质参数 、逼塞 北西东 参致 地质储量0 0 0 7 3 2】91 7 基8 可采储量( 1 0 4 t ) 1 4 33 7 7 4 1 4 采收率( ) 1 9 5 43 4 6 22 3 1 5 综合含水率( 呦 7 5 6 6 5 8 37 3 5 9 累计产油( x 1 矿t ) 7 3 2 5 03 0 0 8 4 原始地层压力( m p a ) 6 1 5 7 6 25 3 5 4 原始油层压力系数i 7 1 l _ 7 41 7 2 1 8 8 目前油层压力系数 1 41 01 2 地层倾角3 。4 06 。7 。7 。8 0 地质采出程度( 呦 9 7 9 2 31 6 8 3 工业采出程度( 呦 5 1 0 56 67 2 6 7 开发层系划分沙三中5 8沙三中5 7 ，3 ，9沙三中4 6 ，7 1 0 2 。1 2 油层物性特征及流体性质 文1 3 块沙三中油藏取心井油层物性统计结果表明( 见表2 - 2 ) ，碳酸盐含量、粒度 中值、粒度分选系数在纵向、平面上变化不大，碳酸盐含量介于8 6 - 1 4 3 之问， 粒度中值介于o 0 6 6 m m o 0 9 5 r a m 之间。粒度分选系数介于1 3 3 1 8 2 之间。孔隙度 一般在1 5 1 8 之问，纵向和平面上变化不大渗透率在纵向上变化较大，沙三中 4 6 渗透率一般大于1 5 x 1 0 。3 l a m 2 ，沙三中7 9 小于1 5 x l o d l t m 2 。沙三中4 - 6 砂组主力油 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 层渗透率平均值通常大于5 0 x 1 0 - 3 p m 2 ，沙三中7 - 9 砂组个别油层渗透率平均值可以达 到3 0 x l o ：皿? ，但绝大多数层渗透率小于l o x l o 3 p m 2 。平面上，文1 3 东、西块好于文 1 3 北块。在沙三中5 ，文1 3 东块与文1 3 西块相当，在沙三中6 ，文1 3 北块与文1 3 东、西块相当。一般油气层渗透率高于水层。 文1 3 断块地面原油密度为0 8 3 ，粘度3m _ p a s 5 m p a s ，含硫0 0 8 0 4 ，含胶 质沥青2 8 ，凝固点2 8 3 6 ，具有轻质组分多，低密度，高凝固点，低粘度，微 含硫的特点地层水总矿化度为3 0 x 1 0 4 m g l 3 7 x 1 0 4 m g l ，水型c a c l 2 ，氯离子浓度 1 8 x 1 0 4 m g l 2 1x 0 4 m g l ，地层水性质体现了地层封闭性强，与外界连通和交换差等 特点 表2 - 2 文1 3 断块油层物性统计表 t a b l e 2 - 2o i ll a y e rp h d i e a lp r o p e r t yo f w e a l 3b l o c k 孔隙度渗透率碳酸盐含量 粒度分析 砂层组区块 ( )( x 1 0 - 3 1 j m ：)( ) 分选系数中值( 姗) 文1 3 北 1 7 81 4 0 51 3 3 51 6 2 o 0 1 6 6 沙三中5文1 3 西 1 5 7 l6 0 4 51 0 - 6 21 3 3 0 0 7 文1 3 东 1 7 0 86 4 8i o 7 8 文1 3 北 1 9 4 37 1 1 31 0 1 61 4 9 0 0 6 8 文1 3 西 1 5 7 96 2 3 19 2 11 40 0 9 5 沙三中6 文1 3 东 1 7 8 l4 7 31 0 1 51 6 4o 0 8 4 文1 3 北 1 7 2 46 4 41 0 5 71 5 5 o 0 7 5 文1 3 西 1 7 0 41 4 31 0 2 61 3 2 0 0 8 3 沙三中7 文1 3 东 1 5 | 41 2 f s1 2 7 91 6 7o 0 8 4 文1 3 西 1 5 0 27 7 48 8 21 4 60 0 1 6 6 沙三中8 文1 3 东 1 8 0 71 1 2 21 1 4 31 50 0 8 5 文1 3 西1 6 1 59 7 8 6 2 1 5 20 0 9 1 2 沙三中9 文1 3 东1 2 5 84 9 11 2 0 31 7 40 嘶9 2 1 3 粘土矿物对储层的伤害 ( 1 ) 速敏实验：从文1 3 - 4 5 、文1 3 8 5 井两块样品分析来看，速敏指数分别为0 5 8 和0 3 5 ，属于中等速敏。本区伊利石含量为2 0 8 0 ，多以分散、充填等方式存在 于孔隙壁上或粘附于颗粒表面或桥塞在喉道处，由于和颗粒表面或孔隙内壁的胶结不 第二章文宙、溃城油田徽裂缝发育区块地层特征 是很紧密。当孔道内流体流速过大，尤其是高剪切力的流体流动时，很容易被冲刷下 来，随流体一起流动并在狭小的喉道处形成堵塞 ( 2 ) 水敏实验：从文1 3 2 0 等六口井的试验结果分析看，水敏指数为0 2 9 0 7 4 ， 平均为0 5 2 ，属中等偏强性质。但根据确i 射分析，牯土矿物中以伊利石含量最高， 膨胀性粘土伊蒙混层含量仅5 - 2 0 ，故储层不应有如此强的水敏程度。通过电镜观 察表明，大部分伊利石呈松散状分布，非常容易产生迁移，所以渗透率的降低，可能 是颗粒迁移造成的 ( 3 ) 酸敏实验：酸敏性是指岩石中的绿泥石与酸反应生成f e ( o i - i b 沉淀使渗透率发 生下降而言。绿泥石含量为1 0 5 0 ，因此也是伤害油层的因素之一 2 1 4 微裂缝发育情况 开发初期，资料证实文1 3 块存在天然裂缝。从电镜照片上可看到微裂缝存在的痕 迹，特别是文1 3 8 5 、文2 0 0 - 6 、文1 6 4 - - = 1 3 并作图像分析时，从铸体薄片上可清楚看 到长度、宽度、闭合程度不等的微裂缝，部分岩样还有较大的溶洞。一般缝长0 0 6 m m 3 m m ，宽0 0 1n u n o 1 n u n ，主要为石英颗粒碎裂，长石，斜长石脆性破裂以及 板状交错层理的垂直微细裂缝，被沥青充填，有的被白云质充填，部分未充填。 该区微裂缝发育情况在动态上也有反映：( 1 ) 在投产初期产量很高，一个月内即递 减6 0 7 0 ，然后递减逐渐减缓，产量急剧变化可能与微裂缝闭合有关。( 2 ) 油田开 发初期，测压力恢复曲线计算出的有效渗透率普遍高于岩心分析的空气渗透率。( 3 ) 油 田注水开发初期，注水状况良好，一般在井口压力2 2 m p a 下，单井注水量较大，可达 1 9 0m 3 ，与文南等低渗透油田对比较大 2 2 文2 1 3 块油藏地质特征 ( 1 ) 区块基本概况 文2 1 3 断块区包括2 个断块( 文2 1 3 块、濮9 2 块) ，区域构造位于濮城油田南部 文、濮构造结合部，构造面积7 8 k 2 ，探明地质储量7 0 8 x l o h ，含油面积1 g k m 2 。动 用地质储量1 5 6 1 0 h ( 2 ) 储层分布 文2 1 3 断块、濮9 2 断块储层主要发育沙三中3 一l o 砂组，平面上，砂体在文1 2 7 - 2 和文侧1 2 7 附近较厚，向北到2 1 3 - 6 井。向西南w 9 4 和5 1 - 1 9 2 井附近