缝内转向压裂机理研究

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最小水平主应力方向诱导应力。④垂直于裂缝方向 的诱导水平应力最大，在初始裂缝方向的诱导水平 应力最小。 １．２孔隙压力变化诱导应力场 油井由于长期生产和注水会导致地层孔隙压力 下降或上升，从而引起原地应力状态发生改变。在水 力裂缝周围孔隙压力存在一定的梯度。随着油气生 产的进行，孔隙压力在裂缝周围的分布将很不均匀， 从而改变了地层中裂缝周围的孔隙压力梯度，导致 整个储层内的地应力重新分布。 随着大油气田开采及理论分析和室内实验的深 入，可以得出：油气藏的开采过程，是多相流体渗流 和油藏岩土的多孔介质变形的动态耦合过程，主要 表现为：①孔隙压力的改变引起岩石变形和有效应 力场的变化。②随着油气田开发的进行，生产及注入 都会引起孔隙压力发生改变。③地应力变化及岩石 变形会引起油藏物性变化．如渗透率、孔隙度、岩土 密度及孔隙压缩系数的变化，从而影响孔隙流体的 流动和开采。 在油气藏进行开采的过程中，油气水渗流及岩 石变形彼此是相互影响、相互制约的，具有很强的耦 合效应。温度变化诱导应力场在油气藏的开采过程 中，通常采用注水来保持地层能量进行开采，注水井 注水会引起地应力变化．体现在两个方面：一方面是 注入水进入储层，产生弹性应力；另一方面，注入水 和储层岩石之间存在温度差，冷水注入会引起油藏 内温度下降，引起岩石收缩，产生热弹性张应力，导 致地应力场变化。 当水力裂缝存在时，随着液体向裂缝中的注入， 流体沿着裂缝面的温度不断变化。储层内的温度变 化是由液体的不断推进引起的，储层内对流传热引 起温度变化。当液体以恒定的速率注入垂直裂缝时， 随着时间的改变，注入液体的前缘可近似为和裂缝
垂直裂缝缝内转向压裂前，储层应力场分布主 要由４个部分组成：初次人工裂缝诱导应力场、原地 应力场、温度变化诱导应力场、孔隙压力变化诱导应
力场。以下分别对引起原地应力场改变的初次人工 裂缝诱导应力场、孔隙压力变化诱导应力场、温度变 化诱导应力场进行说明。 １。１初次人工裂缝诱导应力场 从力学观点看，裂缝总是产生于强度最弱、抗力 最小的地方。所以，水力压裂的裂缝方向主要取决于 地层应力状态，也就是说，人工裂缝总是垂直于最小 主应力。 油气井被压裂后，孔隙压力在前一次裂缝周围 成渐进薄壁管，遇到套变严重井，渐进薄壁管可起到 防缓冲作用，管柱不被卡死。 １．４主要技术参数 适用工作套管内径西１１８ｍｍ～ｆｆＰｌ２４ｍｍ（５１／ ２ｉｎ），最大外径１１４ｍｍ，最小内通径３８ｍｍ，总长 １５００ｍｍ，验管压力５ＭＰａ，刀片打开压力６ＭＰａ～ ８ＭＰａ，工作温度１５０℃。 ２现场应用情况 ２０１３年实施了套管通井刮削一体化工具７６口 井，达到了工程设计要求，共减少工序１５２趟，节约 作业时间１４９天。该工具实现了一次管柱完成通井、
ａ
ｙｅａｒ
ｂｙ
ｇｕｉｄｅ ｐｉｐｅ ａｎｄ
ｓｅａｔ，ｆｒｏｎｔ ｆｌａｎｋ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ ｔｕｂｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｃａｎ ｂｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｒｉｆｔｉｎｇ． ｔｕｂｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｔｅｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉ
２０１０，８（１）：２１～２９．
Ｅ４－ｔ Ｅｓ－！
李铭．低渗透油田生产有效措施缝内转向压裂 技术［Ｎ］．中国石油报．２００６，７（１９）：６． 王伟．低渗透油田重复压裂工艺技术研究与应 用Ｉ Ｄ【．西安：西安石油大学．２００７．
万方数据
由地层裂缝诱发的应力图可以得出：①张开裂
缝诱导应力随着裂缝距离井眼的距离变化，距离越 远，诱导应力越小。②缝口张开裂缝的诱导应力最
大，裂缝底端所诱导的应力最小。③在重新压开的新
裂缝方向，最大水平主应力方向诱导应力明显高ｒ 试压和刮削套管三种功能，提高现场作业效率。 ３ 结论 ①应用套管通井刮削一体化工具．实现了．－次 管柱完成通井、试压和刮削套管三种功能．节约人点｝ 作业成本。②应用套管通井刮削一体化工具，提高’ｌｒ 现场作业效率，为发展井下作业新技术提供了新的 技术思路。 ［参考文献］ ［１］ 师成灿．一体化通井规的研制与应用ＥＪ］．中国 石油和化工标准与质量．２０１２，（１）：１０９．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄｒｉｆｔｉｎｇ ｓｃｒａｐｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｏｏｌ０
收稿Ｅｔ期：２０１４—１１—１６
万方数据
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内蒙古石油化工
根据岩石破裂准则和弹性力学理论．裂缝总是 沿着垂直于最小水平主应力方向起裂．所以重复豫 裂井中应力场分布决定了重复压裂产生新裂缝的最 佳时机、新裂缝延伸方向和延伸轨迹、新裂缝的裂缝 长度以及新裂缝的起裂位置和方位等。 ３．１ 缝内转向重复压裂新裂缝起裂和延伸机理 垂直裂缝井重复压裂施工前，初次裂缝产生的 诱导应力和油气井生产时的孔隙压力降低导致能层 应力下降，引起了井眼处及近井眼处应力方向发生 了转向，如果该井此时进行重复压裂，将可能产生垂 直于初次裂缝缝长方向上的重复压裂新裂缝。 因此，近井应力分布使重复压裂新裂缝垂直于 初次裂缝起裂是可行的，然而，这个影响仅仅适用于 距离井筒的有限距离。重复压裂新裂缝的继续延伸 过程中，储层中的应力分布在不断变化，并直接影响 和控制着裂缝延伸方向。 ３．２缝内转向重复压裂造新裂缝的力学条件 在垂直裂缝井的初始人工裂缝附近．平行和－砸 直初次水力裂缝缝长方向上都有由于水力裂缝、孔 隙压力的变化等因素诱发产生的张应力，但被远离 裂缝处诱发产生的压应力所平衡。垂直于裂缝Ｉ＿酊Ｉ： 的诱导张应力最初大于平行裂缝缝长方向上的张Ｊ、证 力。如果水力裂缝、孔隙压力的变化等因素诱导的应 力差大于初始水平应力差，则初始最大水平应力方 向将变为目前最小水平应力方向。 根据岩石断裂力学理论．裂缝总是垂直于最小 水平主应力方向起裂并进行延伸，重复压裂新裂缝 垂直于初始裂缝缝长方向起裂并延伸。 ３．３缝内转向重复压裂最佳时机 为了定量确定重复压裂产生新裂缝最佳时机． 需考虑裂缝转向前的长度及孔隙压力分布。重复胜 裂的间隔时间越长，裂缝转向前的长度越大。重复压 裂最佳时机是在这一时刻裂缝长度很长或裂缝延｛｝｜Ｉ 到的区域孔隙压力很高，当地层应力分布及油藏特 性已知时，就可以确定重复压裂最佳时机。
２０１５年第１期
内蒙古石油化工
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缝内转向压裂机理研究
李涛涛
（西安石油大学，陕西西安７１００６５）
摘要：随着大多数油田进入中、高含水期的开发阶段，高产稳产的难度越来越大．由于油藏非均质 性的影响，导致油井含水上升速度快；油井酸化后，出现了在增油的同时油井产出液含水大幅度上升的 问题；转向压裂作为老油气田综合治理、控水稳油以及提高油气产量和油田最终采收率的重要组成部 分，本文对其压裂机理进行简要说明。 关键词：高含水；缝内压裂；压裂机理 中图分类号：ＴＥ３５７．１＋１ 文献标识码：Ａ １缝内转向压裂前应力场分布状况 文章编号：１００６—７９８１（２０１５）０１一００４９—０２ 呈椭圆形状进行分布。随着油气的生产．孔隙压力，ｎｉ 裂缝周围分布很不均匀，改变了地层中裂缝周ｆ科的 孔隙压力梯度，从而导致整个储层内的地层应力厦 新分布。油气井在生产的过程中，流体从孔隙中慢慢 流出，降低了地层的孔隙压力，储层中岩石出现了发 生体积收缩的趋势，储层发生岩石变形的趋势受到 限制，岩石的体积收缩趋势为地应力减小，由此降低 了地应力。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｗｏｒｋｌｏａｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｙｅａｒ，ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｒｉｆｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｃｒａｐｉｎｇ ｔ００１．Ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ａｎｄ ｓｃｒａｐｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｊｏｂｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｉｎｔｏ
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Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｒｉｆｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓｃｒａｐｉｎｇ Ｔｏｏｌ ＺＨＡＮＧ，Ｊｕｎ－－ｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｓｈｏｕ—ｇｅｎ，ＪＩＡＮＧ Ｊｉａｎ－－ｈｌ‘ａ，ＦＥＮＧ Ｃｈｕｎ—ｙａｈ、ＢＡＩ Ｈａｌ—ｈｕｉ （Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｌａｎｔ Ｏｆ Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ）
共焦的椭圆。如果储层温度与注入液体温度之间存
在差异，那么岩石温度明显变化的区域就是和裂缝 共焦的椭圆。 ２缝内转向压裂机理 根据岩石破裂准则和弹性力学理论，裂缝总是 沿着垂直于最小水平应力方向启裂，因此，重复压裂 井中的应力场分布决定了重压新裂缝的启裂和延 伸。垂直裂缝井中，张开的初次人工裂缝产生诱导应 力以及生产活动引起的孔隙压力变化改变了油气井 Ｊ．ｆｌ围的应力分布状况，当诱导的应力差足以改变地 层中的初始应力差，则在井筒和初始裂缝周围的椭 圆形区域内应力重定向：初始最小水平应力的方向 可能转变为目前最大水平应力方向，而初始最大水 平应力的方向则变为目前最小水平应力方向。实施 转向重复压裂可以在储层中打开新的流体流动通 道，更大范围地沟通老裂缝未动用的油气层．大幅度 增加油气产量，进一步提高油藏的开发效果。 ３缝内转向压裂造新缝的力学机理
ｃａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｅｖｅｒｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃａｎ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ １—２ ｄａｙｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｓｔｓ．ｉｍ
ｐｒｏｖｅ
ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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ｏｐｅｎ ｕｐ
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ｎｅｗ ｗａｙ．
结论
本文对转向压裂前的地层应力情况以及转Ｉ训ｋ 裂机理进行了简单说明。 ［参考文献］ ［１］ ［２］ 熊友明．国内外泡沫压裂技术发展现状ＥＪ－Ｊ．钻
采工艺，１９９２，ｌ（４）：４６～５５．