【正文】 1 致密砂巖油藏直井體積壓裂 技術研究與 實踐 林海霞 （中國石油吉林油田公司采油工藝研究院） 摘要 本文 借鑒國 內 外體積壓裂理念與改造經驗，在大安北扶楊 和高臺子 油層 開展了體積壓裂探索研究與實踐，分析了體積壓裂改造機理、對儲層條件的要求和在大安北致密砂巖油藏開展體積壓裂改造的可行性，探索了體積壓裂 選井原則、壓裂技術措施，在現(xiàn)場成功應用并取得好的改造效果和壓后投產效果， 為同類致密砂巖油藏改造提供了有益的借鑒。 主題詞 致密砂巖 體積壓裂 滑溜水壓裂 扶楊油層 吉林油田 大安北地區(qū) 扶楊 和高臺子 油層儲層 特征 為 物性差 （ф %； ）、中等偏強水敏、塑性強（平均模量 39366MPa，平均水平兩項主應力差 ，平均泥質含量 %） ，采用 常規(guī)壓裂 改造措施難以滿足生產需求 ，需通過技術創(chuàng)新改變開發(fā)現(xiàn)狀 ，這就使得直井體積壓裂技術應用成為可能。 吳奇等人 結合國外研究給出了“體積壓裂”的定義及作用 [1]。通過壓裂的方式對儲層實施改造，在形成一條或者多條主裂縫的同時，通過分段多簇射孔、高排量、大液量、低粘液體以及轉向材料和技術的應用，實現(xiàn)對天然裂縫、巖石層理的溝通， 以及在主裂縫的側向強制形成次生裂縫，并在次生裂縫上 繼續(xù)分枝形成二級次生裂縫，以此類推，盡最大可能增加改造體積，讓主裂縫與多級次生裂縫交織形成裂縫網絡系統(tǒng)，將可以進行淋巴液的有效儲集體“打碎”，使裂縫壁面與儲層基質的接觸面積最大，極大地提高儲層整體滲透率，實現(xiàn)對儲層在長、寬、高三維方向的全面改造，增大滲流面積及導流能力， 廣義的體積壓裂包括以下 3 種模式 [2]： ①使天然裂縫不斷擴張和脆性巖石產生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯的裂縫網絡，將可以滲流的有效儲層打碎，使裂縫壁面與儲層基質的接觸面積最大。②采用 多種方法在有限的井段內增加水力裂縫條數和密度（天然裂縫也可能開啟），這些裂縫累積控制的泄流面積隨裂縫的條數、縫長、縫寬、縫高等因素變化而變化。③利用儲層水平兩向應力差與裂縫延伸凈壓力的關系，實現(xiàn)裂縫延伸凈壓力大于兩個水平主應力差值與巖石抗張強度之和，形成以主縫和分支裂縫相組合的枝狀裂縫。 巖石的脆性指數 儲層巖性具有顯著的脆性特征，是實現(xiàn)體積改造的物質基礎。大量 研究及現(xiàn)場試驗表明：不同區(qū)域，儲層巖石礦物組分差異較大，富含石英或者碳酸鹽巖等脆性礦物的儲層有利于產生復雜縫網，粘土礦 物含量高的塑性地層不易形成復雜縫網 [2]。 脆性指數越高，巖石越 容易形成復雜裂縫。一般來說，要形成復雜的網絡系統(tǒng)， 巖石的脆性指數 要 不低于 50%。 目前，巖石脆性指數的計算有幾種方法，一種方法是根據巖石礦物組成判斷 [3]，即取 巖石中石英含量與巖石中石英、碳酸鹽及粘土總含量的比值作為該巖石脆性指數。一般石英含量超過 30%便數據庫認為巖石具有較高的脆性指數。 巖石脆性指數的計算第二種方法則是根據巖石力學特性判斷，由楊氏模量及泊松比計算得到 。 2 見 公式 （ 1）。 （ 1） 其中， Br為脆性指數， E為楊氏模量， Pr為泊松比， a和 b為常數 ， a=1， b=。 綜合脆性指數即泊松比、均一化楊氏模量（無量綱）和脆性礦物的平均值，可綜合反應巖石力學特征以及巖石礦物特征對巖石脆性的影響。以往計算表明，砂巖段的綜合脆性指數明顯高于頁巖段，更有利于形成復雜裂縫。 對紅 87 區(qū)塊 59 層儲層數據進行計算，得到扶楊油層和高臺子油層 脆性指數 分別為 %和%，巖石 脆性指數 可以滿足體積壓裂對儲層特征的要求。 表 1 紅 87 區(qū)塊致密砂巖儲層巖石力學特征 層位 井段 (m) 靜態(tài)泊松比 （無因次） 靜態(tài)楊氏模量(Mpa) 脆性指數 (%) 扶楊 23266 高臺子 22203 天然裂縫發(fā)育狀況 儲層發(fā)育良好的天然裂縫及層理是實現(xiàn)體積壓裂改造的前提條件 。壓裂形成縫網的難易程度與天然裂縫和水平層理 的自然狀態(tài)（天然裂縫發(fā)育程度，是否為潛在縫或張開縫，裂縫內是否有填充物等）密切相關 [3]。 天然裂縫的開啟所需要的縫內凈壓力與施工排量及壓裂液的粘度密切相關。 通過成像測井分析，儲層以垂直裂縫為主，縱向延伸長度 38m， 一般不穿層。裂縫 傾角大，近于直立，與東西向夾角一般小于 12 度 ， 分析裂縫性質為潛在縫。 通過巖心觀察， 紅崗北 扶 楊 油層裂縫密度 /米，天然裂縫發(fā)育 ,有利于形成縫網系統(tǒng) 。 圖 1 紅 97 井泉四段成像測井圖 地應力分析 兩向應力差小，有 利于裂縫的轉向和彎曲，進而可能形成復雜的縫網系統(tǒng)。對于裂縫較發(fā)育油藏，形成縫網壓裂的力學條件可在天然裂縫擴展 基礎上分析，縫網示意圖如力 2所示。 圖 2 縫網示意圖 3 根據 W和 T的破裂準則及二維線彈性理論，發(fā)生張性斷裂所需裂縫縫內凈壓力 按式（ 2） 計算。發(fā)生剪切 斷裂 所需裂縫縫內凈壓力 按式（ 3）計算。 （ 2） 發(fā)生張性斷裂所需裂縫縫內凈壓力為 （ 3） 式中， p為裂縫內凈壓 力 ， Mpa； δ H和 δ h分別為水平最大和最小主應力， Mpa； θ 為天然裂縫與人工主裂縫的夾角，（ 186。）； τ ο 為天然裂縫內巖石的粘聚力， Mpa； Kf為天然裂縫面的摩擦因數，無因次。 在壓裂過程中 ,當主裂縫內凈壓力滿足式（ 2）、式（ 3）時，才能形成縫網系統(tǒng)。而根據式（ 2）得到，當θ =π /2時 有最大值，最大值為 δ Hδ h。同理，根據式（ 3）得到，當θ =π /2 時有最大值，最大值為 pmax=τ ο /Kf+(δ Hδ h。 )，天然裂縫一般 τ ο =0。因此，天然裂縫或地層弱面發(fā)生張性斷裂和剪切斷裂的最大值均為水平主應力差值 δ Hδ h。即當主裂縫內的凈壓力大于 δ Hδ h時，便