重复压裂技术发展现状分析研究—大学毕业论文范文模板参考资料.doc

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1、重复压裂发展现状分析摘要：重复压裂技术是低渗透油田增加单井产量确保油田稳产提高经济效益的重要措施。论文详细分析和研究了原有裂缝失效的可能原因、重复压裂的造缝机理；提出了重复压裂的选井选层原则、重复压裂的工艺技术特点和相应措施；提出了堵老缝压新缝的重复压裂技术，介绍了重复压裂在国内外的应用现状，结合国内外重复压裂的现场应用情况分析了压裂效果及存在的难题，从中明确了低渗透油田重复压裂技术的发展趋势。关键词：重复压裂；机理；现场应用；效果分析。目 录1 绪论11.1 水利压裂技术发展现状31.2 水力压裂新工艺和新技术52 重复压裂的涵义及其机理分析92.1 重复压裂涵义92.2 重复压裂机理102

2、.2.1 闭合压力变化102.2.2 重复压裂裂缝张开平面的方位102.2.3 重复压裂最优时间确定112.2.4 裂缝失效原因112.2.5 重复压裂评估112.2.6 重复压裂选井选层的原则123 重复压裂技术应用效果分析143.1 现场应用143.1.1 Rangely 油田143.1.2 阿南油藏153.1.3 安塞坪桥油田163.2 应用效果分析163.3 存在的问题174结论与建议184.1 结论184.2 建议18参考文献191 绪论水力压裂技术经过了近半个世纪的发展，特别是自80年代末以来，在压裂设计、压裂液和添加剂支撑剂、压裂设备和监测仪器以及裂缝检测等方面都获得了迅速的发展

3、，使水力压裂技术在缝高控制技术、高渗层防砂压裂、重复压裂、深穿透压裂以及大砂量多级压裂等方面都出现了新的突破。现在水力压裂技术作为油水井增产增注的主要措施，已广泛应用于低渗透油气田的开发中，通过水力压裂改善了井底附近的渗流条件，提高了油井产能，在美国有30%的原油产量是通过压裂获得的国内低渗油田的产量和通过水力压裂改造获得的产量也在逐渐增加，水力压裂技术的最优实施和关键性技术的突破，将给石油工业带来不可估量的前景。水力压裂技术自发展半个多世纪以来，为增加油气井产量、提高油气田开发水平作出了不可磨灭的贡献。但不是所有的压裂措施都能达到预期的增产效果，许多油气井压裂以后增产效果不理想甚至没有增产效

4、果，其中一个重要原因就是压裂过程中压裂本身对油气层造成了损害。因此有必要对压裂过程中的裂缝损害进行研究并找出相应的解决措施。水力压裂过程中存在的损害主要包括粘土膨胀与颗粒运移损害、机械杂质引起堵塞损害、支撑裂缝导流能力的损害等。所以，要提高压裂效果，可以从改进压后裂缝导流能力和提高裂缝壁面附近地层的渗透率两个方面入手，这就是要进行水力压裂复合酸化技术研究的依据。酸液体系是否合理是能否消除压裂液对裂缝壁面及支撑剂层损害的关键因素，因此也是水力压裂复合酸化技术能否取得成功的关键。本文对己有的几种酸液配方分别进行压裂液伤害的解堵效果实验，筛选出最合理有效的酸液配方，并进行了对地层的酸化效果评价和对支

5、撑剂层的解堵效果评价。经分析对比表明，通过实验筛选出的合理的酸液配方能较好的改善裂缝壁面附近地层的渗透率和支撑裂缝的导流能力。通过酸液处理后，如果返排彻底，其导流能力可以恢复到裂缝初始导流能力。同样水力压裂技术自应用以来，已被证明是一项行之有效的增产工艺技术，但是，随着压裂井(层)的开发生产，第一次产生的水力裂缝会逐渐失去作用，因此必须进行重复压裂来提高油气井的产量，以保证油气藏实现增产稳产的开发目标。所谓重复压裂是指同层的第二次或更多次的压裂。早在50年代，国内外就已开始进行重复压裂，在美国将近30%的压裂属于重复压裂，我国则更普遍一些。受当时技术与认识水平的限制，一般认为，重复压裂是原有水

6、力裂缝的进一步延伸或重新张开已经闭合的水力裂缝，且施工规模必须大于第一次压裂作业的24倍，才能获得与前次持平的产量，否则，重复压裂是无效的。到了80年代中、后期，随着油气价格的变化和现代水力压裂技术的发展，国外(主要是美国)又将重复压裂作为一项重要的技术研究课题，从重复压裂机制、油藏数值模拟、压裂材料、压裂设计、施工等方面进行研究攻关，获得的主要认识有：(1)重复压裂的水力裂缝方位可能与第一次形成的裂缝方位有所不同，即重复压裂可能产生出新的水力裂缝；(2)重复压裂应重新优选压裂材料；(3)对于致密气藏，重复压裂设计的原则是增加裂缝长度，对于高渗透性气藏，则应提高裂缝的导流能力。这些研究成果获得

7、了现场证实，如美国在阿拉斯加的KuparukRiver油田在380口生产井中重复压裂了185口，压后采油指数平均提高了2倍，取得了非常好的增产稳产效果。目前我国主要油田已进入中、高含水期的开发阶段，重复压裂作为老油田综合治理、控水稳油的重要组成部分，急需以技术进步来克服我国重复压裂成功率低、增产量低、有效期短、科研落后于现场施工等被动局面。本文结合了胜利桩74断块油藏的特点，研究了不同含水期低渗透油藏的重复压裂技术。借助复压前油藏评估和水力裂缝诊断，对原有水力裂缝失效原因、潜力所在、改进途径进行了研究论证，提出高砂液比进行重复压裂的技术路线；使用油藏模拟、水力裂缝模拟研究了不同含水阶段对重复压

8、裂后产油量和产水量增长幅度的影响及重复压裂设计；在先进实验室的支持下选择了适用于两油藏的重复压裂材料；并在两油藏的8口井(层)上开展了重复压裂现场试验，取得了较好的效果，其中在胜利桩74断块的3口试验井，复压8个月后已累计增产原油4251.0t，获得166.9万元的经济效益。这些初步研究成果将进一步推动重复压裂技术研究，对注水开发老油田综合治理，实现控水稳油具有重要意义。水力压裂技术是有效开发低渗透油气藏必不可少的主要技术措施，但经过水力压裂后的油气井，在生产过程中由于种种原因可能导致水力裂缝失效对这类油气井很自然就会采取重复压裂措施以保证油气藏稳产增产、提高油气田采收率。早在五、六十年代国内

9、外就开展了大量的重复压裂实践，但由于重复压裂开展的理论研究工作远远落后于现场要求，使重复压裂缺乏必要的、科学的、系统的理论指导，导致大量的重复压裂作业没有取得理想的效果主要表现在施工成功率低、增产效果差、增产有效期短，部分重复压裂甚至无效。我国许多油气田在投入开发初期就普遍进行了压裂改造，获得了很好的开发效果。目前多数主力油气田都已进入开发中后期，重复压裂作为老油气田综合治理的技术措施，是急待解决的重大课题。本文从原有裂缝失效的可能原因与重复压裂的系统评估技术、重复压裂裂缝延伸方式及判断方法、重复压裂的选井选层原则与方法以及重复压裂裂缝延伸模拟方法等方面系统进行了研究，对于指导和实施重复压裂具

10、有重要意义。1.1 水利压裂技术发展现状水力压裂就是利用地面大功率高压机泵组，以大大超过地层吸收能力的排量将高粘液体注入井中，随即在井底憋起高压而劈开地层形成裂缝；继续注入液体，促使裂缝延伸扩张，而后将带有支撑剂的液体注入地层。这样停泵卸压后即可在地层中形成具有一定长度、一定宽度和高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝有很高的导流能力，有效地改善了油气层的渗流条件，为流体提供了很好的渗流通道，降低了流体渗流阻力，从而大幅度提高油、气、水井的产液、产气量或吸水能力。随着油田开发水平的提高，水力压裂技术越来越受到人们的重视。水力压裂自1947年在美国堪萨斯州胡果顿气田试验成功以来经过50多年的发展，不

11、仅已成为油气井增产、水井增注的重要技术措施，而且是油藏整体开发的重要组成部分和评价认识储层的重要方法。近年来，水力压裂己广泛用于调整油气层开采中的三大矛盾、提高注水效果和加快油气田的开发速度等领域。此外，它可用于极低渗透率气田的开发，使本来没有工业价值的气田成为具有相当工业储量和开发规模的大气田。如今，水力压裂技术在裂缝模型、压裂井动态预测、压裂液、支撑剂、压裂施工设备、应用领域等方面均取得了惊人的发展。压裂液方面：目前，国内压裂液已形成系列，品种达30多种，常见的水基压裂液，占90%，泡沫压裂液占约10%，油基压裂液使用很少。90年代，研制出了延迟交联技术和新型胶囊破胶剂技术，从而研制出低伤

12、害压裂液，但如前所述，硼酸盐交联压裂液溶具有10%20%的伤害率，这对于低渗透油层乃是十分有害的，于是国外一些公司有相继研制出新型无伤害压裂液。这类压裂液的最大特点是不含聚合物绸化剂，或绸化剂浓度极低。如液态CO2压裂液就是用100%的纯液态CO2，它具有返排彻底、无残渣、对地层无伤害等特点。再如粘弹性表面活性剂基压裂液不含聚合物而是含有一种从长链脂肪酸得来的基胺盐，这种压裂液也具有不需要破胶剂，压后返徘彻底、无伤害等特点。自进行大规模水力压裂以来，压裂液无论从单项添加剂研制、整体压裂液配方体系的形成、室内研究仪器设备和方法以及现场应用工艺技术等均发生了重大变化，特别是20世纪90年代以来，压

13、裂液体系研究趋于完善，在压裂液化学和应用工艺技术方面又取得了许多新的突破，并在现场应用中发挥了重要作用。支撑剂方面：近年来，中等强度和高强度支撑剂发展较快，与石英砂形成了支撑剂系列，可满足不同目的的压裂要求。中等强度的支撑剂有树脂包层石英砂。树脂包层支撑剂是70年代末研究出来的，80年代发展完善，目前己代替烧结铝钡土支撑剂。它有两种：固化和预固化。固化砂在地层温度下固结，这对于防止压后裂缝吐砂和防止地层出砂有一定效果；预固化砂则是在地面上已形成完好的树脂薄膜包囊，它的优点是：树脂薄膜包囊起来的砂子，增加了粒间的接触面积，提高了抵抗闭合应力的能力；树脂薄膜可将压碎的砂粒小块、粉砂包囊起来，减少了

14、微粒的运移与堵塞孔道的机会；树脂包层砂总的体积密度比高强度人造支撑剂要低，便于悬浮，降低了对携砂液的要求。支撑剂回流一直是困扰油气采输的难题之一，也是支撑剂发展急需解决的问题。近年来，国外包胶支撑剂及支撑剂回流控制技术得到了不断完善和发展。近期支撑剂的技术进展是：a双涂层技术；b部分固化支撑剂：c吠喃树脂包层支撑剂；dHTL-PCP支撑剂系统；e支撑剂返排控制技术；f支撑剂的优化设计。压裂监测技术的发展：近几年来，各种压裂监测设备和监测技术都得到了较大的发展。裂缝高度检测方法包括井温测量法和放射性同位素示踪法。裂缝方位和几何尺寸的主要检测方法是在裸眼井中下井下电视测量、微地震测量、无线电脉冲测

15、量等方法对裂缝进行探测，通过传送系统在地面进行实时显示，根据图像观察和分析裂缝的方位和几何形态。裂缝模型的发展：压裂设计模型是综合岩石断裂力学和固液两相流体力学、传热学等模拟水力裂缝几何形状和参数，由压裂设计模型编制的压裂设计软件己普遍应用于所有油田的压裂施工。目前国内外己提出许多种复杂程度不同的模型来预测裂缝的几何形状，大致可分为二维模型、拟三维模型、真三维模型。从二维模型到真三维模型，假设条件依次变宽，而求解的复杂度却呈几何级递增，当然模拟实际压裂的准确性也越来越高。在国外，80年代以前，压裂设计使用的主要是二维软件，进入90年代后，拟三维压裂设计软件的使用率达到了80，全三维软件和二维软

16、件各为10%左右，世界各主要石油服务公司已广泛应用拟三维压裂设计软件，而且己拥有比较成熟的全三维软件。目前，全三维软件由于所需的很多参数无法准确确定和需要较高档的计算工具(工作站)及较长的计算时间，所以在矿场上还没有普遍使用，而主要用于评价拟三维设计软件的精确程度和一些复杂井层的施工设计。论文下节将对主要的压裂模型作简单介绍。缝高控制技术的发展：压裂过程中，当油层为薄油层或上下遮挡层为弱应力层时，压裂裂缝可能会穿透生产层进入遮挡层，达不到压裂效果，严重时甚至连通含水层造成水窜，从而导致压裂失败。因此近几年来，国内外对缝高控制技术进行了广泛的研究。目前的主要方法有：建立人工隔层控制缝高；非支撑剂

17、液体段塞控制缝高；调整压裂液密度控制缝高；冷水水力压裂控制缝高。高砂比与端部脱砂压裂技术：由于压裂液和支撑剂的性能得到改善和提高使高砂比压裂和端部脱砂压裂成为80年代末期发展起来的两项新的压裂工艺技术。高砂比压裂技术是指提高地面砂液比，使支撑裂缝的支撑剂铺置浓度增加，以提高裂缝导流能力，增加水力裂缝的流通面积，降低流体在水力裂缝中的流动阻力。一般把裂缝内单位面积的砂浓度大于10kg的压裂称为高砂比压裂。70年代后期，由于新型聚合物的发展以及储存、传输、混合、泵送及计量装备的发展，使以提高缝内支撑剂浓度为目的的高砂比压裂迅速发展起来，第一次高砂比压裂作业的设计及施工是1976年在墨西哥州Blac

18、o油田地层深度1524-1829m的一口井上进行的。目前，实验及研究己证明高砂浓度支撑裂缝在提高裂缝导流能力方面具有很大的潜力。而端部脱砂压裂技术是1987年由Smith等人首次提出，它是一种非常规的压裂技术，当裂缝达到预定的缝长时，前置液全部滤失完，这时在裂缝端部将发生脱砂(即砂堵)，裂缝净压力急剧升高，迫使裂缝在宽度方向上发展，以获得比常规压裂宽几倍至几十倍的支撑裂缝，从而大幅度提高裂缝导流能力。该技术在疏松地层的压裂防砂、中高渗透地层压裂和老井重复压裂中得到了广泛的应用。目前，国内外高砂比与端部脱砂压裂技术还没有系统化、成熟化。1.2 水力压裂新工艺和新技术1）高压水旋转射流技术：高压水

19、旋转射流技术是利用井下可控转速的自振空化发生器产生低频水力波、高频振荡冲击波和空化超声波三种物理作用，对近井地层进行直接深穿透处理，彻底清除储层堵塞，疏通油流孔道，从而提高处理深度和处理效果，使油水井恢复生产。该技术具有效率高、成本低、无污染等优点，是适用于低渗油田油水井增产增注的新型工艺技术。（1）基本原理高压水旋转射流解堵工具主要由井下过滤器、扶正器、旋转控制器和自振空化喷射器组成。整套工具用油管下至待处理目的层，处理液通过水泥车打压经单向阀、过滤器后进入旋转发生器，产生多股径向高压水射流。喷头上沿四周分布四个风琴管喷嘴，其中两个倾斜动力喷嘴喷出侧向射流产生旋转力矩，驱动喷头旋转，两个径向

20、喷嘴产生径向高频自振空化射流，直接冲击管壁和地层。工具在井下边旋转边上下移动，旋转速度由旋转控制器控制，每转一周有四个水力脉冲，同时产生低频旋转水力波、高频振荡冲击波、空化噪声超声波三种物理作用综合作用地层，达到对整个射孔井段的完全处理。（2）作用机理1) 低频旋转水力波。射流喷射器旋转时，在井筒内产生旋转水力扰动波，旋转速度为100400r/ min ，这种低频旋转水力波作用在地层，使沉积在地层孔隙内的机械杂质和堵塞物逐渐松动脱落，分散在液体中被水射流冲刷带出，达到疏通孔道、解除堵塞的目的。同时，地层岩石在低频旋转水力波的反复作用下，产生疲劳微裂缝网，并随水力波的深入，裂缝不断扩大和延伸。

21、2) 自激振荡冲击波。自激振荡射流具有强烈的压力振荡和冲蚀岩石效果。试验证明，射流振动频率为几千至上万赫兹，压力脉动幅度达24 %37 % ，在相同泵压条件下，冲蚀岩石效果为普通射流的24倍。喷射器在井下旋转一周产生4次水力脉冲，每次水力脉冲本身又是自激振荡射流，这种自激振荡射流直接冲入近井地带深穿透冲击解堵，同时使地层岩石冲击破碎，产生新的微裂缝，从而提高地层渗透率。3) 空化噪声超声波。喷射器产生高频振荡射流的同时，产生高频、强辐射、深穿透空化噪声，频率高达10kHz。这种高频超声波一方面有助于疏通油水通道，增加地层压力梯度，另一方面改变原油分子结构，降低原油粘度，减小岩石和油水界面上的表

22、面张力，从而改善原油流动性，提高原油采出程度。（3）适用范围和选井条件1) 地层渗透性较高，具有一定产能，近井地带污染堵塞引起产量下降或停产停注的油水井。2) 地层污染堵塞又具有酸敏、水敏特性，不易酸化等措施的油水井。3) 地层能量低，酸化后无法排酸的井。4) 油层薄、层段小，层间干扰严重的多层分注井。5) 需调整油井产液剖面及水井吸水剖面的井。6) 可作为油水井酸化、压裂、注蒸汽、注聚等措施前的预处理。端部脱砂压裂技术（TSO）：随着油气田开采技术的发展和多种工艺技术的交叉综合运用，压裂技术应用范围已不再局限于低渗透地层，中高渗透地层也开始用该技术提高开发效果。当压裂技术应用于中高渗透性地层

23、时，希望形成短而宽的裂缝，并尽可能地将裂缝控制在油气层范围内。为了适应这一特殊的要求，国外于20世纪80年代中期研制开发了端部脱砂压裂技术，并很快应用于现场，目前国内也开展了这方面的研究，并取得了很大的进展。（4）重复压裂技术重复压裂技术是改造失效井和产量已处于经济生产线以下的压裂井的有效措施。美国对重复压裂技术的理论研究、工艺技术和矿场应用都作了大量有成效的工作。如美国的Rangely油田在891口井上作业1700多次，许多井压裂达4次之多，重复压裂成功率达到7080。North westbark unit油田在重复压裂作业时采用先进的强制闭合技术和端部脱砂技术，取得了很好的经济效益。重复压

24、裂可用来改造低、中渗透地层；适用于常规直井、大斜度井和水平井。高渗层防砂压裂技术：高渗透地层的防砂压裂是指对高渗透地层进行压裂的同时，又完成了充填防砂作业。常规的砾石充填防砂方法对高渗透地层容易造成伤害，严重降低导流能力。该项技术要求采用端部脱砂技术，使裂缝中的支撑剂浓度达到足够高。加砂之后继续泵注一段时间增大净压力可以进一步扩大裂缝宽度。若有必要，在施工末期略微降低泵速，可以使支撑剂更好地充填于裂缝中。经验表明，与低渗透地层压裂相比，高渗透地层压裂可以产生较高的裂缝导流能力。这不仅能够获得更高的产量，而且也是极有效的防砂措施。但是应当注意，产量过高、产量变化、水浸等都有可能导致出砂或出砂加重

25、和减产。借助微压裂可获得较精确的裂缝闭合压力、闭合时间、压裂液效率、初损量、滤失系数等数据，还可以设计产生短、宽裂缝，以进一步减小表皮因子。常用的水基压裂液是线性胶凝羟乙基纤维素和硼酸盐交联液，前者主要优点是对地层无伤害性，后者具有良好的可逆性，使支撑剂充填层恢复高渗透率。上述两种压裂液组成的复合压裂既能保护地层又能造出高导流能力的裂缝，用于高渗透地层压裂效果甚佳。采用大颗粒支撑剂效果较好，是发展趋势。目前优选的是2040目砂。常规的砾石充填所用的砂的颗粒太小，不能有效地减小近井地带压降和防止出砂。采用该项技术在路易斯安那海上气田渗透率50010-3100010-3m2地层，使单井日产量高达2

26、83104m3以上，远高于在该地区用常规砾石充填的井的产量。在西部非洲一个高渗透新油田的开发中，采用该项技术使表皮因子下降到20，生产和防砂均取得良好效果。低渗层深穿透压裂技术：水力压裂是强化开发低渗层的基本方法之一，如果仅仅用于处理地层的近井地带，只能取得很有限的效果。近几年来深穿透压裂技术的发展，使其产生的裂缝长度可达3001200m，极大地扩大了低渗层的可采储量和产量，有力地提高了开发低渗层的效益。前苏联借助电子计算机对利用该技术开发低渗层进行了评价和分析。结果表明，目前可有效开发的低渗层储量占其总储量的50以上，其中24属于由于利用了该技术而成为新增可采储量，76属于利用该技术可成倍地

27、提高开发速度和提高最终采收率的高效可采储量；并认为对于深度不超过2500m的井可以用现有的70MPa压力的压裂设备和石英砂，而对于较深的井，特别是超过3000m的井，需要用105MPa压力的压裂设备和更可靠的支撑剂。借助于近年迅速发展的先进的压裂工艺、材料和技术设备，深穿透水力压裂技术从设计到实施，已有可能较好地实现。为了保证该技术有效地广泛应用，目前需要尽快解决的主要问题是研究应用该项技术处理的井的最佳水动力学系统。为此国内外都在致力于利用电子模型和数学模型研究水力裂缝对油田开发指标的影响，处理好油藏、流体特性和裂缝几何尺寸、方位及导流能力与开发注采系统之间的关系，最大限度地提高油田的开发指

28、标和经济指标。低渗透深穿透水力压裂在北美得到了最广泛的应用。美国2530的原油储量是利用该项技术采出来的。每年进行40006000次作业，加拿大的低渗层储量所占比例更大，每年进行大约1500次作业。低渗层大砂量多级压裂技术：低渗透地层往往具有岩性致密、地下闭合应力高等特点。对这样的低渗透地层采用通常的水力压裂技术，由于裂缝闭合较快，支撑砂易破碎等原因，作业有效期一般都很短，考虑到经济因素，甚至是得不偿失。如何能建立和维护裂缝的高导流能力，以便保持非稳态流期间的高流量，是作业效果成败优劣的关键。为此，近年还发展了大砂量多级压裂技术。该项技术目的是在整个生产层段产生较大的导流通道，因此首先需要大的

29、用砂量。据估算，要使无因次裂缝导流能力大于10，用砂量需增加300。考虑到完井层段的间隔、裂缝高度、现场监控以及机械风险等因素，采取逐步加大用砂量的方式，而且用砂量仍呈增大趋势，目前已设计一次作业用砂量高达2271042724104kg，并使用压裂环和投球。因地下闭合应力高，支撑剂选用2040目砂或其它大颗粒高强度支撑剂，由于用砂量大，要求使用能在高温剪切作用下保持较高粘度，具有良好抗滤失性和摩阻小的压裂液。现场用的一种适合地层能量较高的线性凝胶，能保证在较高的井口油压下具有足够的携砂能力，裂缝的穿透度相应也较大，一般达到泄流半径的70。施工后液体能快速返排，是保证油井良好生产动态最关键的因素

30、。美国俄克拉何马州南部致密气层完井层段厚30484572m，井深2133627432m。其主力产层为石灰岩，多处白云岩化，并含有砂质层系，采用大砂量多级压裂技术后，初产量比常规压裂平均高63。在第一个月内平均日产量高于28104m3的井占62%以上，而以前达到这一初产水平的井只有33。2 重复压裂的涵义及其机理分析2.1 重复压裂涵义重复压裂是指在同一口井进行两次或两次以上的压裂。这主要是压裂后随着生产时间的延长，导致油( 气) 产能在一段时间后下降， 或者是该井压裂后经过一段时间， 又发现了其它层位上有更大的开发潜力， 于是又对其进行压裂。基于对重复压裂方式的不同理解， 目前国内外实施的重复

31、压裂有3种方式：(1) 层内压出新裂缝。由于厚油层在纵向上的非均质性， 油层内见效程度不同， 层内矛盾突出而影响开发效果。可以通过补射非主力油层或对非均质厚油层重复压裂、或者压裂同井新层等措施改善出油剖面， 从而取得很好的效果。实质上， 这是对重复压裂的早期认识， 严格地讲应当属于分层压裂的技术范畴。但国内以前主要基于这种认识开展理论和实践探索。(2) 延伸原有裂缝。油田开发过程中， 由于压力、温度等环境条件的改变， 引起原有压裂裂缝失效。这类井需要加砂重新撑开原有裂缝， 穿透堵塞带就可以获得不同程度的效果。另外， 压裂改造规模不够， 或者支撑裂缝短， 或者裂缝导流能力低， 这类井必须加大压裂

32、规模继续延伸原有裂缝， 或者提高砂量以增加裂缝导流能力， 这是目前最常用的重复压裂概念。为了获得较长的增产有效期， 必须优化设计重复压裂规模( 液量、砂量) 。(3) 改向重复压裂( 即堵老缝压新缝) 。油田的低渗透层已处于高含水期， 原有裂缝控制的原油产量已接近全部采出， 裂缝成了水的主要通道， 但某些井在现有采出条件下尚控制有一定的剩余可采储量。这时最好的办法是将原有裂缝堵死， 重新压裂， 在与原有裂缝呈一定角度方向上造新缝， 这样既可堵水， 又可增加采油量。即研究了一种高强度的裂缝堵剂封堵原有裂缝， 当堵剂泵入井内后有选择性地进入并封堵原有裂缝， 但不能渗入地层孔隙而堵塞岩石孔隙， 同时

33、在井筒周围能够有效地封堵射孔孔眼； 然后采用定向射孔技术重新射孔以保证在不同于原有裂缝的方位(最佳方位是垂直于原有裂缝的方位)重新定向射孔， 以保证重复压裂时使裂缝改向， 也即形成新的裂缝； 从而采出最小主应力方向或接近最小主应力方向泄油面积的油气， 实现控水增油。Chevron 石油技术公司、Unocal 公司、Dowell 公司和美国Lost Hill 油田测试都已经证明了改向重复压裂的可能性。根据最小主应力原理，重复压裂裂缝延伸方式依然取决于储层应力状态，不以人们的主观意志为转移而受客观应力条件控制。前次形成的人工裂缝、地层流体压力变化、孔隙热弹性应力、邻井注水生产活动都产生新的诱导应力

34、。它们的迭加结果决定了重复压裂裂缝延伸规律。如果xmin+x 诱导ymax+y 诱导， 就改变以前的应力状态， 重复压裂裂缝就可能重新定向。因而在井筒附近也就有可能改变重复压裂裂缝方位， 但距井筒一段距离后， 裂缝仍沿原来的方位延伸。2.2 重复压裂机理通过部分重复压裂井初次压裂瞬时停泵和重复压裂瞬时停泵所测的数据(表2.1)， 可以看出， 初次压裂施工瞬时停泵压力普遍高于重复压裂时的瞬时停泵压力。这说明重复压裂的破裂压力要低于初次压裂的破裂压力， 这很可能是由于重复压裂裂缝重合于初次压裂裂缝所致。由于初次压裂岩石的抗张强度要高于重复压裂时岩石的抗张强度， 因此，重复压裂时的破裂压力要低于初次

35、压裂时的破裂压力。表2.1 部分重复压裂井初次压裂和重复压裂瞬时停泵压力井号 初次压裂/MPa 初次压裂/ MPa静38-64 27.3 22.0静38-64 25.0 20.4前54-4 34.0 29.0坨32-38 29.7 26.0坨26-36 32.0 29.8张1 30.0 26.0冷43-44-564 23.0 19.5 冷43-82-568 24.0 19.0冷43-17-170 26.0 23.4锦2-14-110 19.0 16.52.2.1 闭合压力变化随着油田的开发， 油层压力和孔隙压力要逐渐降低。另一方面， 初次压裂施工， 油井生产一段时间后， 将产生一个水平孔隙压力

36、梯度。靠近井筒的孔隙压力降低， 使得裂缝闭合压力增大， 导致初次压裂使用的支撑剂破碎或嵌入地层， 从而使初次压裂形成的水力裂缝导流能力大大降低。因此， 重复压裂时要选择比初次压裂强度更高的、与地层匹配的支撑剂， 这是保证重复压裂有效的一个重要条件。2.2.2 重复压裂裂缝张开平面的方位有两个因素可以改变局部的地应力方位， 一是支撑裂缝产生的诱导应力； 二是孔隙压力在油藏中重新分布产生的诱导应力。通过本区块其它井的生产和注入， 或该井自身的生产， 可以改变其油藏压力， 井眼周围应力场的变化可以改变重复压裂的裂缝方位。2.2.3 重复压裂最优时间确定为了确定重复压裂的最优时间， 需要考虑裂缝转向之

37、前的长度和当时的孔隙压力分布。试验表明：重复压裂的间隔时间越长， 裂缝转向之前的长度越长。几年后虽然孔隙压力继续下降， 但裂缝转向之前的长度增长却很缓慢。重复压裂的最佳时机是此时裂缝长度可以达到很长或裂缝将延伸到的区域孔隙压力仍很多， 当地层应力分布及油藏特性诸如孔隙度、渗透率、地应力等控制压力分布的因素已知时， 可以确定重复压裂的最佳时机。当地应力大小不能精确确定时， 仍可利用应力分布较好地估计重复压裂最优时机。2.2.4 裂缝失效原因重复压裂原裂缝失效的原因主要有两方面：即各种原因引起的裂缝及其附近地层堵塞；原有裂缝在油田开发过程中闭合。（1)化学结垢和沉积引起堵塞。地层水中存在结垢离子，

38、如Ca2+，HCO3-等，在油井生产过程中由于压力降低而结垢。另外，地层水与产出水或不同产出水间成垢离子相互作用，或下降脱气要产生BaSO4，CaSO4，SrSO4等垢。而且原生水随着压力下降和微粒运移也会自然产生结垢。此外，胶质、沥青等重质烃组分沉积也将堵塞裂缝及附近地层。(2)微粒运移引起堵塞。泥质胶结储层中，粘土多呈薄片堆积于孔隙中。注入水等外来水改变了地层水的矿化度，pH值变化可能会破坏地层水中存在的阳离子同粘土片表面的负电荷作用保持电中性的平衡，或者由于阳离子集中造成粘土片分散。另外，亲水地层可能在砂粒附近不运移的束缚水中含微粒，若水侵入移动水相，则这些微粒即分散而参加运移。微粒运移

39、最终导致颗粒桥堵孔隙喉道，降低地层的渗透率。(3)压裂裂缝闭合。我国油田大部分井都是经过压裂投产的，随着油田开采，地层压力降低，围岩对裂缝的应力增大，裂缝中支撑砂承受的压力增加，当超过砂的破裂强度时，产生破碎；或者支撑剂在长期承压下产生日益严重的变形，从而使裂缝的有效缝宽变小，降低了裂缝导流能力，油井产量下降。以上诸因素并不是孤立产生影响的，而是综合作用的结果。由于油层本身的特性，在不同的井层起主导作用的因素不同，选井评层时要具体分析。2.2.5 重复压裂评估重复压裂评估目的在于认识储层与裂缝当前状况、评价前次压裂材料和压裂工艺有效性，为选井评层提供基础资料。(1)单井状况评价。单井状况评估包

40、括当前裂缝状况分析和井的生产能力分析。前者以试井分析为主要工具，理论和实践都表明：不同类型油藏的压力时间双对数曲线(包括压力导数曲线)在不同流动阶段具有不同的形状，按有限导流能力裂缝试井分析的压力拟合计算流动系数，由时间拟合计算折算半径、表皮系数和有效支撑缝长。后者以油藏数值模拟为基础，以了解油藏的生产历程、产量和累积产量变化，模拟评估支撑剂在裂缝中的状况和裂缝导流能力等；根据井网条件和油藏渗流规律计算分析水力裂缝方位、支撑缝长和导流能力对井产能变化、扫油效率和最终采收率的影响。(2)压裂材料评估。支撑剂评价：包括对支撑剂进行物理评价和导流能力评价。目前，国内的石英砂产地多、但性能差异大，在不

41、同闭合应力下的导流能力相差很大。必须结合地层的压力、温度和环境条件进行仔细评价。如，20/40目兰州石英砂在30MPa下的颗粒群体破碎率可达24.2%，而湖南岳阳砂最大为40.7%。另外，对石英砂的不同处理方式也要影响裂缝导流能力。对支撑剂性能的评价目的在于找出适当的支撑剂。压裂液体系评价：不同压裂液体系性能差别很大，使用条件各不相同，必须对原有压裂液进行全面评价，包括流变性、滤失性、温度稳定性和剪切稳定性、压裂液对地层的伤害评价。实际上，伤害评价综合反应了液相损害、固相损害和压裂液残渣的影响，但尽量分析清楚各种损害的程度，以便有效地采取针对性强的技术措施，选择对特定油藏条件适应性好的压裂液体

42、系。(3)工艺评价。包括泵注程序、加砂程序、砂比和反排状况评价。目的在于了解前次压裂形成的支撑剖面形状、支撑裂缝是否充分发挥了作用、可能的油藏和裂缝污染程度等，从而评价前次压裂的工艺合理性和科学性。2.2.6 重复压裂选井选层的原则油井在压裂生产一段时间后，由于多种原因的影响，如支撑剂破裂或嵌入，微粒迁移，生产作业引起的地层污染，初次压裂施工规模小，压裂液性能不佳，残渣堵塞等因素，造成油井产量下降，影响了油田的开发效果。因此必须根据单一油井的生产历史、井组油水井生产状况、油田历年动态监测结果以及油田加密井取心对地层评价结果等资料，结合油田开发动态综合分析引起产量下降的根本原因。在明确初次压裂失

43、效原因的基础之上，结合现场实际情况选择有增产潜力的井进行重复压裂。油井进行重复压裂措施后是否能达到设计的增油效果，选井选层显得至关重要。一般而言，重复压裂选井选层的应遵循以下原则：(1)压裂层段具有足够的剩余可采储量和地层能量，剩余可采储量是压裂增产的物质基础，而地层能量有利于延长增油见小的有效期；(2)油井初次压裂后产量高，目前产量低，而油井所在井组生产同一层位的油井目前产量高；(3)油井初次压裂规模较小，加砂强度不够，不能形成有效的支撑裂缝，压裂层段没有得到有效地改造，支撑裂缝导流能力低，引起了油井产量下降；(4)油井初次压裂成功后，在生产过程中，由于作业或洗井造成油层污染，导致井筒附近油

44、层渗透率下降，引起油井产量下降；(5)在注采井网完善的井组，油井压裂后没有见到注水效果，能量下降快，从而油井产量下降；(6)油井前次压裂有效支撑范围不够或支撑剂铺置分布不合理或支撑剂破碎严重，渗透率低，油井的产量下降快；(7)重复压裂井层段管外无串槽，固井质量好。3 重复压裂技术应用效果分析早在20 世纪50 年代， 国内外就已开始进行重复压裂， 在美国近30%的压裂属于重复压裂。80 年代中后期， 随着油气价格的变化和现代水力压裂技术的发展， 国外(主要是美国)又将重复压裂作为一项重要的技术研究课题， 从重复压裂机制、油藏数值模拟、压裂材料、压裂设计、施工等方面进行研究攻关， 获得的主要认识

45、有：(1) 重复压裂的水力裂缝方位可能与第一次形成的裂缝方位有所不同， 即重复压裂可能产生新的水力裂缝； (2) 重复压裂应重新优选压裂材料； (3) 对于致密气藏， 重复压裂设计的原则是增加裂缝长度， 对于高渗透性气藏， 则应提高裂缝的导流能力。这些研究成果都获得了现场证实， 如美国在阿拉斯加的KuparukRiver 油田在380口生产井中重复压裂了185 口， 压后采油指数平均提高了2 倍， 取得了非常好的增产稳产效果。目前我国主要油田已进入中、高含水期的开发阶段， 重复压裂作为老油田综合治理、控水稳油的重要组成部分， 急需以技术进步来克服我国重复压裂成功率低、增产量低、有效期短、科研落

46、后于现场施工等被动局面。大庆、胜利、长庆等油田相继从理论和实践方面对重复压裂技术作了一些有益的探索， 取得了一些宝贵的经验和认识。辽河油田压裂工作开始于1977 年， 至2000 年底已累计完成压裂3400井次，累计增产原油546104t。其中重复压裂164 井， 占总施工井数的4.8%， 在胜利桩74 断块的3 口试验井， 复压8个月后已累计增产原油4251.0t，获得166.9 万元的经济效益， 近几年重复压裂井数逐渐增加， 重复压裂技术在各油田得到广泛的推广应用。重复压裂技术1997 年就开始在中原油田的一些老井上应用了， 经过几年特别是科技攻关会战以来的发展， 重复压裂技术已经比较成熟

47、。仅2004年前5 个月， 已经现场实施12 井次， 施工成功率为96.1%， 有效率达83.3%， 平均单井日增油4.3t。重复压裂技术在大港油田的马西油田、枣园油田等地区已累计实施98 井次， 施工成功率达到80%以上； 重复压裂后单井累计增油达到1 300t， 累计增油144 108t，有效率达89.7%。延长油矿旧井重复压裂后， 第一年产量由1995 年的43.7t 增加到2003 年的163.2t， 增产3.7 倍。3.1 现场应用3.1.1 Rangely 油田该油田是美国开发最早的油田之一， 近40年来在891 口井上作业1700 次， 许多井压裂达4次之多， 重复压裂成功率70%80%。根据该油田首次压裂后的油藏模拟和压裂恢复测试分析， 作业失效的原因主要是改造规模不够和支撑剂损坏严重， 为此， 重复压裂的主要措施是使用高砂比和端部脱砂压裂技术， 中等强度支撑剂， 压裂液为钛交联水基瓜胶。为降低施工压力使用113mm 油管进液， 排量高达132.5