人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用

谷文彬 裴玉彬 赵安军 王涛 蔡军 吴凯凯

谷文彬, 裴玉彬, 赵安军, 王涛, 蔡军, 吴凯凯. 人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用[J]. 石油钻采工艺, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
引用本文: 谷文彬, 裴玉彬, 赵安军, 王涛, 蔡军, 吴凯凯. 人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用[J]. 石油钻采工艺, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
GU Wenbin, PEI Yubin, ZHAO Anjun, WANG Tao, CAI Jun, WU Kaikai. Application of artificial barrier technology to fracture height control in fracturing wells[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
Citation: GU Wenbin, PEI Yubin, ZHAO Anjun, WANG Tao, CAI Jun, WU Kaikai. Application of artificial barrier technology to fracture height control in fracturing wells[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020

人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用

doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
详细信息
    作者简介:

    谷文彬(1983-),1987年毕业于武汉地质学院石油地质专业,获工学学士学位,现从事石油天然气地质研究,高级工程师。通讯地址:(062552)河北省任丘市华北油田勘探部。E-mail:ktb_gwb@petrochina.com.cn

  • 中图分类号: TE357.1

Application of artificial barrier technology to fracture height control in fracturing wells

  • 摘要: 压裂施工中,如果隔层的遮挡能力较差,裂缝就会穿过隔层,含水层离产层较近的情况下还会引起含水急剧上升,影响压裂效果,甚至造成压裂失败。为了提高压裂作业的成功率,对缝高控制技术进行深入研究,实验分析了人工隔层上转向剂和下转向剂的上率浮、沉降率、上浮相对速率、沉降相对速率及隔层应力提高率,优选出了上转向剂KR2(上浮率为97%,上浮相对速率1.78,突破压力提高7.23 MPa)和下转向剂KR4(沉降率为98%,沉降相对速率1.83,突破压力提高6.29 MPa)。现场试验中,上转向剂的加入很好控制了裂缝在高度上的延伸,控缝高效果显著,人工裂缝高度降低2.7 m且未压穿水层,为以后控缝高压裂井的施工提供了很好的参考。
  • 图  1  上转向剂KR1、KR2压裂曲线

    Figure  1.  Fracturing curve of floating diversion agents KR1 and KR2

    图  2  下转向剂KR3、KR4压裂曲线

    Figure  2.  Fracturing curve of settling diversion agents KR3 and KR4

    图  3  未加上转向剂的FracProPT模拟

    Figure  3.  FracProPT simulation without floating diversion agent

    图  4  加上转向剂的FracProPT模拟

    Figure  4.  FracProPT simulation with floating diversion agent

    图  5  M井压裂施工曲线

    Figure  5.  Fracturing curve of Well M

    图  6  压前压后井温测井曲线

    Figure  6.  Temperature log before and after the fracturing

    表  1  不同转向剂材料编号

    Table  1.   Material No. of different diversion agents

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    表  2  上浮沉降实验结果

    Table  2.   Results of floatation and settlement experiments

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    表  3  突破压力实验结果表

    Table  3.   Results of breakthrough pressure experiment

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    表  4  M井综合测井解释

    Table  4.   Comprehensive logging interpretation of Well M

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    表  5  49号小层微地震裂缝监测结果

    Table  5.   Micro seismic fracture monitoring result of 49#

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  • [1] 赵贤正, 才博, 金凤鸣, 罗宁, 王霞, 何春明.富油凹陷二次勘探复杂储层油气藏改造模式——以冀中坳陷、二连盆地为例[J].石油钻采工艺, 2016, 38(6): 823-831.

    ZHAO Xianzheng, CAI Bo, JIN Fengming, LUO Ning, WANG Xia, HE Chunming. Stimulation mode of complex oil and gas reservoirs in oil-rich sag during the secondary exploration: the case study on Jizhong Depression and Erlian Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2016, 38(6): 823-831.
    [2] 余东合, 梁海波, 余曦, 罗炯, 车航, 刘国华.华北油田水力压裂实时预警系统[J].石油钻采工艺, 2015, 37(2): 85-87.

    YU Donghe, LIANG Haibo, YU Xi, LUO Jiong, CHE Hang, LIU Guohua. Real-time warning system for hydraulic fracturing in Huabei Oil field[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2015, 37(2): 85-87.
    [3] 胡永全, 赵金洲.人工隔层性质对控缝高压裂效果的影响研究[J].钻采工艺, 2008, 31(1): 68-70.

    HU Yongquan, ZHAO Jinzhou. Research on effect of artificial barriers on hydraulic fracture height[J]. Drilling & Production Technology, 2008, 31(1): 68-70.
    [4] 周祥, 张士诚, 马新仿, 柳明.薄差层水力压裂控缝高技术研究[J].陕西科技大学学报, 2015, 33(4): 94-98.

    ZHOU Xiang, ZHANG Shicheng, MA Xinfang, LIU Ming. Research on fracture height containment in thin and poor pay zones[J]. Journal of Shaanxi University of Science & Technology, 2015, 33(4): 94-98.
    [5] 曲占庆, 范菲, 胡高群, 张秀芹.水平井压裂缝缝高影响因素及控制方法研究[J].特种油气藏, 2010, 17(3): 104-107.

    QU Zhanqing, FAN Fei, HU Gaoqun, ZHANG Xiuqin. Influence factors on fracture height and the control measures of horizontal well fracturing[J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2010, 17(3): 104-107.
    [6] NGUYEN H X, LARSON D B. Fracture height containment by creating ang arti fi eial barrier with a new additive[R]. SPE 12061, 1983.
    [7] MUKHERJEE H, PAOLI B F, MCDONALD T, CARTAYA H, ANDERSON J A. Successful control of fracture height growth by placement of artifieial barrier[R]. SPE 25917, 1995.
    [8] 周文高, 胡永全, 赵金洲, 王艳霞.控制压裂缝高技术研究及影响因素分析[J].断块油气田, 2006, 13(4): 70-72.

    ZHOU Wengao, HU Yongquan, ZHAO Jinzhou, WANG Yanxia. Research on fracture height containment technology and analysis of in fluence factors[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 2006, 13(4): 70-72.
    [9] 胡永全, 赵金洲, 林涛, 谢朝阳, 张烨.上浮剂隔层控制裂缝高度延伸实验研究[J].西南石油大学学报(自然科学版), 2010, 32(2): 79-81.

    HU Yongquan, ZHAO Jinzhou, LIN Tao, XIE Zhaoyang, ZHANG Ye. Experiment of artificial barrier created by buoyant diverter for controlling fracture height[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2010, 32(2): 79-81.
    [10] 李转红, 孙平, 马兵, 卜向前, 王文雄.低渗底水油藏缝高控制压裂技术在安塞油田的应用[J].石油地质与工程, 2010, 24(4): 82-84.

    LI Zhuanhong, SUN Ping, MA Bing, BU Xiangqian, WANG Wenxiong. Fracture technology controlled by fracture length in bottom water reservoir with low permeability and its application for Ansai oil field[J]. Petroleum Geology and Engineering, 2010, 24(4): 82-84.
    [11] 黄超, 宋振云, 李志航, 任雁鹏, 李勇, 达引朋.夏9井区缝高控制压裂技术研究[J].钻采工艺, 2010, 33(4): 36-38.

    HUANG Chao, SONG Zhenyun, LI Zhihang, REN Yanpeng, LI Yong, DA Yinpeng. Study on fracturing technology of control fracture height in Xia 9 Block[J]. Drilling & Production Technology, 2010, 33(4): 36-38.
    [12] 马收, 唐汝众, 宋长久.人工转向剂控制缝高试验研究及现场应用[J].石油地质与工程, 2006, 20(6): 70-71.

    MA Shou, TANG Ruzhong, SONG Changjiu. Experiment research and application of artificial diversion agent control on fracturing altitude[J]. Petroleum Geology and Engineering, 2006, 20(6): 70-71.
    [13] 刘玉章, 付海峰, 丁云宏, 卢拥军, 王欣, 梁天成.层间应力差对水力裂缝扩展影响的大尺度实验模拟与分析[J].石油钻采工艺, 2014, 36(4): 88-92.

    LIU Yuzhang, FU Haifeng, DING Yunhong, LU Yongjun, WANG Xin, LIANG Tiancheng. Large scale experimental simulation and analysis of interlayer stress difference effect on hydraulic fracture extension[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2014, 36(4): 88-92.
    [14] 唐书恒, 朱宝存, 颜志丰.地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响[J].煤炭学报, 2011, 36(1): 66-69.

    TANG Shuheng, ZHU Baocun, YAN Zhifeng. Effect of crustal stress on hydraulic fracturing in coalbed methane wells[J]. Journal of China Coal Society, 2011, 36(1):66-69.
    [15] 李扬, 邓金根, 蔚宝华, 刘伟, 陈建国.储/隔层岩石及层间界面性质对压裂缝高的影响[J].石油钻探技术, 2014, 42(6): 80-86.

    LI Yang, DENG Jingen, YU Baohua, LIU Wei, CHEN Jianguo. Effects of reservoir rock/barrier and interfacial properties on hydraulic fracture height containment[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2014, 42(6): 80-86.
    [16] 容娇君, 李彦鹏, 徐刚, 梁雪莉.微地震裂缝检测技术应用实例[J].石油地球物理勘探, 2015, 50(5): 919-924.

    RONG Jiaojun, LI Yanpeng, XU Gang, LIANG Xueli. Fracture detection with microseismic[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2015, 50(5): 919-924.
    [17] 刘建中, 张传绪, 赵艳波, 蒋玉双, 宋健兴.水平井压裂裂缝监测与分析[J].中国工程科学, 2008, 10(4): 60-63.

    LIU Jianzhong, ZHANG Chuanxu, ZHAO Yanbo, JIANG Yushuang, SONG Jianxing. Monitoring and analyzing on fracturing fracture from horizontal wel[lJ]. Engineering Sciences, 2008, 10(4): 60-63.
    [18] 高跃宾, 丁云宏, 卢拥军, 张福祥, 王永辉.成像测井技术在储层改造评估中的应用[J].石油钻采工艺, 2015, 37(5): 82-84.

    GAO Yuebin, DING Yunhong, LU Yongjun, ZHANG Fuxiang, WANG Yonghui. Imgaing logging used in valuation of reservoir stimulation[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2015, 37(5): 82-84.
    [19] 赵安军, 胡金堂, 赵政嘉, 才博, 牛永泽, 谢凤华.阿尔塔拉凹陷压裂控缝高及诊断技术[J].石油钻采工艺, 2010, 32(5): 79-81.

    ZHAO Anjun, HU Jintang, ZHAO Zhengjia, CAI Bo, NIU Yongze, XIE Fenghua. Study on fracture height controlling and diagnose technology in Artala Depression[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2010, 32(5):79-81.
    [20] 易新民, 唐雪萍, 梁涛, 刘向南.利用测井资料预测判断水力压裂裂缝高度[J].西南石油大学学报(自然科学版), 2009, 31(5): 21-24.

    YI Xinmin, TANG Xueping, LIANG Tao, LIU Xiangnan. Prediction and assessment of fracture height of hydraulic fracturing with logging data[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2009, 31(5): 21-24.
  • [1] 孟尚志.  临兴地区深部煤系天然气井试采过程绒囊流体控水效果室内评价 . 石油钻采工艺, 2021, 43(5): 658-662. doi: 10.13639/j.odpt.2021.05.015
    [2] 张佩玉, 何海波, 蒋明, 王波, 向洪, 刘剑辉.  玉探1井致密油藏超深井压裂工艺 . 石油钻采工艺, 2020, 42(5): 642-646. doi: 10.13639/j.odpt.2020.05.020
    [3] 朱新春.  杭锦旗区块压裂缝高影响因素及延伸规律分析 . 石油钻采工艺, 2020, 42(1): 114-119. doi: 10.13639/j.odpt.2020.01.017
    [4] 仝少凯, 高德利.  水力压裂基础研究进展及发展建议 . 石油钻采工艺, 2019, 41(1): 101-115. doi: 10.13639/j.odpt.2019.01.017
    [5] 仝少凯, 高德利.  水力压力波动注入压裂增产工艺的力学原理 . 石油钻采工艺, 2018, 40(2): 265-274. doi: 10.13639/j.odpt.2018.02.021
    [6] 聂帅帅, 郑力会, 陈必武, 侯涛, 彭睿, 付毓伟.  郑3X煤层气井绒囊流体重复压裂控水增产试验 . 石油钻采工艺, 2017, 39(3): 362-369. doi: 10.13639/j.odpt.2017.03.020
    [7] 余东合, 梁海波, 余曦, 罗炯, 车航, 刘国华.  华北油田水力压裂实时预警系统 . 石油钻采工艺, 2015, 37(2): 85-87. doi: 10.13639/j.odpt.2015.02.023
    [8] 艾池, 张永晖, 赵万春, 金春玉, 段永强, 张昌盛.  压裂液返排过程中支撑剂回流规律研究 . 石油钻采工艺, 2012, 34(2): 70-73.
    [9] 陈作, 王振铎, 郑伟, 邱晓惠, 孟祥燕.  水力喷砂分段压裂优化设计与施工 . 石油钻采工艺, 2010, 32(3): 72-75.
    [10] 赵安军, 胡金堂, 赵政嘉, 才博, 牛永泽, 谢凤华.  阿尔塔拉凹陷压裂控缝高及诊断技术 . 石油钻采工艺, 2010, 32(5): 79-81.
    [11] 王素玲, 董康兴, 董海洋.  低渗透储层射孔参数对起裂压力的影响 . 石油钻采工艺, 2009, 31(3): 85-89.
    [12] 姜瑞忠, 蒋廷学, 汪永利.  水力压裂技术的近期发展及展望 . 石油钻采工艺, 2004, 26(4): 52-56,57. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2004.04.018
    [13] 蒋廷学, 汪绪刚, 冯兴凯, 王霞, 周会得.  水力压裂选井选层的快速评价方法 . 石油钻采工艺, 2003, 25(4): 49-52. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2003.04.017
    [14] 刘伟, 张静, 李军, 赵力, 田永庆.  控制水力压裂支撑剂返排的玻璃短切纤维增强技术 . 石油钻采工艺, 1997, 19(4): 77-80. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1997.04.016
    [15] 赵金洲, 郭建春.  水力压裂效果动态预测 . 石油钻采工艺, 1995, 17(6): 55-61,88. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1995.06.013
    [16] 张士诚, 王鸿勋, 张永平.  大型气井压裂优化设计与实践 . 石油钻采工艺, 1995, 17(6): 69-73. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1995.06.015
    [17] 卢修峰, 刘凤琴, 韩振华.  压裂裂缝垂向延伸的人工控制技术 . 石油钻采工艺, 1995, 17(1): 82-89. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1995.01.019
    [18] 左涟漪, 马久岸.  新型树脂涂层支撑剂 . 石油钻采工艺, 1994, 16(3): 77-83. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1994.03.016
    [19] 陈永明.  地层破裂压力设计曲线的确定 . 石油钻采工艺, 1991, 13(6): 11-18. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1991.06.003
    [20] 吴迪祥, 刘忠春.  水力压裂垂直裂缝形态的数值模拟 . 石油钻采工艺, 1991, 13(4): 57-61. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1991.04.010
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出版历程
  • 修回日期:  2017-08-26
  • 刊出日期:  2017-09-20

人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用

doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
    作者简介:

    谷文彬(1983-),1987年毕业于武汉地质学院石油地质专业,获工学学士学位,现从事石油天然气地质研究,高级工程师。通讯地址:(062552)河北省任丘市华北油田勘探部。E-mail:ktb_gwb@petrochina.com.cn

  • 中图分类号: TE357.1

摘要: 压裂施工中,如果隔层的遮挡能力较差,裂缝就会穿过隔层,含水层离产层较近的情况下还会引起含水急剧上升,影响压裂效果,甚至造成压裂失败。为了提高压裂作业的成功率,对缝高控制技术进行深入研究,实验分析了人工隔层上转向剂和下转向剂的上率浮、沉降率、上浮相对速率、沉降相对速率及隔层应力提高率,优选出了上转向剂KR2(上浮率为97%,上浮相对速率1.78,突破压力提高7.23 MPa)和下转向剂KR4(沉降率为98%,沉降相对速率1.83,突破压力提高6.29 MPa)。现场试验中,上转向剂的加入很好控制了裂缝在高度上的延伸,控缝高效果显著,人工裂缝高度降低2.7 m且未压穿水层,为以后控缝高压裂井的施工提供了很好的参考。

English Abstract

谷文彬, 裴玉彬, 赵安军, 王涛, 蔡军, 吴凯凯. 人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用[J]. 石油钻采工艺, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
引用本文: 谷文彬, 裴玉彬, 赵安军, 王涛, 蔡军, 吴凯凯. 人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用[J]. 石油钻采工艺, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
GU Wenbin, PEI Yubin, ZHAO Anjun, WANG Tao, CAI Jun, WU Kaikai. Application of artificial barrier technology to fracture height control in fracturing wells[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
Citation: GU Wenbin, PEI Yubin, ZHAO Anjun, WANG Tao, CAI Jun, WU Kaikai. Application of artificial barrier technology to fracture height control in fracturing wells[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5): 646-651. doi: 10.13639/j.odpt.2017.05.020
  • 水力压裂是油气井增产改造的重要技术措施, 广泛应用于低渗透、特低渗透油气藏的开发[1-2]。水力压裂施工中, 如何有效地控制裂缝在高度方向上的增长是较为重要的, 当压裂目的层比较薄, 遮挡层的遮挡能力较差时, 压裂裂缝可能会穿透隔层[3]。如果含水层离产层较近, 还会引起含水的急剧上升, 影响压裂施工的效果, 严重时可能导致压裂失败[4]。为了保证压裂措施的成功, 必须有效控制压裂裂缝高度, 将缝高控制在压裂目的层附近[5]。1983年, Nguye等提出在气水隔层压裂时, 为了防止压穿上下隔层造成缝高方向的失控, 首次提出利用人工隔层来控制裂缝在高度方向的增长[6]; Mukherjee等研究了人工隔层放置技术[7]。国内压裂控缝高技术的理论研究还较少, 主要是在国外研究的基础上做了一些分析探讨。周文高等对4个影响裂缝高度的因素进行了研究, 在分析控缝高原理的基础上, 对转向剂的性能提出了要求[8]; 西南石油大学胡永全等对上转向剂控制裂缝高度的延伸进行了实验研究, 上转向剂形成的人工隔层有一定阻挡作用, 实验中的阻抗值为5.32~13.39 MPa/m[9]。笔者对人工隔层用上转向剂和下转向剂的上浮率、沉降率、上浮相对速率、沉降相对速率及隔层应力提高率进行了实验研究, 优选出了符合现场应用的上转向剂和下转向剂, 并进行了现场试验。

    • 实验仪器:岩心破裂压力实验仪(自制), HJ-6多头磁力加热搅拌器(常州国华电器有限公司), 电热恒温鼓风干燥箱DHG-9030A(上海精密实验设备有限公司), BSA423S电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司), 玻璃皿, 干燥器等。

      材料与试剂:上转向剂KR1、KR2(实验室自制), 下转向剂KR3、KR4、KR5、KR6, 氯化钾(分析纯)等(见表 1)。

      表 1  不同转向剂材料编号

      Table 1.  Material No. of different diversion agents

    • 1.2.1上转向剂上浮实验  转向剂在裂缝中的上浮速率是上转向剂的重要参数之一。施工过程中, 如果上转向剂以过快速度上升, 较难在预定位置完全形成人工隔层; 如果以过慢速度上升, 到达目的地时上转向剂仍留在携带液中保持分散状态, 这样上转向剂就失去了阻挡作用[9]。实验中测定了待选上转向剂的上浮相对速率和上浮率。

      实验方法:将上转向剂KR1和KR2分别加入到携带液中, 搅拌均匀后称取一定量的上述液体倒入量筒中, 用电子秒表记录上浮时间(直至无固体颗粒上浮为止), 分离过滤, 将上转向剂KR1和KR2倒入玻璃皿中均匀铺开, 将玻璃皿放入电热恒温干燥箱中, 在100 ℃下烘3 h, 取出玻璃皿, 放置于干燥器中, 冷却至室温(不得少于30 min)后称量。

      上转向剂的上浮相对速率由上浮时间和上浮率求出, 上浮率的计算公式为

      $$ L=\frac{m_{2}}{m_{1} \times W} \times 100 \% $$ (1)

      式中, L为上浮率; W为上转向剂固相颗粒的质量分数, %;m1为上转向剂的质量, g;m2为上浮的上转向剂固相颗粒的质量, g。

      1.2.2下转向剂沉降实验  下转向剂本身性质是工艺成败的重要因素, 适宜的沉降速度是下转向剂重要的性能参数[10]。施工过程中, 如果下转向剂以较快速度沉降, 则易大量沉积, 阻塞管道和砂堵; 如果下降速度过慢, 下转向剂到达目的地时依旧在携带液中保持悬浮状态, 失去了遮挡作用。实验中测定了待选下转向剂的沉降相对速率和下沉率。

      实验方法:将1.2.1中的上转向剂改为下转向剂KR3、KR4、KR5、KR6, 用电子秒表记录沉降时间(直至无固体颗粒沉降为止), 其他实验步骤同1.2.1。计算公式中, 将上转向剂改为下转向剂, 下转向剂的下沉相对速率由下沉时间和下沉率求出。

      1.2.3突破压力实验  上、下转向剂是人工隔层控缝高的重要材料, 控缝高剂本身的性质对人工隔层阻挡能力有较大的影响, 人工隔层阻挡能力直接影响压裂过程中缝高的增长, 因此有必要优选合适的控缝高剂[11-15]。为了优选合适的控缝高剂, 开展了控缝高实验研究。实验中对2种上转向剂和4种下转向剂进行了控缝高流动实验, 测定了不同控缝高剂对隔层应力的影响。实验方法如下。

      (1) 将加控缝高剂的活性水以及活性水分别注入人造岩心裂缝, 对加控缝高剂和不加控缝高剂的岩心进行阻挡能力测定, 对比其突破压力提高值。

      (2) 将需要测试的不同种类控缝高剂和活性水注入预制裂缝的人造岩心, 控缝高剂在岩心裂缝中形成阻挡层, 对处理好的岩心进行阻挡能力测定, 对比不同控缝高剂的突破压力提高值。

      实验条件:水力压裂的三向围压为5 MPa, 在排量为2 mL/min条件下维持5 min, 然后增大排量为6 mL/min, 测定转向剂的突破压力。实验用岩心为不同比例的水泥、砂子制作的预置裂缝人造岩心。

    • 实验结果见表 1, 可以看出, 不同的转向材料有不同的上浮、沉降相对速率和上浮率、沉降率, 上转向剂KR2比KR1有更好的上浮率、上浮相对速率, KR2的上浮率为97%, 上浮相对速率1.78, 上浮相对速率提高了78%;在测定的4种下转向剂中, 下转向剂KR4有最好的沉降率、沉降相对速率, KR4的沉降率为98%, 沉降相对速率1.83。通过以上实验优选出了压裂控缝高用的控缝高剂上转向剂KR2和下转向剂KR4。

      表 2  上浮沉降实验结果

      Table 2.  Results of floatation and settlement experiments

    • 上转向剂KR1、KR2压裂曲线如图 1所示, 可以看出, KR2有较好的阻挡作用, 突破压力为12.65 MPa, 提高了7.23 MPa; KR1阻挡能力相对较差, 突破压力为9.01 MPa, 提高3.59 MPa。

      图  1  上转向剂KR1、KR2压裂曲线

      Figure 1.  Fracturing curve of floating diversion agents KR1 and KR2

      下转向剂KR3、KR4压裂曲线如图 2所示, 可以看出, KR4有较好的阻挡作用, 突破压力为11.71 MPa, 提高了6.29 MPa; KR3阻挡能力略差于下转向剂KR4, 突破压力为11.2 MPa, 提高了5.68 MPa。

      图  2  下转向剂KR3、KR4压裂曲线

      Figure 2.  Fracturing curve of settling diversion agents KR3 and KR4

      突破压力实验结果见表 3, 优选出最优的上转向剂KR2和下转向剂KR4, 上转向剂KR2突破压力提高了7.23 MPa, 下转向剂KR4突破压力提高6.29 MPa。

      表 3  突破压力实验结果表

      Table 3.  Results of breakthrough pressure experiment

    • 实验选出的转向剂, 已在华北油田冀中和二连2个探区5口井中得到成功运用, 其中包括4口井控上缝高, 1口井控下缝高, 表明该技术在类似需要控缝高储层改造的油气井中, 具有推广应用价值。在饶阳凹陷肃宁油田A井区M井进行了现场试验, 上转向剂KR2在控缝高方面取得了良好的效果。现对M井的现场施工进行介绍及分析。

    • M井是冀中坳陷饶阳凹陷肃宁构造带的一口评价井, 目的层49号小层(3 206.2~3 208.4 m), 有效厚度为2.2 m, 有效孔隙度为19.4%, 渗透率为39.4 mD, 含油饱和度为53%, 表现出中孔低渗特征。从表 4可以看出, 压裂目的层49号小层层薄、下隔层遮挡好, 但是目的层以上10.0 m处为水层, 且目的层与上隔层的地应力差最小仅为1.8 MPa, 缝高难以控制, 因此有必要使用上转向剂进行压裂缝高控制。

      表 4  M井综合测井解释

      Table 4.  Comprehensive logging interpretation of Well M

    • M井储层与上隔层地应力差小, 且隔层附近有水层, 需要对缝高进行控制[13]。根据压裂施工要求, 调整相关参数进行优化模拟, 结果发现, 只靠调整参数不能完成缝高的有效控制。实验测定的上转向剂KR2能较好地提高隔层的隔层应力, 因此选用上转向剂进行了缝高控制。压前利用压裂软件FracProPT对加入上转向剂后和未加上转向剂的压裂施工参数进行了模拟(加入上转向剂后比未加上转向剂前, 增加4 MPa的隔层应力)。模拟中选取优化的排量、加砂量等参数, 模拟结果如图 3图 4所示。

      图  3  未加上转向剂的FracProPT模拟

      Figure 3.  FracProPT simulation without floating diversion agent

      图  4  加上转向剂的FracProPT模拟

      Figure 4.  FracProPT simulation with floating diversion agent

      目的层井段3 206.2~3 208.4 m, 离上部水层仅为10.0 m。压裂软件FracProPT模拟结果表明, 若不加上转向剂, 人工裂缝长度为67.9 m, 裂缝高度为16.7 m, 裂缝顶部深度3 194.7 m(水层底界3 196.2 m)已压穿水层。然而, 加入上转向剂后, 人工裂缝长度为76.4 m, 裂缝高度为14 m, 裂缝顶部深度3 197.4 m(水层底界3 196.2 m)未压穿水层, 有效控制了压裂裂缝的缝高。

    • (1) 压裂施工中, 正挤前置液35 m(3其中2 m3上转向剂), 正挤携砂液46.83 m3, 陶粒8.85 m3, 砂比21.04%, 泵注顶替液14.90 m3。总砂量为8.85 m3, 总液量为110.5 m3, 破裂压力为63.4 MPa, 停泵油压23.47 MPa。施工曲线如图 5所示。

      图  5  M井压裂施工曲线

      Figure 5.  Fracturing curve of Well M

      (2) 根据微地震监测得出, M井目的层段改造体积约为13×103 m3, 表面积为40×103 m2; 压裂监测结果见表 5[16-18]。压前压后井温测井曲线如图 6所示, 缝高范围为3 202~3 212 m, 裂缝上缝高为3 202 m, 软件模拟的缝高范围为3 197.4~3 211.4 m, 上缝高为3 197.4 m。软件模拟的下缝高与井温测井曲线实测的下缝高基本相似, 上缝高有一定偏差。根据以上结果可知, 上转向剂对缝高有较好的控制, 实际施工的效果好于软件预测的结果。47号水层深度为3 192.0~3 196.2 m, 实测上缝高为3 202 m, 距离水层底界5.8 m, 上转向剂的加入很好地控制了裂缝在高度上的延伸, 取得了良好的控缝高效果[19-20]。M井压裂前日产原油2.6 m3/d, 压后产油未见明水, 仅含微量乳化水, 抽汲定产日产原油6.12 m3/d, 日增油3.52 m3, 增产效果明显。

      表 5  49号小层微地震裂缝监测结果

      Table 5.  Micro seismic fracture monitoring result of 49#

      图  6  压前压后井温测井曲线

      Figure 6.  Temperature log before and after the fracturing

    • (1) 通过上转向剂上浮实验和下转向剂沉降实验, 测定了上转向剂的上浮相对速率、上浮率和下转向剂的下沉相对速率、下沉率。实验结果表明, 上转向剂KR2有较好的上浮率, 上浮率为97%, 上浮相对速率1.78;下转向剂KR4有较好的沉降率, 沉降率为98%, 沉降相对速率1.83。

      (2) 通过控缝高流动实验测定了转向剂的突破压力, 实验结果可以看出, 上转向剂KR2有较好的阻挡作用, 突破压力12.65 MPa, 提高7.23 MPa, 下转向剂KR4也有较好的阻挡作用, 突破压力11.71 MPa, 提高6.29 MPa。

      (3) 优选的上转向剂KR2在M井进行了现场试验, 压后分析得出, 压裂裂缝缝高10 m, 上缝高距离水层底界5.8 m, 上转向剂的加入取得了良好的控缝高效果。

参考文献 (20)

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