暂堵压裂技术研究与现场报告

吐哈油田重复压裂技术研究报告一、立题依据与设计指导思想1、选题针对性：吐哈油田随着开发的深入，早期压裂的一类储层的水力裂缝已经失效或者产生堵塞，如鄯善油田91-93年整体压裂所形成的裂缝导流能力已从60μm2.cm降至97年的6μm2.cm，原有裂缝的渗透性能大大降低甚至失去作用。同时，由于早期压裂改造规模不够，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，或者提高砂比/砂量以增加裂缝导流能力，才能提高井的产能；另外，经过长时间的开采之后，早期压裂裂缝所控制的原油已基本采尽，远裂缝带的原油无法及时补充，且长时间的注水开采使得注水前沿向生产井推进，有些老裂缝已成为水的主要通道，这在很大程度上影响了生产井的产量。因此，采取永久封堵老缝压开新裂缝的重复压裂技术：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。如果井的含水不高，可以采取暂时封堵老缝压开新裂缝的重复压裂技术：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，施工结束后老裂缝堵剂自行解堵，生产时同时发挥老裂缝和重复压裂新裂缝的作用，获得更好的增产效果。2、技术路线：该项目立项之后，根据项目计划，依据吐哈油田研究工区储层资料、压裂施工参数与压裂压力数据，确定油田开发初期地应力，考虑人工裂缝、生产过程对地应力场的影响，再结合最小水平主应力原理确定重复压裂裂缝延伸方式。根据单井拟合分析结合正交设计原理研究不同参数对重复压裂生产动态的影响，确定重复压裂的技术界限。第一步：进行理论研究：搞清裂缝转向的主要机理、裂缝转向的必要条件、油田就地应力参数及分布情况、压裂时机的选择等。技术关键是裂缝转向条件、地应力参数确定及压裂时机的选择等方面的研究。第二步：进行室内试验：主要是对暂堵剂的材质、用量、耐压强度、破碎率、突破压差、造壁性、封堵率、溶解性以及对地层的伤害性进性试验；技术关键是在室内取得暂堵剂耐压强度、突破压差及封堵率等方面的参数。第三步：优化设计：用FracProPT压裂软件对暂堵与转向压裂施工参数进行模拟，优化施工参数，确定暂堵剂的加量、加入方式等。技术关键是对暂堵剂加量、施工参数进行模拟、优化及研究。第四步：现场试验阶段：按照设计要求进行现场施工试验。技术关键是根据现场压力变化，及时调整泵注程序和暂堵剂的加量，在施工成功的前题下尽可能取得最好的暂堵与转向效果。第五步：压后评估分析：通过裂缝监测、施工压力判断、压裂前后产量对比、ISIP曲线分析、G函数曲线分析来判断裂缝转向情况。技术关键是通过压后评估方法来确定裂缝是否已发生转向。3、国内外研究动态：水力压裂技术作为油气井增产、水井增注的进攻性措施已广泛应用于低渗透油气田的开发。自1947年开始迄今己有50多年，水力压裂就技术而论已成为低渗透特低渗透油气藏开发不可或缺的、成熟而有效的石油工程技术，对于具有不同油气藏地质、开发与开采特点以及解决在不同阶段存在的主要问题时又在不断发展、提出新思路和发展新方法。早在60年代国外就开始了重复压裂研究，由于当时技术与认识水平限制，一般认为重复压裂是原有水力裂缝的进一步延伸或者重新张开已经闭合的水力裂缝。80年代中期，随着油气价格变化和现代水力压裂技术发展，国外（主要是美国）又将重复压裂作为一项重要的技术研究课题，从重复压裂评估、重复压裂造缝机理和造新缝的可能性、重复压裂选井评层原则、重复压裂设计与施工等方面进行了理论研究和现场实验分析，使重复压裂技术取得了一系列重大进展。1987年美国能源部在多井实验中进行改变应力的压裂实验，首先证明了地应力场受到邻井裂缝影响。Dowell公司根据实验和模拟地应力研究认为，地层中存在支撑裂缝将改变井眼附近应力分布，使重复压裂的起裂方位垂直于初次裂缝，离开井眼一定范围后再转向到平行于初次裂缝方位延伸。Bruno&Nakagawa实验证明：孔隙压力改变可能引起裂缝重定向，在原地应力不起控制作用下裂缝可能转向局部孔隙压力更高的方向。Chen&Minner等研究认为孔隙压力变化导致新裂缝近似垂直于前次裂缝或与前次裂缝成一锐角。Chevron石油技术公司在美国LostHill油田的测试表明，重复压裂裂缝方位与初次裂缝方向偏移30°；Unocal公司在Van油田的重复压裂测试证实了重复压裂裂缝可能与前次裂缝方位偏离60°。这些实验与研究有力的推动了重复压裂技术的发展，取得了极其显著的经济效益。例如，美国最早开发的油田之一Rangely油田，许多井重复压裂达4次，成功率达70-80％；以美国阿拉斯加KuparukRiver油田的385口生产井中重复压裂185日井后采油指数平均提高了两倍。近年来国内大庆、胜利、长庆、大港、吉林等油田也进行了大量的重复压裂作业，并从理论和实践上作了一定的探索，取得了一些经验与认识。从1995年开始，辽河油田、长庆油田、新疆油田、胜利油田、南阳油田和中原油田等开展了重复压裂技术研究。分析了压裂裂缝失效的可能原因，提出了重复压裂的技术界限与重复压裂时机。在长庆油田展开了高含水期堵老缝压新缝的重复压裂试验，取得了很好的增产效果，开辟了重复压裂研究的新方向。目前国内外在重复压裂研究领域获得的主要认识有：（1）重复压裂的水力裂缝方位可能与第一次形成的裂缝方位有所不同，即重复压裂可能产生新的水力裂缝；（2）重复压裂应重新优选压裂材料；（3）重复压裂的施工规模必须大于前次压裂施工规模。国内外虽已做了多年的重复压裂的研究工作，在重复压裂作用机制、裂缝重定向以及重复压裂施工工艺方面摸索出了初步的经验，得到了许多有用的结论，然而，由于重复压裂研究中本身机理的复杂性，导致大部分研究结论尚属于定性的经验总结或者处于现场试验阶段，需要上升为理论，并进行定量研究，从而提高重复压裂成功率和重压增产效果。目前，关于重复压裂采用什么方式为最佳方式，尚无定论。在压裂中，由于老裂缝经多次压裂，油流通道受到多次污染等原因，从而使导流能力降低，达不到理想的压裂效果。针对这种情况，对主裂缝采用暂堵方式，在新的方向开启裂缝，扩大泄油区的理念就应运而生了。有很多从事油田开发的单位都在对这一理论进行研究，这是专门针对重复压裂的一项全新的理念，也是一个新的走向。4、开题理由：吐哈油田一类储层控制着油田60％的储量，但目前采收率仅有22.6％左右，仍有大量的剩余油储量需要挖潜，如何才能将剩余储量采出，以提高采出程度，就成为三大油田稳产的关键。因此，研究和应用暂堵与转向重复压裂技术对吐哈油田的稳产有着巨大的意义。为此，中国石油天然气集团公司将重复压裂技术研究与应用列为“十五”期间关于油气层改造的一个重点科技攻关项目。5、试验具备的条件：吐哈油田配备有压裂、酸化等专业化实验室，装备有自动驱替装置、DL55自动电位滴定仪、RV20流变仪、润湿角测定仪、裂缝导流仪、旋转粘度计、酸液动态腐蚀仪、多功能驱替系统等国内外一流的大型试验设备及常规试验设备，专业化实验室主要开展酸化、压裂技术的室内研究工作，包括机理研究、评价实验、配方研究、岩心试验等。⑴裂缝导流仪技术指标：试验温度:204℃流动压力:6.89MPa最大闭合应力:103.4MPa充填面积：64.5cm2充填厚度:0.25～1.27cm功能：支撑剂导流能力评估；支撑剂性能检测⑵动态腐蚀仪技术指标：试验最高温度：204℃最大压力：10000Psi反应釜容积：500ml试片：50mm长×10mm宽×3mm厚转速：10000转/min功能：动态静态腐蚀评价；酸岩反应机理研究；缓蚀剂优选评价。⑶RV20、VT550旋转粘度计技术指标测量范围：0.02—106mPa.S剪切速率：0.01—1750s-1试验温度：-30to150℃压力：0to10MPa功能：测定流体粘度,流体流变特性参数6、主要内容创新程度本项目的主要创新点：⑴完成了对重复压裂机理的研究，确定了吐哈油田实施重复压裂的可行性；⑵制定了重复压裂选井、选层的方案和优化设计方案，确定了压裂井层厚度、孔隙度、渗透率、压前含水、地层压力等的选井选层范围和界限；⑶开展了地应力以及裂缝方位的研究，确定了裂缝转向的效果评价方法：裂缝监测、施工压力判断、压裂产量对比等；⑷完成了暂堵剂的室内评价，优选了合理的使用用量与浓度，确定了转向剂的加入量和加入时机，选择出适合吐哈油田的堵剂。7、关键技术的实施方案及采取的措施⑴重复压裂井的应力变化能否形成新的人工裂缝。解决该关键问题的主要措施在于全面分析和描述人工裂缝、地层流体压力变化、孔隙热弹性应力、邻井注水/生产活动都产生新的诱导应力；⑵堵老缝造新缝重复压裂的时机。解决该关键问题的主要措施是搞清油田目前的就地应力及诱导应力状况，然后依据压裂裂缝开启原理进行确定：根据最小主应力原理，重复压裂裂缝方位依然取决于储层应力状态，不以人们的主观意志为转移而受客观应力条件控制。如果σxmin+σx诱导σymax+σy诱导，可以形成新裂缝。⑶如何实现堵老缝造新缝重复压裂。实践证明采用高强度裂缝堵剂封堵老裂缝是有效的。8、主要技术内容达到的指标和技术经济效果经济技术指标：⑴现场试验应用10井次，压裂施工成功率≥90%，有效率≥80%⑵措施后单井增油≥6m3/d，有效期≥120天⑶施工最高砂比大于50％，平均砂比大于35％，加砂强度大于1.5m3/m.⑷单井增油按6m3/d计算，有效期按180天计算，按10井次压裂计算，年增油量=6m3/d/口井×180天×10口井=1.08万方⑷经济创效1500万元以上。技术经济效果：该项目目前已在现场成功应用42口井，施工成功率95%，有效率92%，平均单井增油达5.3t/d，平均有效期180天，累计增油16000t，按每桶原油55美元计算，已取得4300多万的经济效益。该技术的成功应用，必将大大增大吐哈油田的采收率，进而大大增加吐哈油田的开采周期，也将为地方经济建设做出贡献，因此，该项技术的成功应用也具有巨大的社会效益。二、试验材料与方法1、试验材料⑴裂缝堵剂PG体系①长效PG-1体系PG-1作为堵老缝压新缝的堵剂，是由高分子量低水解度聚丙烯酰胺与预成胶剂及成胶剂组成的混合物体系。预成胶剂可在30℃以下发生部分交联作用，使其在一定程度上预先形成凝胶体。预凝胶体进入目的层后，在油藏温度条件下(30-80℃)，聚丙烯酰胺与成胶剂再起作用，发生进一步的交联反应，形成更高强度和更高粘附力的裂缝堵剂。②PG-2暂堵剂PG-2暂堵剂是为中低温（30-80℃）油藏设计的，其性能要满足在岩石表面具有较强的粘附性，并容易破胶返排。采用在堵剂体系中加入微胶囊破胶剂的办法实现堵剂破胶化水。⑵裂缝堵剂PLS体系①长效PLS-1体系长效PLS-1体系是一种聚合物和层状硅酸盐的复合材料。其优点为：由于有机与无机共混，该体系耐高温（30-130℃）、高盐（Na+0-25万mg/L）、胶体强度高(50Mpa/m)、韧性好（韧性系数接近1）和高突破压力及有效期长。②PLS-2暂堵体系该技术是基于PLS-1堵剂的基础上研制的，将破胶剂制成破胶胶囊，施工时和堵剂溶液一起混合，随着微胶囊缓慢释放破胶成分，从而实现堵剂的破胶化水。该堵剂破胶后容易返排，破胶时间2-12小时。⑶裂缝堵剂DX-1体系产品外观：棕黑色不规则长方体固体颗粒颗粒体积：长×宽×高≈6mm×4mm×3mmDX-1体系的特点是用量少，强度大，易进入炮眼和裂缝，在压力差下形成高强度的滤饼，具备好的封堵率，压后完全溶解，对地层伤害小。⑷裂缝堵剂XN—PG体系XN—PG主要是由高分子量低水解度聚丙烯酰胺与预成胶剂及成胶剂组成的混合物体系。预成胶剂可在30℃以下发生部分交联作用，使其在一定程度上预先形成凝胶体，预凝胶体进入目的层后，聚丙烯酰胺在油藏温度条件下与成胶剂再起作用，发生进一步的交联反应，形成更高强度和更高粘附力的堵缝剂。2、试验方法高速搅拌溶解法：将定量堵剂放入搅拌机中，以1000r/min速度搅拌，以模拟进入压裂管汇的剪切状态，搅拌10min后，观察堵剂颗粒形状完整性，计算溶解率。压力机高压破碎法：将一定量堵剂均匀