油气藏工程

水平井穿层压裂技术研究及应用

王庆江 李莹莹

(大庆油田有限责任公司井下作业分公司，黑龙江大庆 )

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 P net 和边界泥岩层与储层的应力差 Δσ 所控制，当 P net 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 P net 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 P net 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

。 1.2 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 P net 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]

:

式中:E'--弹性模量;H f --裂缝高度;Q --施工排量;μ--流体粘度;

xf --裂缝半长;K Ic -A pp --断裂韧性

或裂缝端部效应。

从净压力方程中可以看出，E'，H f ，K Ic -A pp 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 x f (可近似为施工规模)，三个参数都与 P net 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。

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