水平井穿层压裂技术研究及应用

摘 要：水平井分段压裂技术是低孔低渗油气藏增产改造的重要手段，由于砂泥岩薄互储层小层多，厚度薄，常规水平井压裂改造方法只能改造单一小层，供液能力有限，导致压后产能低，产能递减快。针对这个问题，本文提出了水平井穿层压裂技术，并通过理论分析、工艺控制措施参数优化及现场试验，证实了水平井穿层压裂技术的可行性，并在现场试验中取得了较好的效果。

关键词：砂泥岩薄互层 水平井 穿层压裂

水平井分段压裂技术是低孔特低渗油藏增产改造的重要技术手段，在厚油层压裂改造中被广泛应用。但面对厚度小、小层数多的砂泥岩薄互储层，它的改造效果一般，主要原因是压裂施工仅仅改造了水平段所在的单个小层，由于小层厚度小，地层能量弱，难以形成长期有效供液，导致产量低，递减快。

为了实现同时改造多个小层，本文从水基压裂垂直缝遮挡原理出发，分析穿层压裂技术影响因素，优化压裂施工参数，在现场试验中取得了成功，实现了砂泥岩薄互储层水平井纵向改造多层，为砂泥岩薄互储层改造提供了技术手段。

1裂缝遮挡机理

裂缝高度hf是压裂设计中重要参数，影响裂缝高度的主要因素是隔层的遮挡作用，目前砂泥岩隔层遮挡机理主要包括应力遮挡和岩性遮挡。

1.1应力遮挡

裂缝高度是由净压力Pnet和边界泥岩层与储层的应力差Δσ所控制，当Pnet很大程度的大于Δσ时，裂缝延伸几何形态趋于简单的径向或圆形裂缝，并且净压力递减；当Pnet近似等于Δσ时，裂缝高度难于预测，在净压力变化较小时缝高可能会增长，但液体垂向流动时液体粘性引起压力降落又会阻止缝高增长；当Pnet小于0.5倍Δσ时，基本上无裂缝垂向增长，水力裂缝完全限定在储层内[1]。

1.2岩性遮挡

在泥岩隔层岩性比较纯、砂泥岩之间过度岩性少的砂泥岩交互层中，岩性遮挡主要作用在砂泥岩界面上，遮挡机理包括界面效应、塑性效应、阻渗效应。

界面效应是裂缝延伸到界面时，由于岩性变化明显，裂缝在岩性界面滑移；塑性效应是裂缝延伸到纯泥岩层后，由于泥岩塑性强，抗压能力强，此时缝内净压力只能导致泥岩层变形但不破裂，阻止裂缝继续向前延伸；阻渗效应是泥岩渗透性差，能有效阻止液体向泥岩层滤失，保持泥岩层为受压状态，避免进入受拉状态而破裂。

2穿层压裂技术影响因素分析

在应力遮挡模型中，提高裂缝内净压力，使Pnet大于储隔层应力差Δσ，才能使裂缝在高度上延伸。但在岩性遮挡模型中，突破遮挡的关键是首先必须有液体渗入泥岩隔层，突破泥岩层的阻渗效应，然后流体大量渗入隔层提高隔层内净压力，净压力达到到一定程度后，最小主应力σ3将小于0，泥岩隔层进入广义拉张状态，岩石张剪性和张性破裂[2]，形成裂缝。

两种遮挡模型中突破遮挡的关键都是提高隔层内净压力，Nolte推导净压力方程为[1]：

（从净压力方程中可以看出，E'，Hf，KIc-App是不可控因素，由地层自身决定，可控因素包括流体粘度μ、施工排量Q和裂缝半长xf（可近似为施工规模），三个参数都与Pnet呈正相关性，因此，需要提高流体粘度和施工排量，扩大施工规模，才能提高缝内净压力。

但以往研究表明，泥岩层渗透性比较差，胍胶压裂液很难渗入，最小主应力σ3始终大于或等于0，泥岩始终保持在广义压缩状态，以剪性破裂为主[2]，岩心实验结果表明，压缩状态下需要克服极大的剪切力才能破裂，工程上无法满足。因此，高粘度压裂液不能作为水平井穿层压裂技术的工作液。

同时，我们在以往体积压裂现场施工中发现，使用降阻清水（滑溜水）作为压裂液时，由于它粘度小，表面张力小，更易于渗入微裂缝和孔隙，促进地层张性裂缝开启[3]。泥岩隔层如果存在微缝，形成裂缝难度将大大降低。而且，在提高排量时，井底压力上升幅度比使用胍胶压裂液更大，更加有利于提高缝内净压力，使泥岩隔层由受压状态变为受拉状态，降低隔层破裂难度。

因此，优选降阻清水作为水平井穿层压裂技术的穿层压裂液，再采用大排量、大规模施工，突破泥岩隔层遮挡，实现纵向改造多层，在理论上可行。

3应用实例分析

QP2井是某油田一口水平井，纵向上砂泥薄互层发育，厚度2-3m左右，储隔层应力差1MPa，应力遮挡条件一般，但泥岩隔层GR值120API，储隔层ΔGR值60API（ΔGR≥40API时具备遮挡条件），岩性遮挡条件较好。按照常规压裂方法，预测缝高在10-12m之间，只能改造1-2个油层。对本井应用穿层压裂技术，采用降阻清水作为造缝压裂液，常规胍胶压裂液作为携砂液，施工排量11-13m3/min，支撑剂规模120-180m3，裂缝监测结果显示，裂缝高度在30-40m之间，在纵向上同时改造了4个油层，压后日产油39m3/d，取得了很好的效果。

4结论

⑴水平井穿层压裂技术理论上可行，现场试验也取得了成功，实现了在砂泥岩薄互储层中同时改造多层，为该类储层有效改造提供了新的技术手段。

⑵水平井穿层压裂技术关键在于提高缝内净压力，突破隔层遮挡限制，主要做法是选用降阻清水作为穿层压裂液，采用大规模大排量施工，具体施工参数需要根据地层条件进行优化。

参考文献

[1]埃克诺米德斯（ECOnomides，M.J.），诺尔特（Nolte，K.G.）.油藏增产改造（第三版）[M]；张保平等译.北京：石油工业出版社，2002.4.

[2]卢虎胜，张俊峰，等.砂泥岩间互地层破裂准则选取及在裂缝穿透性评价中的应用[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（3）：14-19.

[3]吴奇，胥云，等.美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示[J]，石油钻采工艺，2011，33（2）：1-7.

作者简介：王庆江，男，1985年出生，主要从事压裂增产改造技术研究工作。