压裂过程中多裂缝产生因素分析及处理措施

压裂过程存在多裂缝是近年来对压裂技术的新认识,多裂缝的存在对压裂施工及压后产能都会产生较大的负面影响,而处理多裂缝是压裂改造技术的一个难点。从提高压裂成功率及压后效果的角度出发,分别分析了多裂缝的形成原因及几何形态,研究了多裂缝的理论特性,在研究现场施工曲线的基础上归纳了多裂缝敏感性特征,最终从根本避免产生多裂缝和减少多裂缝的负面影响两个方面提出了优化钻井方案、优化射孔井段、采用定向射孔、优化施工排量及增加液体黏度等多种措施。同时笔者提出了处理多裂缝问题的艰巨性,需要进一步研究新工艺、新措施,为进一步认识、研究和处理多裂缝提供了理论依据和技术支持,为复杂储层的压裂改造提供了参考。     

水力压裂多裂缝产生机理及影响因素

在对某些复杂地层进行水力压裂施工时，常会遇到异常高压及脱砂现象，有时还会导致施工的失败，而多裂缝是产生这些现象的主要原因。本文从水力压裂的原理出发，采用机理剖析的方法，分析了导致多裂缝产生的主要因素。分析认为，多裂缝的格局取决于小裂缝能否顺利连接，地应力状况对裂缝的连接与起裂方位有重大影响；天然裂缝的发育程度是决定多裂缝起裂的重要因素；地层的倾斜与井眼斜度、起裂方位、射孔等对裂缝的连接起支配作用。搞清多裂缝的产生机理对水力压裂过程中预防多裂缝的产生有着重要的意义。     

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中原油田属于地质构造复杂的断块油气田，储层物性差，具有低渗、埋藏深、温度高、层多、层薄、跨距大、射孔井段长、非均质性严重、单井产量低的特点，大部分井层需经过压裂改造方可投入生产，水力压裂改造是中原油田油气井增产稳产的主要手段。目前油田已处于开发的中后期，为有效地开采地下剩余油，所打的新井大部分均为定向斜井，这些井也需要进行压裂改造才能投入生产。在对这些斜井进行压裂改造的初期，采用常规的工艺方法，施工过程中时而发生砂堵现象，施工成功率不高。在对砂堵的原因进行分析后，认为相对于直井来说，斜井压裂更易产生弯曲裂缝及多裂缝，而弯曲裂缝及多裂缝是造成近井地带脱砂而发生砂堵的主要原因。为解决弯曲裂缝及多裂缝造成的问题，除采用提高施工排量、适当增加前置液比例、适当提高压裂液粘度、不过分追求施工后期高砂比等工艺措施外，主要就是应用了前置液支撑剂段塞工艺，减少了斜井压裂施工过程中的砂堵现象，施工成功率得以大幅提高。     

克拉美丽气田石炭系火山岩压裂改造规律探索

准噶尔盆地克拉美丽气田石炭系火山岩储层的压裂改造是其“增储上产”和产能评价的重要手段,然而,储层发育部分连通性不佳的微细裂缝在压裂后易于形成复杂裂缝,包括转向裂缝、鱼刺状小裂缝、不同方位的多裂缝、同方位的多裂缝及纵向上的多裂缝等。为此,利用诊断复杂裂缝的近井筒效应分析技术、压裂施工过程分析技术、压后压力分析技术,进行了10井次的对比分析。结果表明：10口井压裂没有产生大的分支裂缝,但是全都产生了裂缝弯曲,其中有50%为轻微弯曲,20%为中等弯曲,30%为严重弯曲。进而得出了克拉美丽气田石炭系火山岩压裂一般不会产生较大的分支裂缝,但是总会产生不同程度的裂缝弯曲的初步认识。     

地面测斜仪压裂裂缝监测技术及应用

了解压裂裂缝的产状、方位和倾角等参数对合理布置井网、优化压裂设计、科学设计井筒轨迹等具有重要意义。在水力压裂中,裂缝诊断技术是人们认识和评价压裂裂缝扩展的重要手段。地面测斜仪水力裂缝监测技术是常用的裂缝监测技术之一,可用来确定裂缝的形态、方位和倾角。针对火山岩储层压裂裂缝复杂的问题,采用地面测斜仪压裂裂缝监测技术对火山岩储层1口水平井压裂裂缝进行了监测,结果表明,火山岩储层压裂裂缝形态复杂,具有垂直缝、垂直缝和水平缝相交的复杂缝以及多裂缝等特征,因此,在压裂设计中,应充分考虑裂缝的复杂性,为优化压裂设计和布置井网提供指导。     

射孔对水力压裂多裂缝的影响

为了深刻认识射孔方式如何影响水力压裂的多裂缝问题,在对已报道的实验结果及文献的研究基础上,采用了理论模拟、实例剖析、归纳总结等手段,得到以下结果:(1)射孔方式影响人们对压裂施工压力的大小与多裂缝条数多少的判断.不利的射孔深度、射孔方式能够增加施工压力,影响对等效裂缝条数的判断,减小裂缝的有效宽度,造成加砂压裂困难.(2)射孔方位与多裂缝的形成密切相关.对于具有不利的地应力对比的构造或改造目的层而言,能够造成同方位的多裂缝,导致加砂压裂困难,此时应根据地应力状态选择合理的射孔方式;不同的射孔方式还可能直接造成不同方位的多裂缝,影响压裂改造的效果.(3)射孔长度影响多裂缝的条数.对于裂缝性地层而言,射孔长度与多裂缝条数有着直接的关系,同样影响着加砂压裂的成功与否,而适当缩短射孔段长度对石炭系地层的压裂改造有着积极的意义.结论为:射孔对水力压裂改造中的多裂缝现象具有重要的影响和支配作用.     

定向井压裂特征及原因分析

为了减小定向井的压裂施工难度,提升定向井增产效果,对定向井压裂中表现出的特征进行了研究和分析.定向井压裂通常表现出以下特征:施工泵压较直井高;施工难度较直井大;压后效果普遍较直井差;当井筒方位与地应力场最大水平主应力方向垂直时,施工难度更大,并易砂堵.研究分析其原因有:裂缝空间转向、近井效应和多裂缝的形成造成定向井压裂施工难度大和压后效果普遍较直井差;井筒方位与最大水平主应力方向垂直时,压裂中更易产生多裂缝且很难形成单一的主裂缝,导致施工难度极大、易砂堵.研究为正确实施定向井压裂和提高单井产能提供了技术支持,同时为定向井储层改造工艺技术进步奠定了重要基础.     

射孔参数对水力压裂效果的影响实例分析

低孔低渗储层需要通过压裂改造才能获得产能,而射孔参数的选择直接影响到低孔低渗储层压裂改造的效果及成功率。通过研究射孔参数对压裂施工影响及现场应用实例对比,得出：射孔深度对施工压力有一定影响,但是影响较小;射孔方位影响到施工压力、裂缝转向以及裂缝形态,它影响到施工的成败;射孔高度影响压裂改造效果．尤其是对有底水的复杂储层。     

公山庙油田沙溪庙组油藏压裂裂缝形态研究

公山庙油田沙溪庙组储层天然裂缝较为发育,通过对储层天然裂缝特征、地应力状态、施工资料和微地震资料的综合分析,研究了该区压裂形成的人工裂缝形态。研究表明该区压裂形成的人工裂缝形态主要受地应力状态控制,压裂过程中形成的裂缝以水平裂缝为主;天然裂缝对压裂裂缝形态有重要影响;压裂形成的人工裂缝沟通天然裂缝,形成了复杂的裂缝形态,有效地提高了储层改造体积,实现了对Ⅲ类致密油储层的有效改造。     

砾石影响下裂缝扩展规律数值模拟

大规模水力压裂是致密砂砾岩储层经济高效开发的必备技术,砾石参数是影响水力裂缝形态以及整体改造效果的关键因素。砾石的存在使压裂改造施工难度增大,裂缝形态复杂、迂曲度高,支撑缝长较短,难以达到设计的裂缝导流能力。基于连续-非连续单元法（CDEM）,建立了含砾石二维流-固全耦合裂缝扩展模型,系统研究了应力差、砾石含量和施工排量对裂缝扩展形态的影响。数值模拟结果表明：基于CDEM方法的多相复合介质水力压裂模型能够准确模拟砾石影响下裂缝扩展形态;裂缝遇到高强度砾石时易偏转绕流,产生迂曲裂缝;高应力下,水力裂缝先绕砾偏转,后转向至水平最大主应力方向扩展;砾石影响下,裂缝扩展会憋压形成“高压区”,促进产生局部微裂缝,提高储层改造体积。研究为砂砾岩储层压裂设计优化奠定了理论基础。