转向压裂

第一章 概述......................................................... 2 第二章 技术原理.................................................... 4 一、暂堵转向重复压裂技术原理： .................................. 4 二、破裂机理研究 ................................................ 5 三、重复压裂裂缝延伸方式 ........................................ 7 第三章 重复转向压裂时机研究........................................ 11 1、影响重复压裂效果因素 ........................................ 11 2、选井选层原则 ................................................ 11 3、压裂时机确定 ................................................ 11 第四章 暂堵剂（转向剂）............................................ 12 1、堵剂性能要求： .............................................. 12 2、堵剂体系 .................................................... 12 3、水溶性高分子材料堵剂 ........................................ 13 4、配套的压裂液 ................................................ 15 第五章 转向压裂配套工艺技术........................................ 15 1、缝内转向压裂工艺技术 ........................................ 15 2. 缝口转向压裂工艺技术 ........................................ 17 3、控制缝高压裂技术 ............................................ 19 4、端部脱砂压裂技术 ............................................ 20 第六章 工艺评价................................................... 20 1.裂缝监测 ..................................................... 20 2.施工压力 ..................................................... 20 3.产能变化 ..................................................... 21 第一章 概述 我国发现的油气藏中60%以上为低渗透油气藏，往往具有非连续、非均质、各向异性的特点。 低渗油藏必须进行压裂改造，才能获得较好的效果。随着开采程度的深入，老裂缝控制的原油已近全部采出，传统的平面水力裂缝设计方法和压裂技术已不能满足这类油藏开采的需求。可以实施暂堵转向重复压裂，在纵向和平面上开启新层，开采出老裂缝控制区以外的原油,有效的稳油控水、提高原油产量和油田采收率，实现油田的可持续发展。 目前,国内外的重复压裂实践主要有以下三种方式:①层内压出新裂缝;②继续延伸原有裂缝;③转向重复压裂。 对于重复压裂中出现的裂缝转向,目前认为主要有三种不同方式:①地应力反转;②定向射孔诱导;③桥堵转向压裂工艺。 对于低渗储层,由于出现地应力场反转的难度较大,而采用定向射孔压裂造成裂缝转向,对储层伤害较大。近些年,利用桥堵作用堵塞裂缝,形成转向的新裂缝的压裂工艺(缝内转向与缝口转向),经过现场实践,增产显著,逐步成为低渗储层重复改造的首选工艺。 在大规模试验研究的基础上，经过工艺优化配套，建立了以缝内转向压裂工艺为主导的低渗透重复压裂新模式。它有效地在疏通原有人工主裂缝基础上形成了新的支裂缝，沟通了“死油区”，扩大油井泄油面积。 低渗透油田缝内转向压裂工艺的关键技术是缝内转向剂技术。依靠该技术产品，实现了裂缝延伸的暂时停止，达到了在缝内某一位置实现裂缝转向的目标。为证实缝内转向压裂沟通微裂缝和形成新裂缝，利用微地震法在施工时裂缝延伸进行动态监测。综合分析水力压裂裂缝延伸监测结果、重复压裂效果、施工压力特征，能证明缝内转向重复压裂在疏通原有裂缝的基础上，是否产生了沟通微裂缝或者形成新裂缝。 缝内转向压裂工艺在低渗透油田应用概况： 在老井上的应用概况： 2002-2007年，缝内转向压裂工艺在老井上推广应用487口井，增产效果明显。安塞油田应用332口井，日增油1.40t，陇东油田68口井，日增油1.95t。已逐渐成为长庆、低渗透油田老井重复压裂主要推广技术之一。 在新井上的应用概况： 2006年缝内转向压裂工艺技术在新井共推广应用46口井，在储层条件明显差于常规压裂井的前提下，试油产量及投产产量接近或高于常规压裂井。这说明以缝内转向压裂工艺为主体的复合压裂技术对储层的改造更为彻底，因此油井生产能力要高于常规压裂井。 3.转向压裂与常规重复压裂对比 常规重复压裂主要以解除堵塞及延长老裂缝为目的,而转向压裂主要以形成新裂缝为目标,分析认为相对于常规重复压裂,转向压裂具有较好的发展优势(见表1)。 第二章 技术原理 一、暂堵转向重复压裂技术原理： 转向压裂：在压裂施工中,应用化学暂堵剂的桥堵作用暂堵老缝或已加砂缝，,提升井底静压力,使流体在地层中发生转向,形成不同于老裂缝方向的新裂缝或使压裂砂在裂缝中均匀分布,从而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,增加油气产量,这样的工艺过程称之为转向压裂。 主要作用有：纵向剖面的新层启动； 重复压裂的平面上的裂缝转向； 裂缝单向延伸的控制。 可广泛应用于重复压裂、细分层压裂、套变井及落物井压裂。 暂堵转向重复压裂技术的实施方法是在施工过程中实时地向地层中加入化学暂堵剂，该剂为粘弹性的固体小颗粒，遵循流体向阻力最小方向流动的原则，转向剂颗粒进入井筒的炮眼，部分进入地层中的裂缝或高渗透层，在炮眼处和高渗透带产生滤饼桥堵，可以形成高于裂缝破裂压力的压差值,使后续工作液不能向裂缝和高渗透带进入，从而压裂液进入高应力区或新裂缝层，促使新缝的产生和支撑剂的铺置变化。产生桥堵的转向剂在施工完成后溶于地层水或压裂液，不对地层产生污染。 针对不同储层特性、不同封堵控制的作用，经过拟合计算确定不同的有效用量。通过特殊工艺技术,可实现支撑剂均匀分布。

二、破裂机理研究 根据弹性力学理论和岩石破裂准则，裂缝总是沿着垂直于最小水平主应力的方向启裂，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。 1、储层原地应力场 地下岩石的应力状态，可以用三个相互垂直且不相等的主应力表示。

地应力 测量井径变化 岩心测试

大小 方位

水力压裂测试 阶梯式注入/返排测试方法

测井资料解释 声波测定 地电测定 2、诱导应力场 （1）裂缝诱导应力场 x=0处，诱导应力最大，离缝越远，诱导应力越小，一定距离处，诱导应力变为零； 缝口诱导应力最大，缝端诱导应力最小； 垂直于裂缝方向诱导水平应力大，裂缝方向诱导水平应力小。

（2）生产诱导应力场 油井长期生产，通常会导致地层孔隙压力下降，引起原地应力状态的改变。研究表明：孔隙压力减少，使水平应力降低。且在裂缝方向强于垂直于裂缝方向的区域。所以最大水平主应力减小得比最小水平主应力多。 3、破裂机理研究 初次人工裂缝诱导应力以及生产诱导应力改变了油气井周围的应力分布状况 。 当诱导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，从而新裂缝发生转向。 三、重复压裂裂缝延伸方式 1、新裂缝延伸规律 重复压裂能否形成新裂缝，主要取决于储层地应力场变化的结果。 垂直于裂缝方向附加的诱导应力大，裂缝方向上附加诱导应力小,可能使σxmin+σx诱导>σymax+σy诱导，重复压裂裂缝的重新定向就有可能发生。 井筒附近重复压裂新裂缝将以与初始裂缝呈90 °的方位角延伸。距井筒一段距离后，裂缝仍沿原来的方位延伸。2、裂缝转向后扩展方向 （1） 储层岩石应力强度因子 应力强度因子是描述缝端附近应力场强弱的重要参数。压剪情况下含裂缝单元体的受力条件如下图所示 ：

根据断裂力学理论，裂缝端部应力强度因子: aKI aKII

已知 I

K 和IIK ，即可计算出等效应力强度因子 和裂缝扩展角度 0

 ：

ICIIIeqKKKKsin232cos2cos2





22220983arcsinIIIIIIIIIIIKKKKKKK



等效应力强度因子eqK = ICK 时，裂缝开始延伸 。 3、裂缝转向后延伸方向与缝长 具体步骤： (1) 计算 I

K 、IIK 和 eqK ；

(2) 裂缝开裂判断。（ eq

K 、ICK ）

(3)根据得到的 0

 ，沿着原裂缝逆时针方向令裂缝扩展某一小

量长度Δa ,求出新 eq

K ;

(4)判断裂缝是否继续扩展 ,若扩展，计算 θ1

;

(5)计算重复压裂转向裂缝延伸轨迹坐标方程和转向裂缝延伸长度。

(6)当裂缝与初始水力裂缝平行或者eqK 《ICK 时，转向裂缝延伸完毕，否则，回到步骤(3)继续计算 。