重復(fù)壓裂工藝現(xiàn)狀及展望

王 振，樊 軍

（新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047）

0 引言

油氣藏在不斷開發(fā)過(guò)程中，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)地層滲透率逐漸降低將導(dǎo)致初次壓裂的采油量不斷降低，而重復(fù)壓裂是目前解決低滲透問(wèn)題的比較行之有效的方法。早在20世紀(jì)50年代，國(guó)外就已經(jīng)開始進(jìn)行重復(fù)壓裂工藝的研究，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)重復(fù)壓裂的研究取得了較大的進(jìn)展［1］。鑒于重復(fù)壓裂工藝對(duì)油井的增產(chǎn)增注具有重大的意義，本文對(duì)重復(fù)壓裂機(jī)理、方式及現(xiàn)狀進(jìn)行了研究、分析和總結(jié)，并提出了一些存在的問(wèn)題和對(duì)其工藝的展望。

1 重復(fù)壓裂工藝技術(shù)

1.1 重復(fù)壓裂機(jī)理

經(jīng)過(guò)初次壓裂的油氣田，在初次壓裂后的一段時(shí)期內(nèi)，初次支撐壓裂裂縫、自然裂縫和儲(chǔ)層區(qū)域流體的變化可能會(huì)導(dǎo)致油孔和壓裂裂縫所形成的橢圓區(qū)域的壓力分布產(chǎn)生相應(yīng)的變化。在最小誘導(dǎo)應(yīng)力與裂縫平行時(shí)，由于石油的不斷開采和重復(fù)壓裂等原因，裂縫旁邊的誘導(dǎo)應(yīng)力區(qū)域?qū)⒈焕L(zhǎng)，從而導(dǎo)致最大和最小水平應(yīng)力反向。由于誘導(dǎo)應(yīng)力的影響，重復(fù)壓裂裂縫方向?qū)⒋怪庇谥髁芽p直到邊界的橢圓區(qū)域。在區(qū)域的邊界上，兩個(gè)水平應(yīng)力是相同的，在橢圓形區(qū)域的外部，重復(fù)壓裂裂縫的方向?qū)⑴まD(zhuǎn)并且最終將與第一次產(chǎn)生的裂縫平行。

重復(fù)壓裂過(guò)程中，在兩個(gè)水平應(yīng)力作用下產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力，在射孔孔眼附近，新的裂縫將在最小應(yīng)力的方向上逐漸形成。在射孔孔眼和第一次壓裂的裂縫附近，如果最小水平應(yīng)力和最大誘導(dǎo)應(yīng)力之和比之前的橢圓區(qū)域要大，那么新產(chǎn)生的裂縫方向?qū)⑴c第一次產(chǎn)生的裂縫方向相垂直［2］，如圖1所示。

1.2 重復(fù)壓裂方式

重復(fù)壓裂是在原有壓裂井的基礎(chǔ)之上再次或者多次進(jìn)行壓裂的一種方式。目前國(guó)內(nèi)外的重復(fù)壓裂方法主要有3種：原有裂縫延伸、層內(nèi)壓出新裂縫和轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂。

圖1 應(yīng)力轉(zhuǎn)向產(chǎn)生新裂縫

1.2.1 原有裂縫延伸［3］

在油田的不斷開采中，由于地層壓力、溫度等環(huán)境條件的不斷變化，很多原來(lái)存在的裂縫已經(jīng)不能正常工作，這樣將導(dǎo)致原有的滲透率降低，產(chǎn)量減少。面對(duì)此情況，只需要對(duì)原有的裂縫進(jìn)行延伸，這也是目前最常用的重復(fù)壓裂方式。例如壓裂所產(chǎn)生的裂縫會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而有所閉合，像這樣的油井則需要加砂重新?lián)伍_原有的裂縫，以增大其導(dǎo)流能力，提高油井產(chǎn)量。

1.2.2 層內(nèi)壓出新裂縫

由于厚油層在縱向上的非均質(zhì)性，油層內(nèi)見(jiàn)效程度不同，會(huì)導(dǎo)致層內(nèi)矛盾突出而影響開發(fā)效果，因此可以通過(guò)采取補(bǔ)射非主力油層或?qū)Ψ蔷|(zhì)厚油層重復(fù)壓裂或者壓裂同井新層等措施改善出油剖面，從而取得很好的效果，國(guó)內(nèi)目前主要基于這種認(rèn)識(shí)展開理論和實(shí)踐探索。

1.2.3 轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂［4］

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)油田的不斷開采，油田的滲透率不斷降低，很多油田基本上都是處于高含水期，再對(duì)油井進(jìn)行開采也不會(huì)產(chǎn)生很大的油量。由于可以滲透的油藏已接近枯竭，因此要求我們對(duì)原來(lái)已有的裂縫進(jìn)行封堵，通過(guò)該途徑采油可能減少水的進(jìn)入。與此同時(shí)對(duì)該井再次進(jìn)行壓裂，這樣就能壓裂出新的裂縫。而暫堵劑［5］的強(qiáng)弱會(huì)直接影響對(duì)地層封堵的效果，封堵原有的老裂縫，保證堵水采油的進(jìn)行，Chevron、Unocal、Dowell和Lost Hill等大公司的試驗(yàn)都表明其具有可實(shí)施性。由于最小主應(yīng)力原理的存在，因此在對(duì)油井進(jìn)行封堵的前提下進(jìn)行壓裂，雖然有可能使壓裂液還是向著最小應(yīng)力的方向進(jìn)行壓裂，但是封堵會(huì)使壓裂液進(jìn)行變向，這樣就改變了壓裂的方向，使壓裂能夠較為合理地進(jìn)行，從而能更大程度地對(duì)油井進(jìn)行再次開發(fā)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2 重復(fù)壓裂現(xiàn)狀

目前無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，重復(fù)壓裂在油氣井改造中所占的地位越來(lái)越重。目前轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂比起以往的裂縫延伸、同層壓出新裂縫等方法所帶來(lái)的效益更加巨大，因此得到了不斷的發(fā)展。由于轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂在很大程度上與暫堵劑的效果強(qiáng)弱有很大的關(guān)聯(lián)，因此暫堵劑的更新能給轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂帶來(lái)更好的效果。此外，轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂還與地層應(yīng)力、壓裂液和支撐劑等因素有關(guān)。因此，要想對(duì)壓裂進(jìn)行改進(jìn)，就要從這些地方著手，尤其是對(duì)壓裂設(shè)備的改進(jìn)，這樣就能更好地促進(jìn)轉(zhuǎn)向壓裂的發(fā)展，以便使油井更好地增注增產(chǎn)［6］。

3 重復(fù)壓裂存在的問(wèn)題

重復(fù)壓裂由原來(lái)的只能進(jìn)行二次重復(fù)壓裂發(fā)展到可以進(jìn)行多次重復(fù)壓裂、使用暫堵劑的物質(zhì)對(duì)老縫進(jìn)行封堵來(lái)提高油田的重復(fù)壓裂效率，這都是目前較好的重復(fù)壓裂方法。但是由于地層不斷變化的地理環(huán)境使我們很難把握和及時(shí)地使用該方法，因此使用暫堵劑能夠使老的裂縫堵死的這種方法雖然能夠壓裂出新的裂縫以增大油氣的滲透率，但是這與暫堵劑和支撐劑等其他相關(guān)條件和地層本身構(gòu)造及物性特征等有著很大的關(guān)系。如果壓裂液始終是向著最小應(yīng)力的方向進(jìn)行壓裂，而并未在其他方向上進(jìn)行充分壓裂，即未對(duì)同層其他地層進(jìn)行充分的壓裂，沒(méi)有充分利用存在油氣的地層，使用暫堵劑雖然可以增加新裂縫但是還是向著最小應(yīng)力的方向，這樣會(huì)導(dǎo)致含水量上升，并且隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)量遞減速度較快、有效期短。因此，面對(duì)這些問(wèn)題就需要更好的材料和先進(jìn)的技術(shù)［7］。

4 重復(fù)壓裂工藝展望

4.1 新型暫堵劑

目前的一些暫堵劑不能很好地起到對(duì)裂縫暫堵的效果，致使重復(fù)壓裂不能更好地壓裂出新的裂縫，其中很多還是原有裂縫的延伸，結(jié)果壓裂效率不是很高。因此，對(duì)于新型暫堵劑的要求也越來(lái)越高，以便能達(dá)到更好的增產(chǎn)增注的效果［8］。例如周法元、劉春志等人對(duì)轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂暫堵劑ZFJ的研制［9］，以期待更好的重復(fù)壓裂效果。

4.2 新裂縫診斷技術(shù)

面對(duì)地層中的不可預(yù)知性，新的裂縫診斷技術(shù)可以更好地診斷出地層中相關(guān)的數(shù)據(jù)以便測(cè)定重復(fù)壓裂的裂縫方位、裂縫尺寸等。這樣可以更好地對(duì)壓裂井進(jìn)行重復(fù)壓裂，以便達(dá)到更好的壓裂效果。例如祝凱［10］對(duì)“診斷裂縫形態(tài)的壓裂壓力分析新技術(shù)研究”，傅英，郭建春［11］等對(duì)“裂縫診斷技術(shù)”的研究都希望診斷技術(shù)能夠不斷提高，最終得到更好的診斷結(jié)果以提高壓裂產(chǎn)量。

4.3 新型壓裂材料

重復(fù)壓裂所需的壓裂液要比第一次壓裂所需壓裂液的要求要高，因此，壓裂液的性能越好，進(jìn)行重復(fù)壓裂產(chǎn)生的效果就會(huì)越好。與此同時(shí)，還有支撐劑等材料［12］，它們性能的提高都可以更好地提高重復(fù)壓裂井的生產(chǎn)效率。

4.4 壓裂設(shè)備的改進(jìn)

一般來(lái)說(shuō)，重復(fù)壓裂就是直接把高壓液體壓入井中壓裂出新裂縫。當(dāng)然，對(duì)于轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂來(lái)說(shuō)，基本上也是這樣。希望壓裂設(shè)備改進(jìn)后能夠更好、更有效地進(jìn)行重復(fù)壓裂，并能進(jìn)行全方位壓裂，這樣就能在不使用暫堵劑的條件下更好地進(jìn)行重復(fù)壓裂而且還降低了對(duì)地層的污染，最終能產(chǎn)生更多的新裂縫，更好地提高壓裂井的滲透率，從而達(dá)到增產(chǎn)增注。

5 結(jié)論

重復(fù)壓裂工藝正不斷地走向成熟，在其發(fā)展的道路上不可避免地會(huì)碰到一些問(wèn)題，但是隨著完善理論的提出和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，這些問(wèn)題都會(huì)逐步被解決，其潛力也會(huì)不斷地被挖掘出來(lái)，使重復(fù)壓裂工藝更加完善，給社會(huì)帶來(lái)更大的效益。

［1］張士誠(chéng)，唐汝眾.重復(fù)壓裂技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.世界石油工業(yè)，1995（7）：36-38.

［2］Feng Guoqiang，Yu Rangang，Zhuang Xianshi，et al.Research and assessment of high efficiency new temporary plugging agent used for refracturing［C］.Proceeding of 2011International Conference on Electric Information and Control Engineering.［s.l.］：［s.n.］，2011：15-17.

［3］童智燕.重復(fù)壓裂技術(shù)探討［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008（6）：131-133.

［4］胡永全，趙金洲，彭惠群，等.堵死裂縫壓新裂縫重復(fù)壓裂技術(shù)［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（3）：61-64.

［5］黃源琳，郭建春，黃晉偉，等.轉(zhuǎn)向壓裂工藝研究及應(yīng)用［J］.油氣井測(cè)試，2008，17（4）：53-54，57.

［6］馬新仿，劉華.重復(fù)壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.科技文獻(xiàn)信息管理，2001（4）：54-57.

［7］楊金林，許海東，白振強(qiáng).重復(fù)壓裂現(xiàn)狀及分析［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，8（1）：10-13.

［8］李陽(yáng)，尹喜永，姜歆，等.重復(fù)壓裂技術(shù)的發(fā)展和展望［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27（5）：789-791.

［9］周法元，蒲萬(wàn)芬，劉春志，等.轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂暫堵劑ZFJ的研制［J］.鉆采工藝，2010，33（5）：111-113.

［10］祝凱.診斷裂縫形態(tài)的壓裂壓力分析新技術(shù)研究［D］.成都：西南石油大學(xué)，2011：11-20.

［11］傅英，郭建春，王書彬.裂縫診斷技術(shù)［J］.西部探礦工程，2006（5）：77-79.

［12］趙靖康，李晶，王姝，等.重復(fù)壓裂工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2002，28（2）：178-179.