（石油与天然气工程专业论文）宝力格巴19区块水平井分段压裂工艺研究.pdf

s t a g e df r a c t u r i n gt e c h n i c a ls t u d yo n h o r i z o n t a lw e l l so f b a o l i g eo i l f i e l db a1 9b l o c k at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fe n g i n e e r i n gm a s t e r c a n d i d a t e ：l i uq i n g s o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r c h e nd e c h u n s e n i o re n g i n e e rh a nx i n d e c o l l e g eo fp e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s tc h i n a ) 舢4舢64脚6 册7舢8唧1 舢y 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。 学位论文作者签名：塞瞌兹 日期：如1 1 年多具7 b 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、借阅和 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。 学位论文作者签名：主幺盘盔 指导教师签名： b 觏：知1 7 年占其7e 1 日期却年6 月 日 摘要 宝力格巴1 9 断块地处内蒙古自治区东乌珠穆沁旗西部，位于二连盆地马尼特坳陷 东北部的巴音都兰西落南洼槽巴i i 号构造带。巴1 9 断块新近钻探的水平井，投产后大 、 部分未达到水平井的产能要习吣有必要进行水平井分段压裂改造。本文在油藏地质特征、 油藏开发历程分析的基础上，开展了水平井投球分段压裂技术研究，包括投球装置与材 料的研制，投球有效性设计与计算，区块应力与裂缝形态研究等。基于巴1 9 区块低温、 中等偏强水敏的储层特性，对压裂液进行实验研究，提出了适合于巴1 9 区块储层的低 伤害、低摩阻压裂液配方；并优选出了低密度、中强度陶粒支撑剂体系。结合巴1 9 区 块的压裂水平井的裂缝参数、施工参数的优化设计，完成了三口水平井的现场压裂，并 采用微破裂四维裂缝监测技术进行监测，结果显示了压开裂缝的长度、高度和方位。现 场压裂施工成功率1 0 0 ，取得了良好的经济效益，达到了增产增油的目的。 关键词：巴1 9 断块，水平井，分段压裂，裂缝监测 s t a g e df r a c t u r i n gt e c h n i c a ls t u d y o nh o r i z o n t a lw e l l so fb a o l i g eo i l f i e l d b a1 9b l o c k l i uq i n g s o n g ( p e t r o l e u ma n dn a t u r a lg a se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rc h e l ad e c h u n ，s e n i o re n g i n e e rh a nx i n d e a b s t r a c t b a o l i g eb a l 9f a u l tb l o c ki sl o c a t e di nb ai is t r u c t u r a lb e l to fs o u t h e r ns a go fb a y i n d u l a n i nt h en o r t h e a s to fe r l i a nb a s i nm a n i t ed e p r e s s i o nw h i c hl i e si nt h ew e s to fd o n g w u z h u m u q i n b a n n e r , i n n e rm o n g o l i aa u t o n o m o u sr e g i o n m o s to ft h en e w - d r i l l e dh o r i z o n t a lw e l l sh a v e n o tr e a c h e dt h ed e l i v e r a b i l i t yr e q u i r e m e n t s ，t h e r e f o r e ，i ti sd e t e r m i n e dt op e r f o r ms t a g e d f r a c t u r i n gr e f o r m b a s e do nt h er e s e r v o i rg e o l o g yc h a r a c t e r i s t i c s ，r e s e r v o i rd e v e l o p m e n t p r o c e s s ，t h ep a p e rc a r r i e do u th o r i z o n t a lw e l lb a l ls t a g e df r a c t u r i n gt e c h n o l o g yr e s e a r c h , i n c l u d i n gb a l ll a u n c h i n gd e v i c ea n dm a t e r i a l sr e s e a r c h , t h ee f f e c t i v e n e s so ft h ed e s i g na n d c a l c u l a t i o no fb a l ls t r e s s ，b l o c ks t r e s sa n df r a c t u r em o r p h o l o g yr e s e a r c ha n ds oo n b a s e dl o w t e m p e r a t u r e ，t h e m i d d l e s t r o n g w a t e r s e n s i t i v i t y r e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c s ，t a k et h e e x p e r i m e n t a ls t u d yo ft h ef r a c t u r i n gf l u i d ，p r o p o s e dr e s e r v o i rl o wd a m a g e ，l o w - f r i c t i o n f i a c m r i n gf l u i df o r m u l a t i o n ss u i t a b l ef o rb a l 9b l o c k s ；a n ds e l e c to u tl o wd e n s i t y , m o d e r a t e i n t e n s i t yc e r a m i cp r o p p i n gs y s t e m c o m b i n e 、析t l ld e s i g np a r a m e t e r sa n df r a c t u r ep a r a m e t e r s o fb a l9b l o c k sh o r i z o n t a l w e l l s ，c o m p l e t e d f i e l d f r a c t u r i n g o ft h r e eh o r i z o n t a lw e l l s ， m o n i t o r e dt h er e s u l tb yt h eu s eo fm i c r o - f r a c t u r em o n i t o r i n go ff o u r - d i m e n s i o n a lc r a c k m o n i t o r i n g ，i ts h o wt h el e n g t h , t h eh e i g h ta n dt h e o r i e n t a t i o no ft h ec r a c k t h e 10 0 f r a c t u r i n gs u c c e s sr a t ew a so b t a i n e di nf i e l do p e r a t i o n i ta c q u i r e dw e l le c o n o m i cb e n e f i t sa n d r e a l i z e dt h ep u r p o s eo f i n c r e a s i n gp r o d u c t i o n k e y w o r d s ：b a19b l o c k , h o r i z o n t a lw e l l ，s t a g e df r a c t u r i n g ，c r a c km o n i t o r i n g 目录 第一章前言l 1 1 研究的目的和意义。l 1 2 国内外研究现状2 1 3 水平井分段压裂难点2 1 4 主要研究内容及技术路线3 第二章巴19 断块油藏特征和开发简况4 2 1 油藏地质特征4 2 1 1 构造特征4 2 1 2 地层及油组划分5 2 1 3 储层特征及油层分布7 2 2 油藏开发简况7 第三章水平井分段压裂技术研究1 0 3 1 投球分段压裂的工艺原理l o 3 2 连续投球装置及堵球的研制1 0 3 3 封堵球有效性计算1 l 3 3 1 堵塞球在水平段运动的惯性力l l 3 3 2 孔眼对堵塞球的吸引力1 2 3 3 3 使球脱离孔眼的力。1 3 3 3 4 孔眼持球力。1 3 3 3 5 三种堵球的计算1 4 3 4 巴1 9 区块应力方向与裂缝方向1 5 3 4 1 应力场与裂缝形态研究：1 5 3 4 2 巴1 9 区块应力方向1 6 3 4 3 巴l8 平2 井裂缝形态1 7 3 5 破裂压力梯度1 8 第四章压裂材料评价与优选2 0 4 1 压裂液优选：2 0 4 1 1 储层敏感性实验。2 0 4 1 2 压裂液添加剂筛选2 1 4 1 3 压裂液性能评价2 7 4 1 4 压裂液伤害评价及配伍性研究2 8 4 1 5 清洁压裂液研究3 0 4 2 支撑剂优选。3 2 第五章压裂优化设计3 5 5 1 水平井压裂选井选段原则3 5 5 2 层段选择与技术措施。3 5 5 2 1 层段选择3 5 5 2 2 施工风险评价。3 6 5 2 3 技术措施3 6 5 3 裂缝优化3 6 5 3 1 裂缝条数3 6 5 3 2 投球数量。3 8 5 3 3 裂缝长度与导流能力优化3 8 5 4 施工参数优化。4 l 5 4 1 工艺参数优化4 l 5 4 2 泵注排量优化。4 l 5 4 3 泵注程序优化4 1 第六章压裂实施及效果分析4 3 6 1 巴l8 平2 井基本情况4 3 6 1 1 钻井及试油情况4 3 6 1 2 开发状况及存在问题4 4 6 2 现场实施4 5 6 3 微地震裂缝监测4 8 6 3 1 监测原理4 8 6 3 2 巴1 8 平2 井裂缝监测结果4 9 6 3 3 巴1 9 区块裂缝监测结果5 l 6 4 压裂效果分析5 3 1 右论! ；! ； 参考文献5 6 攻读硕士学位期间取得的学术成果。5 8 j l 受谢! ；9 v 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 1 1 研究的目的和意义 第一章前言帚一早刖苗 水平井技术是油田开发中提高油气产量和油气采收率的综合性配套技术。水平井能 扩大产层裸露面积，是开发稠油、低渗透油气层的有效手段，也是提高油气井产量的重 要手段之一【1 1 。 1 9 5 0 年代，水平井作为一种提高油气井产量的方法曾在前苏联、美国和加拿大等国 家的许多油田受到重视。但由于技术和经济因素的限制，水平井技术发展缓慢，直到1 9 8 0 年代，水平井的应用规模才迅速发展。特别是对于低渗透油藏的开发，水平井技术的应 用越来越多，给各大个油田增加了经济效益【枷。 华北油田于1 9 9 0 年代在碳酸盐岩油藏成功钻成了任平l 井和任平2 井两口水平井， 2 0 0 4 - - - 2 0 0 5 年在砂岩油藏开展了台4 平1 、楚2 8 平1 、蒙平l 和林4 平2 井4 口水平井 的现场试验，投产后均取得良好的实施效果。但随着水平井的增多，目前华北油田水平 井的产液状况不容乐观，根据2 0 0 9 年1 0 月生产报表反映，投产的5 4 口水平井日产液 1 4 9 6 6 m 3 ，日产油4 1 1 6m 3 ，平均单井日产液2 8 7 m 3 ，日产油7 6 m 3 ，与直井产量相比 没有绝对优势。其中水平井产能比较低的区块主要表现为宝力格油田的巴1 9 断块，巴 1 9 断块新近钻探的3 口水平井，平均日产油只有4 5 m 3 。 巴1 9 断块地处内蒙古自治区东乌珠穆沁旗西部，位于二连盆地马尼特坳陷东北部 的巴音都兰凹陷南洼槽巴i i 号构造带。从构造上看，断块整体上呈一断背斜形态，内部 发育了3 条近于平行的北东向正断层，将断块分割为四个井区，分别为巴1 8 、巴1 8 2 、 巴1 9 和巴2 0 井区。 巴1 9 断块的主要含油层段为阿尔善组阿四段，完钻井共钻遇三套油层，相应划分 为三个油组。其中在k l b t l 底部有巴1 9 2 8 井等个别井钻遇到i 油组油层，油层在断块 内零星分布。在k 1 b a 4 地层中发育i i 、i 油组油层，在巴1 9 断块目前已经完钻的井中， 均钻遇了i i 油组油层，巴2 1 、巴1 9 3 0 等井钻遇了i 油组油层，i i 油组在圈闭范围内分 布较为稳定，是本油藏的主力油层。 巴1 9 断块从2 0 0 1 年发现开采至今，地层压力下降，含水率上升。新近钻探的几口 水平井目前产量仍然偏低。从水平井生产数据来看，未能达到方案要求，造成了生产能 力不足，达不到水平井配产要求。其中巴1 8 井区的巴1 8 平2 、巴1 8 平3 、巴1 8 平6 第一章前言 井是巴1 8 井区滚动扩边新井，虽然进行过在酸化处理，但效果并不理想。考虑到该区 块水平并且的层在平面上分布范围大，有一定厚度，并且录井均有较好显示，所以决定 对该区块水平井进行分段压裂的方法来提高油层产能，增大经济效益。 1 2 国内外研究现状 自1 9 8 5 年g i g e r 提出水平井分段压裂技术以来，国外各大石油公司对该技术进行广泛 研究并形成了自己的独特技术【5 1 。1 9 8 7 年，g i g e r 3 l 提出了利用水平井开发低渗透油田的 理论【6 】。目前国外公司的压裂技术有：斯伦贝谢公司的s t a g ef r a c 多级压裂系统、贝克 公司的f r a c p o i n ts y s t e m 多层压裂系统、哈里伯顿的p i n p o i n tc o m p l e t i o n 定点压裂完井系 统、美国b j 服务公司的d i r e c t s t i m 系统、威德福公司的o p t i f r 水平井压裂技术等【7 一。 国外的压裂工具大都采用液压方式实现井下动作，消除了水平井中传动扭矩的问题，工 具外径小，与井筒之间间隙大，施工成功率较高，被广泛应用。 国内从1 9 9 0 年代开始试探性在路上油田陆续开钻水平井，进入二十一世纪后，国 内开始重视水平井的钻井以及相关配套措施，在陆上油田部署了许多水平井，但是由于 后期配套技术跟不上，制约了水平井的高效开发。因此，国内开始大力发展了水平井射 孔、试油、酸化以及压裂、调堵等配套技术，取得了丰硕成果。 目前在国内外，水平井分段压裂技术 9 1 主要有：液体胶塞分段压裂技术、水力喷射 压裂方法【1 0 , 1 1 】、水平井限流压裂技术、机械封隔分段压裂技术【1 3 , 1 4 、投球选择性压裂 技术等。 目前国内油田主要开展了以下几项增产措施工艺：水平井限流压裂技术( 大庆油田、 吉林油田，胜利油田) 、水平井双卡上提压裂多段技术( 大庆油田) 、水平井分段环空压裂 技术( 吉林油田) 、液体胶塞隔离分段压裂技术( 长庆油田) 、机械桥塞隔离分段压裂技术( 大 庆油田、长庆油田) 、水力喷射分段压裂技术( 哈利伯顿公司研究由长庆油田引进) 等。 由此可见，水平井分段压裂技术较为完善，可依据油田具体的情况，选择合适的压 裂技术。 1 3 水平井分段压裂难点 ( 1 ) 水平井采用套管射孔完井，水平段打开程度长，有效分段难度大。 ( 2 ) 水平段支撑剂输送距离长，沉砂风险高。 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 1 4 主要研究内容及技术路线 以巴1 9 区块地质资料为基础，水平井投球分段压裂技术为指导，总结前人研究成 果，综合分析各种资料，改进压裂用蜡球。并结合区块地质情况，对压裂液、支撑剂进 行室内试验研究，确定压裂液配方及支撑剂类型。综合上述研究对现场水平井进行压裂 施工，并对压裂情况进行评价和四维地震裂缝监测。最终实现水平井的增产增效。 主要研究内容： ( 1 ) 分析该区块的构造特征，地层及油组分布，储层特征和开发简况。根据油藏特征 及水平井情况确定分段压裂工艺。 ( 2 ) 水平井分段压裂技术研究。 ( 3 ) 压裂材料评价与优选：包括压裂液和支撑剂的实验研究和优选。 ( 4 ) 压裂设计优化及现场实施。 ( 5 ) 裂缝监测研究和经济效益分析。 本文的技术路线见图1 1 ： 巴1 9 区块地质概况前人研究成果分段压裂工艺研究 l i 压裂液室内实验清洁压裂液室内试验支撑剂室内试验分段压裂工具 研究研究研究研究 上 现场单井压裂工艺实施 上 裂缝监测 1 l 实施效果及评价 图1 - 1 技术路线图 f i g l 一1 t e c h n o l o g yr o a d m a p 3 第二章巴1 9 断块油藏特征和开发简况 第二章巴19 断块油藏特征和开发简况 2 1 油藏地质特征 2 1 1 构造特征 巴1 9 断块地处内蒙古自治区东乌珠穆沁旗西部，位于二连盆地马尼特坳陷东北部 的巴音都兰凹陷南洼槽巴l i 号构造带。从构造上看，断块整体上呈一断背斜形态，内部 发育了3 条近于平行的北东向正断层，将断块分割为四个井区，分别为巴1 8 、巴1 8 2 、 巴1 9 和巴2 0 井区。巴1 9 断块构造分布见图2 1 。 2 - 1 巴1 9 断块构造分布图 f i 9 2 - 1 s t r u c t u r ed i s t r i b u t i o no fb a1 9f a u l tb l o c k 从巴1 9 断块i i 油组顶面构造图来看，主要为一个受东、西两条走向北东一南西、 近似平行分布的断层所控制的穹隆背斜，构造高点在巴1 8 4 4 井附近，高点埋深海拔 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 5 2 0 r n 左右，地层倾向四周，向西南方向地层较为平缓，倾角约3 度。向东北方向地层 较陡，倾角约6 度左右。 2 1 2 地层及油组划分 ( 1 ) 地层特征 根据钻遇地层沉积旋回及岩电特征，将巴1 9 断块地层自上而下划分为：新生界； 中生界下白垩统赛汉塔拉组，腾格尔组二段、一段，阿尔善组四段、三段，侏罗系及古 生界。主要地层数据见表2 1 。 表2 1 巴音都兰凹陷巴1 9 断块综合地层表 t a b l e 2 - 1 i n t e g r a t e ds t r a t i g r a p h i co fb a1 9f a u l tb l o c ki nn a y i n d u l a ns a g 地层地层代号 地层厚度 与接触关岩性简述 系群组段 ( m ) 系 第四系 q 7 0 - 一1 0 5 未录井 第三系 r 赛汉 深灰色泥岩、杂色砂砾岩、局部夹煤层不 塔拉k i b s 1 3 0 2 2 8 等厚互层 组 上部为一套泥岩段；中部则是一套粉砂岩 巴 k l b t 2 2 7 9 2 8 5 5 和砂岩；下部主要是一套砂砾岩 腾格 二段 彦 下自垩系尔组 花一段 k 1 b t l l 3 5 3 4 0 1深灰色泥岩、砂泥岩互层 上部为泥岩与砂岩略等厚互层；下部为粉 群 阿四 k l b 0 6 2 8 7 0 9 阿尔段砂岩、砂岩和砾岩与泥岩略等厚互层 善组阿三 k 1 b a 3 3 0 0 3 8 0主要为一套杂色块状砾岩 段 灰、灰绿色砂砾岩、砂岩、泥岩与炭质泥 侏罗系 j1 0 4 - - - 1 5 8 岩互层 古生界 p z 未穿主要为一套结晶的花岗岩、凝灰岩 ( 2 ) 油组划分与对比 宝力格油田主要含油层段为阿尔善组阿四段中上部，其地层为灰色，深灰色白云质、 灰质泥岩与浅灰色、灰色白云质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩呈不等厚互层，电性 特征为视电阻率曲线呈锯齿状、梳状中高阻，自然电位曲线呈钟状至指状。阿四段顶部 与上伏的腾一段底部地层呈不整和接触。 根据沉积韵律、岩电特征、含油砂体的连续性、油水关系及区域一致性的原则，自 5 第二章巴1 9 断块油藏特征和开发简况 上而下将阿四段储集层划分为三套砂组，巴1 9 断块主要为i i 、砂组含油，由于1 i 砂 组跨度大，达1 3 0 - 、一1 5 0 米，且中间存在2 0 4 0 米稳定的泥岩隔层，因此，将i i 砂组划 分为i il 、1 1 2 两个油组，如图2 - 2 所示。 油自然电位 岩 综 视电阻率 襄 界 系 组 段 性 合 豢 组一卜o - 叫+ 剖解 嘶释 p华毕o - 2 芝 ： 阿 卜一 手 中白阿 卜一 巴 一 5 ：= l 毒 尔 警 _ _ 主 生垩四油 一 至 2 善 1 1 组 e 常规蜡球 3 3 0 21 3 4 7 5 30 7 32 9 3 8 8 堵球能坐在 孔眼不脱落 重质蜡球 3 6 3 21 4 8 2 2 9o 7 53 2 3 2 7 通过计算分析当采用清洁压裂液携带蜡球到水平段后，堵球能够被吸引到孑l 眼，并 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 能够坐牢在孔眼上。在泵注携砂液阶段，即使达到最高砂液比4 5 ，此时携砂液密度为 1 4 9 c m 3 ，堵球仍然稳稳坐牢在孔眼上不会脱落。 利用此技术对巴1 9 区块巴1 8 井区的巴1 8 平2 、巴1 8 平3 、巴1 8 平6 井进行投球 分段压裂。下面重点以巴1 8 平2 井为主要实例介绍压裂技术在现场的应用。 3 4 巴1 9 区块应力方向与裂缝方向 3 4 1 应力场与裂缝形态研究 水平井中水力裂缝方向取决于地应力的大小和方向。由于井筒附近的应力集中，裂 缝在井筒上面开启的方向很少和最终的延伸方向相同，最终方向会垂直于最小主应力方 向，或者沿着主应力自然裂缝。因此，很多情况下，水力裂缝可能不是在一个简单的平 面上。 如图3 5 所示，当井身方向和最大主应力方向一致时，一条沿着井身方向开启并且 延伸的裂缝将会产生。因此，假设在压裂作业或生产时该井的压力反应和垂直井一样是 合理的。 ， om i r a 图3 - 5 井眼轨迹平行于最大主应力方向时裂缝类型 f i 9 3 5 f r a c t u r et y p e sw h e nb o r e h o l et r a c k sp a r a l l e lm a x i m u m p r i n c i p a ls t r e s sd i r e c t i o n 当井身方向基本与最大主应力垂直时，一条裂缝的开启或延伸或同时发生这两种情 况，将发生在与井身成9 0 度角的方向( 见图3 6 ) 。当水力裂缝与井眼垂直时，由于井和 裂缝没有足够的沟通，这种情况可以通过引入一个阻塞表皮效应进行量化： 帆) c = 争陆何2 ) 一州2 】 ( 3 1 4 ) 户 式中，( s c h ) c 为阻塞表皮效应，无因次；毛为水平渗透率，1 0 。3 | j t l 2 ；k 为裂缝导流 能力，1 0 。t t m 2 m ；厅为油层净厚度，ms 为井身半径，m 。 1 5 第三章水平井分段压裂技术研究 ， 图3 _ 6 井眼轨迹平行于最小主应力方向时裂缝类型 f i 9 3 - 6 f r a c t u r et y p e sw h e nb o r e h o l et r a c k sp a r a l l e lm i n i m u m p r i n c i p a ls t r e s sd i r e c t i o n 裂缝在最大主应力和最小主应力之间延伸时将会有更复杂的形态( 见图3 7 ) 。一条裂 缝可能开启在纵向然后当裂缝离开井筒和完井的影响它将转向以垂直于最小主应力方 向。这种情况下，最大的裂缝宽度可能不是在井眼附近，而且在整个裂缝里的分布也会 时不均匀的。裂缝的重定向以及不均匀会在一定程度上影响裂缝的产能。 、 、 、q i i 矗 图3 - 7 井眼轨迹与最小主应力方向成一定夹角时裂缝类型 f i 9 3 - 7 f r a c t u r et y p e sw h e nb o r e h o l et r a c k sa n g l em i n i m u m p r i n c i p a ls t r e s sd i r e c t i o n 对于低渗透油气层则产生多条横向裂缝效果较好，而对于高渗透率地层或裂缝性地 层采用纵向裂缝较好。 3 4 2 巴1 9 区块应力方向 巴1 9 断块油层顶面构造为被断层复杂化的完整的长轴背斜，背斜轴部位于巴1 8 3 2 井巴1 8 3 8 井一1 9 2 9 井一巴2 0 1 0 井一线，构造长宽比为2 。由于断层的切割，油藏 主体部分可进一步划分为巴1 8 、巴1 8 2 、巴1 9 和巴2 0 四个井区。 巴1 8 井区在中间核心部位构造很平坦，基本上是一个平台，在南、北两翼地层变 陡( 但比巴1 9 井区要平缓一些) ，地层分别向西南、北东向倾斜，南北两侧构造地层倾角 1 6 鼙、乞 中国石油大学( 华东) - i - 程硕士学位论文 约8 0 。通过巴1 9 区块的巴1 8 1 2 6 井和巴1 8 1 3 5 井的岩心，进行古地磁测试，根据测 试结果确定巴1 9 区块的最大主应力方位为2 3 0 0 2 6 4 0 ，为北东、西南向，与主断层方 向基本一致。古地磁测试结果见表3 - 4 。巴1 9 断块i i 油组顶面构造图见图3 8 。 表3 - 4 古地磁测试结果 t a b l e 3 - 4 p a l e o m a g n e t i ct 骼f i n gr e s u l t s 井号层位 井深( m )最大主应力方位角( 。)平均值( o ) 2 3 2 3 2 2 8 9 巴1 8 1 2 6 k l b a 1 6 6 0 3 2 1 6 7 0 5 8 2 3 0 6 5 2 3 0 1 2 3 1 3 2 6 3 2 2 6 5 7 巴1 8 1 3 5 k l b a 1 8 1 0 2 3 1 8 1 5 5 62 6 4 3 3 2 6 3 6 2 6 4 8 00 4 k m i - - _ - - j l _ _ - _ _ j l _ _ _ _ _ j l - 一 2 04192 04 2 0 5 0哆r _ ：弋2氅5 2 厂|5 0 2 0 2 0 ，一 1 8 - 3 2 l l j ? 、 ( ， ，影 2p 嗡_ 侈 ， 5 0漆，5 0 19 - | | 。l 缈灯l i 19 2 04192 04 2 0 图3 - 8 巴1 9 断块油组项面构造图 f i 9 3 - 8 l o ps u r f a c es t r u c t u r ed i a g r a mo f 砌1 9f a u l tb l o c ko i lg r o u p 3 4 3 巴1 8 平2 井裂缝形态 根据巴l8 平2 井身轨迹检验报告，井的水平段方位基本是2 5 0 0 2 5 2 0 ，与最大 1 7 第三章水i l j l ：分段压裂技术研究 水平主应力方向有约1 5 0 左右的夹角，这样裂缝延伸方向将与最大水平主应力的方向 ( 2 3 0 0 , - - - 2 6 4 。) 接近。因此，水力裂缝基本是沿着井身方向以很小的角度纵向开启和延 伸，产生纵向裂缝。裂缝开启模式见图3 - 9 。 j i 妒 一， ，奠拜房手雨 甜一 研担。赢。j r l f 二罨文j 、? 。 。氘! _ 二：譬 图3 - 9 巴坞平2 井水力裂缝开启模式 f i 9 3 - 9o p e nm o d e l o fh y d r a u l i cf r a c t u r ei nb a1 8p i n g2w e l l 3 5 破裂压力梯度 计算和描述目的层段以及上下盖底层的应力剖面，能获得地层破裂压裂梯度，是准 确预测地层破裂压力和井口施工压力的基础。 根据临近注水井巴1 8 - 1 5 5 x 的三轴力学实验结果( 表3 - 5 ) ，利用黄荣樽方法预测破 裂压力。中国石油大学的黄荣樽教授提出了预测地层破裂压力的新方法【1 7 1 ，基本假设如 下： ( 1 ) 地层处于非均匀构造应力的作用下； ( 2 ) 井眼附近存在应力效应； ( 3 ) 井壁破裂的原因是井壁应力超过岩层抗拉强度。 在上述假设下得出： p ，= ( 啬- k 1 0 , o 啊) 协+ 一 p 嘲 式中，p ，为地层破裂压力，m p a ；为泊松比；p o 为上覆岩层压力，m p a ；岛为 地层孔隙压力，m p a ；s t 为地层抗拉强度，m p a ：七为地层构造应力系数。 1 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 表孓5 巴1 8 - 1 5 5 x 井三轴力学实验结果 t a b l e 3 5t r i a x i a lm e c h a n i c se x p e r i m e n t a lr e s u l t so fb a1 8 - 1 5 5 xw e l l 弹性模量抗压强度 井号 井深( m ) 泊松比实验条件 ( m e a )( m p a ) 围压：2 5 m p a 巴1 8 1 5 5 x1 6 6 0 2 1 6 7 0 51 2 3 7 0 00 2 91 5 6 5 孔压：1 6 m p a 采用黄荣樽方法预测得出巴1 9 断块i i 油组的破裂压力约为2 8 m p a ，破裂压力梯度 约为1 6 8 1 m p a l o o m 。 1 9 第四章压裂材料评价与优选 4 1 压裂液优选 第四章压裂材料评价与优选 压裂液是一个总称【堋，是压裂改造过程中的工作液，其主要功能是传递能量，使油 层张开裂缝，并沿裂缝输送支撑剂，从而在油层中条形成一高导流能力通道，以利于油、 气由地层远处流向井底，达到增产目的。在高温地层中，压裂液还能起到降温的作用【1 9 1 。 选择压裂液时主要考虑以下几个方面的性能要求 2 0 1 ： ( 1 ) 与地层岩石和地下流体的配伍性要好，不得对储层产生伤害； ( 2 ) 能有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部，滤失少，低摩阻； ( 3 ) 低残渣、易返排，热稳定性和抗剪切稳定性要好。 根据巴1 9 断块的储层特点，进行室内试验研究，优选适合于巴1 9 断块的常规水基 瓜胶压裂液体系，同时为了减少储层的伤害，实验室研究清洁压裂液配方。施工中采用 瓜胶压裂液和清洁压裂液组合使用的压裂液体系。 4 1 1 储层敏感性实验 水敏指数是评价储层水敏性的指标，水敏指数计算式如下： 。= 警 ( 4 - 1 ) 式中，如为水敏指数；昂为去离子水的渗透率，1 0 。3 p r n 2 ：k l 为岩样没有发生水化 膨胀等物理化学作用时的液体渗透率，通常为等效液体渗透率、标准盐水渗透率或地层 水渗透率，1 0 3 1 u n 2 。 水敏性试验评价指标和巴1 9 区块储层岩石水敏性实验结果分别见表4 1 、4 2 。 表4 - 1 水敏评价标准 t a b l e 4 - 1w a t e rs e n s i t i v i t ye v a l u a t i o nc r i t e r i a 水敏指数水敏程度水敏指数水敏程度 0 郢0 5 无 0 5 0 1 w9 7 0 中等偏强 0 0 5 i w9 3 0 弱 0 7 0 1 w 9 0 强 0 3 0 o 9 0 极强 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 表4 - 2巴1 9 断块储层岩石水敏评价实验结果 t a b l e 4 - 2w a t e rs e n s i t i v i t ye v a l u a t i o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t so fb a1 9f a u l tb l o c kr e s e r v o i rr o c k 空气地层次地层水去离子水 井深 井号渗透率水渗透率渗透率渗透率水敏指数水敏程度 ( m ) ( 1 0 。3 岬2 )( 1 0 。岬2 )( 10 。3 岬2 ) ( 1 0 。3 岬2 ) 巴1 8 1 5 5 x1 6 5 94 0 22 7 82 3 81 2 1o 5 6 中等偏强 巴1 8 1 2 61 6 0 6 23 0 22 0 11 8 79 30 5 4 中等偏强 实验结果显示，巴1 9 断块储层岩石的水敏性为中等偏强水敏。 4 1 2 压裂液添加剂筛选 ( 1 ) 稠化剂优选 植物胶是水基压裂液的主要稠化剂，占使用量的9 0 以上。目前国内广泛使用的植 物胶稠化剂是瓜尔胶。 从瓜尔胶分子结构来说是一种非离子多糖，在瓜尔胶结构中甘露糖与半乳糖单元之 摩尔比为2 ：1 ，即每隔一甘露糖单元连接着一个半乳糖分支。半乳糖在整个瓜尔胶分子 主链上的分布不规则，。如图4 1 所示。这种高分子链上含有多个羟基的结构，吸附能 力很强，容易吸附在固体或岩石表面形成高分子溶剂化水膜。 图4 1 瓜尔胶结构 f i 9 4 - 1 g u a rg u ms t r u c t u r e 对于稠化剂的主要性能包括： 增粘性能，一般以一定浓度下稠化剂水溶液在粘度计1 7 0 s 。1 剪切速度的粘度来表 示1 2 1 1 。 2 l 第四章压裂材料评价与优选 水不溶物含量，是将稠化剂溶解于水中后，不能溶解的部分，这部分常会形成压 裂液的残留物而对地层渗透性造成伤害。 交联情况，加入交联剂后，稠化剂水溶液能否和交联剂形成具有一定粘弹性的冻 胶。 另外，稠化剂的粒度、含水量、水溶液的p h 值等对稠化剂的性能也会有一定的影 响【2 1 1 。 要想减少达到同一粘度的稠化剂的用量，就要增强稠化剂的稠化能力。为了增强造 缝作用，达到高粘度压裂液的要求，同时使压裂液彻底破胶水化，就要选用稠化能力强 的稠化剂瞄2 3 】。 压裂液的稳定性对于压裂工程也非常重要，一般在一定温度下，压裂液的流变性稠 化剂浓度的升高而增大，温度越高，压裂液粘度越低。所以所选稠化剂的流变性能一定 要好。 在压裂过程中，稠化剂原有的或降解过程中形成的不溶残渣，会通过减少支撑剂充 填层的有效孔隙空间来降低裂缝的导流能力。另外，压裂液粘度过高，稠化剂在裂缝中 浓缩，其浓度就会升高，破胶降解时间就过长，也容易对地层产生伤害。所以要想保证 良好的压裂效果，就必须选择水化性能好，不溶残渣含量低，容易形成冻胶的稠化剂。 稠化剂的浓度越高，压裂液的耐温性能越好。对于井深小于2 0 0 0 m 的井，一般选用 0 2 5 - - 0 4 浓度的稠化剂；对于井深2 0 0 0 m - - - 3 0 0 0 m 的井，一般选用0 4 - - 0 5