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1、第五章复杂结构井增产措施与井下作业水力压裂中国石油大学(北京)目录§水平井人工裂缝的形态§压裂水平井的渗流特点及裂缝条数优化§水平井水力压裂的地层选择§水平井的压裂施工§压裂水平井的产能分析水平井压裂技术研究与实践表明，水平井压裂已成为增产处理措施之一。在某一地区，假如直井生产时需要进行压裂作业，那么水平井也同样需要进行压裂。同时，有些地区由于地层非常致密而难于开采或者在目前开采状况下经济上不合算，但是，当采用水力压裂措施后则有可能使开采变为经济合理。理论上，在水平井开发中利用多裂缝同时压裂技术可以加速生产，这样油井的投资将在更短的时间得到收回。水平井压裂技术水平井人工裂缝的形态水平井人工
2、裂缝一般有3种形态:横向缝、纵向缝、水平缝.横向缝是指裂缝面与水平井井筒相垂直，一般可以产生多条横向缝;纵向缝是指裂缝面沿水平井井筒方向延伸的裂缝;水平缝是指裂缝面沿水平方向延伸的裂缝.对于一口水平井,实际压裂后将产生哪一种形态的缝,要取决于地应力的情况.水平井压裂技术水平井人工裂缝的形态一般而言,最小地应力位于水平方向,因此在现场中遇到最多的是横向缝和纵向缝,其形态见图1.如果井筒平行于最小水平主应力方向(即沿最小水平渗透率方向),则产生横向缝;如果水平井筒垂直于最小水平主应力方向(即沿最大水平渗透率方向),则产生纵向缝.理论研究和实际应用表明,横向缝的生产效果好于纵向缝。水平井压裂技术
3、压裂水平井的渗流特点1995年,Ｈｏｒｎｅ研究了水平井中多条横向人工裂缝的瞬态压力特性,可将水平井中多裂缝的流动形态分为4部分:(1)第一线性流,指地层向各条裂缝和裂缝向井筒的线性流动.(2)第一径向流,指若缝较短且间距较大,则在各裂缝周围产生的拟径向流,需要指出的是,若裂缝不是很短和间距不是很大,则不能产生这样的拟径向流.水平井压裂技术压裂水平井的渗流特点(3)第二线性流,指在流动后期,若边缘很远且缝很短很密,则产生流线相互平行,且垂直于水平井轴线的线性流动,(4)第二径向流,指对于整个油藏,如果生产时间很长,则流体以径向流的形式向水平井及裂缝区域的流动.水平井压裂技术裂缝条数优化对水平
4、井实施人工压裂所产生的裂缝条数不仅影响水平井的产能,同时也影响经济效益.因此裂缝条数的优化是一个十分重要的问题.Ｓｏｌｉｍａｎ研究认为,如果沿裂缝方向的渗透率(Ｋｘ)与沿井筒方向的渗透率(Ｋｙ)相等或比较小,那么裂缝的最佳条数为3-5条,如果沿裂缝方向的渗透率比沿井筒方向的渗透率大,那么裂缝的最佳条数将有所增加.水平井压裂技术裂缝条数优化下图比较了Ｋｘ/Ｋｙ=0.1,1,10时裂缝条数对产量的影响,其中最上面的3条曲线表示生产时间为2ａ,下面的3条曲线表示生产时间为0.5ａ.由图可知,ＫｘＫｙ小于或等于1时,裂缝的最佳条数为3-5条.水平井压裂技术适合水平井水力压裂的地层研究与现场实践表明
5、，在水平井压裂中选择适合水力压裂的地层是非常重要的，它关系到水平井压裂的经济效益。1.水平井油层的垂向渗透率非常低，甚至几乎没有，或者油层中存在着页岩薄层。2.如果水平井靠天然裂缝生产油气，那么将水平井段钻在与天然裂缝方向垂直的方向上将能使水平井获得高的产量。但是，在许多情况下，天然裂缝是不连续或不均匀的。如果采用水力压裂能使天然裂缝连通的话，则应对这种地层中的水平井进行压裂。水平井压裂技术适合水平井水力压裂的地层3.垂直井由于生产能力较低，则需进行强化处理的地层，那么这种地层中的水平井也应进行压裂处理。4.如果产层及其围岩的应力差很低时，在水平井中进行有限压裂可使其向垂向上诱发几条小裂缝
6、与储集层连通，以提高油井效益。但是，强化压裂出1条大裂缝则可能突出油层边界，造成底水维进影响。水平井压裂技术适合水平井水力压裂的地层5.油层有效厚度、底水和顶气对水平井压裂也有着较大影响。油层有效厚度太薄，压裂裂缝有穿透油层边界的危险。有底水和顶气影响的油层除了要求油层有效厚度和相对较大之外，压裂作业时要特别注意控制诱发型裂缝的长度。水平井压裂技术水平井的压裂施工水平井可用不固井方式完井，但该种完井方式对于要压裂增产的水平井通常不能接受。成功压裂必须用性能良好的水泥固井和进行选择性射孔。与直井相比，斜井与水平井的压裂压力高得多。额外的压力来自井眼与裂缝间的沟通有限。实验室与油田经验表明沟通
7、差是由孔眼、井眼和裂缝方位间的匹配差以及多条裂缝的产生和延伸引起的。为解决此问题，应当尽可能作设计来控制过高的压力，使井眼与主裂缝建立良好的沟通。水平井压裂技术水平井的压裂施工射孔设计在水平井与斜井的水力压裂施工中，射孔孔眼的作用非常重要。孔眼代表了井眼（如套管）与裂缝间唯一的联系通道。在水平井和斜井的压裂中，也包括直井，应当综合考虑孔眼大小、射孔深度、孔密与射孔相位。射孔序列与裂缝方位的关系是射孔方案中最重要的部分。因
