对重复压裂的研究:
重复压裂机理
重复压裂油井中地层应力分布是影响水力裂缝产生的主要因素。因此,研究重复压裂井井眼附近的应力分布状况至关重要,以便确定在重复压裂过程中裂缝是否重定向。对于重复压裂井而言,由于存在初次支撑裂缝和天然裂缝的应力场分布以及生产活动引起的孔隙压力变化,从而导致了井眼附近应力的变化,产生了诱导应力场,在两个水平主应力方向上均附加诱导应力。最大诱导应力等于裂缝闭合后作用在支撑剂上的净压力,该应力垂直于初始支撑裂缝,而最小诱导应力平行于初始支撑裂缝。在近井筒附近,新裂缝将在应力最弱点开始启裂,如果在井筒和初始裂缝周围,两个水平主应力相等椭圆形区域内,原最小水平主应力与最大诱导应力之和大于原最大水平主应力与最小诱导应力之和,则在重复压裂时,二次裂缝将重新定向,裂缝启裂的方位将垂直于初次裂缝方位。即产生新裂缝的条件为:
σ'max+σmin>σ'min+σmax
式中σ'max———最大诱导应力;
σ'min———最小诱导应力;
σmax———原应力场最大水平主应力;
σmin———原应力场最小水平主应力。
随着裂缝向远离井筒方向不断延伸,诱导应力场的影响逐渐减小,在两个水平主应力相等椭圆形区域外,向初始裂缝方向旋转。但是由于裂缝生长的惯性作用,裂缝沿重定向方向仍将延伸一段距离,最终裂缝沿初始裂缝方向延伸。以上表示了一个裂缝重定向的理想情况,然而,重复压裂处理是否会产生重定向,取决于许多因素,包括原始地应力、天然裂缝、储层的渗透率以及油井生产变化等情况,所以井眼附近应力场分布十分复杂。
重复压裂方式
根据国内外的重复压裂实践可知,重复压裂主要有以下三种方式。
(1)继续延伸原有裂缝。在油田开发过程中,由于压力、温度等环境条件的改变,必然引起油井产量的下降。例如,结蜡结垢堵塞原有裂缝,或者原有裂缝闭合。这类井需要加砂重新撑开原有裂缝,穿透堵塞带就可以获得不同程度的效果。另外,压裂改造规模不够,或者支撑裂缝短,或者裂缝导流能力低,这类井必须加大压裂规模继续延伸原有裂缝,或者提高砂量以增加裂缝导流能力。这是目前最通常的重复压裂概念。为了获得较长的增产有效期,必须优化设计重复压裂规模。
(2)层内压出新裂缝。由于厚油藏在纵向上的非均质性,油藏内见效程度不同,层内矛盾突出而影响开发效果。可以通过补射非主力油藏或对非均质厚油藏重复压裂、或者压裂同井新层等措施改善出油剖面,从而取得好的压裂效果。
(3)改向重复压裂。油田的低渗透层已处于高含水期,原有裂缝控制的原油产量已接近全部采出,裂缝成了水的主要通道,但某些井在现有采出条件下尚控制有一定的剩余可采储量。这时如果采取延伸原有裂缝的常规重复压裂肯定不会有好的效果。最好的办法是将原有裂缝堵死,重新压裂,在与原有裂缝呈一定角度方向上造新缝,这样既可堵水,又可增加采油量。即研究了一种高强度的裂缝堵剂封堵原有裂缝,当堵剂泵入井内后有选择性地进入并封堵原有裂缝,但不能渗入地层孔隙而堵塞岩石孔隙,同时在井筒周围能够有效地封堵射孔孔眼,然后采用定向射孔技术重新射孔以保证在不同于原有裂缝的方位(最佳方位是垂直于原有裂缝的方位)重新定向射孔,以保证重复压裂时使裂缝改向,也即形成新的裂缝,从而采出最小主应力方向或接近最小主应力方向泄油面积的油气,实现控水增油。
原有压裂裂缝失效原因
主要有两方面:①即各种原因引起的裂缝及其附近地层堵塞,②原有裂缝在油田开发过程中闭合。
(1)化学结垢和沉积引起堵塞。地层水中存在结垢离子,如Ca2+,HCO3-等,在油井生产过程中由于压力降低而结垢。另外,地层水与产出水或不同产出水间成垢离子相互作用,或下降脱气要产生BaSO4,CaSO4,SrSO4等垢。
(2)微粒运移引起堵塞。泥质胶结储层中,粘土多呈薄片堆积于孔隙中。注入水等外来水改变了地层水的矿化度,pH值变化可能会破坏地层水中存在的阳离子同粘土片表面的负电荷作用保持电中性的平衡,或者由于阳离子集中造成粘土片分散。另外,亲水地层可能在砂粒附近不运移的束缚水中含微粒,若水侵入移动水相,则这些微粒即分散而参加运移。微粒运移最终导致颗粒桥堵孔隙喉道,降低地层的渗透率。
(3)压裂裂缝闭合。大部分井都是经过压裂投产的,随着油田开采,地层压力降低,围岩对裂缝的应力增大,裂缝中支撑砂承受的压力增加,当超过砂的破裂强度时,产生破碎,或者支撑剂在长期承压下产生日益严重的变形,从而使裂缝的有效缝宽变小,降低了裂缝导流能力,油井产量下降。
以上诸因素并不是孤立产生影响的,而是综合作用的结果。由于油层本身的特性,在不同的井层起主导作用的因素不同,选井评层时要具体分析。
重复压裂的最佳时机
重复压裂时机是重复压裂成败的关键之一,重复压裂过早,上次压裂增产期没有充分发挥完,影响压裂效果及效益;若重复压裂过迟,则不能及时接替增产,损失了应得的增产量。为了确定重复压裂的最佳时间,需要考虑裂缝暂堵之前的长度和当时的孔隙压力分布。复压井层压力系数为0.8~1.1时,是获得复压效果的最佳区间。试验表明:重复压裂的间隔时间越长,裂缝暂堵之前的长度越长。几年后虽然孔隙压力继续下降,但裂缝暂堵之前的长度增长却很缓慢。重复压裂的最佳时机是此时裂缝长度可以达到很长或裂缝将延伸到的区域孔隙压力仍很多,当地层应力分布及油藏特性诸如孔隙度、渗透率、地应力等控制压力分布的因素已知时,可以确定重复压裂的最佳时机。当地应力大小不能精确确定时,仍可利用应力分布较好地估计重复压裂最优时机。
此外,复压前后无注水的支持,地层压力低,会出现复压后减产或复压有效期短的现象,而地层压力过高将会造成裂缝将会沿着缝高的方向延伸、施工加砂难度增大最终影响压裂施工和油藏开发效果。根据有关油田低渗透油藏重复压裂井效果的研究分析,结合统计规律可知,当复压层的压力系数为0.75~1.15时,是获得复压效果的最佳区间,落入这一最佳区间内,且有注水井支持,处于有利的复压时机。