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大庆外围油田已开发的低渗透油气田储量约5.65亿吨(中石油股份公司约20亿吨),低渗透油田储量要通过压裂才能得到有效动用。初次压裂后单井产量逐渐递减,必须依靠重复压裂来提高产量。但是,同井同层重复压裂普遍存在增油效果差的问题,这已严重影响到低渗透油气田的开发效益。为了经济有效地动用低渗透油气田储量,应尽可能地提高重复压裂增油效果。目前常规同井同层重复压裂技术存在局限性:一是常规重复压裂只能张开老裂缝,可以部分恢复老缝导流能力,但对注采井网注入水驱替面积的影响是有限的;二是对进入中高含水开发期的油田来说,常规增大施工规模有可能导致重复压裂后施工井的含水率急剧上升。重复压裂垂直裂缝转向工艺技术是通过恢复或提高原有裂缝导流能力的常规复压技术的补充和发展,是提高油层挖潜水平的有利手段。能否实现重复压裂裂缝转向一直是困扰科研人员的技术难题,为此开展了重复压裂造新缝机理、裂缝延伸规律、工艺设计方式及现场施工工艺为主要内容的同井同层重复压裂技术研究。
本文对初次压裂后地应力场的变化趋势进行了研究,建立了重复压裂裂缝转向数学模型,通过现场测试及综合效果评价等方法,对重复压裂选井选层和重复压裂裂缝转向工艺进行优化,得到以下结论:⑴通过国内外室内物模实验,得出了不同三向应力、不同射孔状态条件下的裂缝形态。室内确定裂缝转向的极限应力差值为8MPa。当小于极限值时,初始裂缝沿射孔方向产生,裂缝延伸一定距离后转向最大主应力方向。垂向应力为中间应力时,裂缝形态与射孔方向和最大主应力之间的夹角有关系:当与最大主应力平行时,产生垂直缝;与最小主应力平行时,产生水平缝,当射孔方向处于中间时,垂直缝和水平裂缝共存。⑵建立了重复压裂前的渗流场和应力场数学模型。界定了单井(产生应力重新定向极限远场应力差6.36MPa)、反九点法和五点法井网和裂缝转向重复压裂时机。根据物模实验当井筒附近应力发生反转,反转后应力差超过3MPa时重复压裂不经封堵可直接压开新缝。而复压前应力未发生反转或反转值小于3MPa,必须采取强制封堵工艺以产生转向裂缝。⑶应用有限元技术建立了不同射孔方位、不同施工参数条件下裂缝转向数值模型。通过试验表明水平两向应力差值小于4MPa,与水平最大主应力成一定夹角定向射孔时,可产生初始方向沿射孔方向起裂并逐渐转向最大主应力方向的有效转向裂缝。⑷根据机理研究结果,形成了大庆油田重复压裂井选井选层、压裂时机优选方法:一是原始应力差小或生产一段时间后两向应力差减小到4MPa以内、含水低于60%的井可作为转向重复压裂井;其次针对高含水井结合剩余油分布特征,选择有效厚度大、采出程度低、原始应力差较小的高含水层为候选井层;第三应用人工神经网络模型进行选井。通过分析不易实现裂缝转向重复压裂井,采取增大施工规模或酸沈裂缝壁面、提高裂缝导流能力措施,以提高重复压裂效果。效果统计显示增大施工规模措施效果好于原缝处理井,转向效果好于增大规模效果。⑸形成了一套重复压裂裂缝转向测试、解释评价方法及适合于大庆外围低渗透油田的配套重复压裂裂缝转向工艺技术。共进行现场试验445口井,措施有效率89.0%,试验井增油效果达到初次压裂84.3%以上;对比以往重复压裂井,单井初期增油强度提高36%以上,高含水井压后含水下降39.7%。