專題評述-水力壓裂油藏工程水力壓裂自20世紀40年代誕生伊始并未受到重視，50年代迅速發展，60年代人們開始有目的的使用壓裂技術，改進支撐劑及開發化學添加劑，70年代發展量化和優化壓裂施工程序，研制大流量的泵入設備，80年代重點發展壓裂監測技術以提高壓裂效果，90年代努力開拓新領域，如天然裂縫性地層酸壓技術、水平井壓裂技術等

水力壓裂——一項永遠的技術HydraulicFracturing——AUnendingTechnique《油藏增產措施》第三版前言AlumedS.Abou-Sayed水力壓裂起源1932年02月11日在美國密執安州米德蘭郡的福克斯-6井的由普爾石油公司和道化學公司合作，采用15%的鹽酸+砷防腐劑首次對油井進行酸化作業；1934年，對于灰巖產層普遍采用酸化增產；地層壓開現象在酸化施工中早有發現：在注入壓裂低于上覆壓力前不能注入，而一旦超過上覆壓力，注入量顯著增加……1907年，Bradford油田開始環狀注水，之后Ontario（1913）、California（1917）、1921年賓州政府承認注水合法、Oklahoma（1931）、Texas（1936）等油田相繼開始注水采油，到20世紀400年代注水采油開始蓬勃發展。在注水中人們意識到注入壓力能夠壓開地層。1947年07月，在堪薩斯州大縣Hugoton氣田Kelpper-1井專門設計了第一次水力壓裂增產作業，層段2340-2580ft（715-790m），地層壓力420psi（2.9MPa）美國：到1981年壓裂作業次數80萬井次，1988年〉100萬次，占石油儲量的25~30%是通過壓裂增產達到經濟開采條件的世界范圍：到1997年壓裂作業次數150萬井次水力壓裂過程

水力壓裂過程是通過對目的儲層泵注高粘度前置液，以高壓形成裂縫并延展，而后泵注混有支撐劑的攜砂液，攜砂液可繼續延展裂縫，同時攜帶支撐劑深入裂縫，再后使壓裂液破膠降解為低粘度流體流向井底反排而出，在地層中留下一條高導流能力的通道，以利于油氣從遠井地層流向井底。

裂縫一般沿最小應力方向開啟，沿最大主應力方向延展水力壓裂——一項永遠的技術HydraulicFracturing——AUnendingTechnique《油藏增產措施》第三版前言AlumedS.Abou-Sayed水力裂縫示意圖wf2xfh2Vfp水力壓裂作用機理：滲流流場改造近井地帶地層滲透性壓開長裂縫，增加泄油面積提高地層能量利用率，以助采油提高注入能力，增加掃油面積LinearFractureFlowBilinearFlowLinearFormationFlowEllipticalorTransitionFlowPseudoradialFlow導流能力概念2xfwffractureconductivitynoname重要參數：穿透比導流能力穿透比（xf/Re）裂縫導流能力用裂縫寬度和裂縫滲透率的乘積（Prats1961）來表示。有限導流、均勻流量和無限導流無量綱導流系數（kfw/kxf）。無限導流裂縫—認為裂縫的滲透能力較大（無量綱導流能力大于300），流體在裂縫中流動時壓降損失可以忽略。有限導流裂縫流體在裂縫中流動時有壓降損失，結果沿裂縫壁面有流量分布。垂直裂縫常用數學模型橢圓裂縫Prats(1961、1961),Kucuk(1980)Liaoyizhu(1996)矩形裂縫

Cinco(1978、1980、1986)，…三角裂縫Raymond(1966)

縱向部分穿透矩形裂縫模型rerwrf-xf復合橢圓滲流物理模型圖rexf污染區W(r)rwreLf

污染地層中均勻垂直裂縫井rs增產機理—測試資料特征

單裂縫井產能預測國外Mcguire-Sikora（1960）方法Tinsley-Williams-Tiner-Malone（1969）方法Prats-Hazebroke-Strickler（1961）方法Raymond-Binder（1966）方法國內除數值模擬器外，沒有簡潔扼要的油藏工程研究結果等效井徑計算對比圖壁面污染表皮影響產能如果壁面無污染，則與直井相比其等效井徑為有效裂縫半長的1/2，若如果壁面污染，若表皮因子為1，計算等效井徑小于有效裂縫半長的1/5油藏工程優化設計水力壓裂是一項應用前景廣泛的技術。從經濟效益的觀點出發，為提高水力壓裂增產效果，已經投入了大量的工作研究如何設計裂縫幾何形狀以及選擇方案參數、確定裂縫井的流動狀態、分析壓力測試資料等，但是并不完善。一般的水力壓裂工程設計比較注重追求裂縫的幾何特征（縫長和縫寬）、砂比等，能夠給出壓裂施工中各種用液數量及參考施工壓力，并不涉及地層的油藏工程特性。事實上，地層的油藏工程特性如有效厚度、目前平均壓力、供液能力、滲透率、表皮因子等，直接影響了油井產能。具體到一口生產井，如果目前地層能量嚴重不足，或滲透率太低，即便水力裂縫很長、導流能力極高，油井一樣不能獲得理想的產能。顯然，水力裂縫和投產儲層之間存在一個最佳匹配的問題，這一問題直接關系到水力壓裂的效果。在壓裂過程中各種外來注入液可以透過裂縫壁面進入地層，造成裂縫壁面污染，這種污染有時是致命的，完全可以導致油井不產液。這一問題涉及到地層的敏感特性評價和對壓裂用液的優選。優化設計：Prats（1960）方法優化設計新方法：最佳導流能力優化設計新方法：最佳導流能力優化組合：地質模型地質模型：依據前述對儲層的認識，建立如下的地質模型：地層條件地層滲透率各向異性Kx=0.9×10-3μm2，Ky=0.3×10-3μm2裂縫設置一高滲帶。井排方位及水力裂縫方位井排方位按NE70°設置，水力裂縫方位平行井排方位。水力裂縫系統裂縫穿透率0.5、0,6、0.7、0.8裂縫導流能力22.5m2.cm優化組合：井網模型井網型式低滲油田開發常用井網----反九點井網是矩形井網----試驗區地層較平坦、儲層分布穩定，無斷層發育，最大地應力方位認識相對清楚。矩形井網根據地應力的方位布井，壓裂后油井裂縫處于相對有利位置，可使開發效果得到改善變形反九點井網----根據反九點井網角井與邊井同時見水來確定合理井排距三種井網示意圖優化組合：井網模型反九點法井網變形反九點法井網五點井網油藏模擬----3維3相黑油模型對于井區地層連續穩定分布，無斷層發育情形可在井網中取井組對稱單元采用局部網格加密和等效導流能力方法處理水力裂縫模擬方案和優化目標試驗區內不同井網型式的井數比較井網型式井距(m)×排距(m)單井控制面積（m2）總井數(口)生產井數(口)注水井數(口)正方形反九點330×330108900554114矩形960×360115200523517變形反九點960×360120000503812水力裂縫改變油層內部滲流方式和泄油面積對低滲油藏開發過程中的壓力場、流場與飽和度分布將產生較大影響利用油藏數值模擬器研究水力裂縫系統--井網系統在規定的期限內，單井產量、采出程度、含水率及經濟指標的變化，并分析比較這些數據的變化，最終推斷出合理優化的井網與裂縫系統。模擬分析水力裂縫將改變泄油區域和掃油效率，最終影響產量和采收率，如果合理地部署低滲油藏的開發井網系統，使其與水力裂縫相匹配，則可充分發揮水力裂縫的增產作用。低滲透油藏的開發井網與壓裂工藝方案孤立制定和實施，將導致開發后期暴露出一些難以調整的開發矛盾，制約油田的壓裂開采或壓裂開發水平。油層不同的滲透率各向異性、井網形式、油水井位置（邊井和角井）相匹配著不同的裂縫穿透比、不同裂縫導流能力的等參數。開發的不同時期，壓裂規模也不同：油井在不含水和含水的不同時期，井組及不同位置的油井（邊井和角井）和水井也相匹配著不同的裂縫穿透比、不同裂縫導流能力的等參數。對于低滲透油田，壓裂是改造油層的有利措施；依靠天然能量開發不足以長時間的穩產，自然產能低，注水能減緩區塊的的壓力的遞減，對于低滲透油田產量一旦下降很難恢復，必須人工補充能量，應采用早期注水開發方式注水。模擬分析在300*300米正方形反九點面積井網基礎上井距加大，排距縮小，減緩了井距向井的水淹，井排向井的盡快見效，并使注水井注入壓力高的矛盾的有所緩解。同時480*160米菱形反九點法井網水驅控制程度很高。建議在已有的井網基礎上開展降壓增注工作，脈沖注水工作，以利于加大注水量。通過本項目的整體壓裂研究,建議低滲透油藏的壓裂必須注重整體壓裂改造的做法，能為低滲透油藏的經濟高效開發，提供新途徑和方法。如果區塊層間非均質性強，必然造成各層吸水能力的差異，建議在壓裂優化設計時，注重壓裂前的測試工作，在充分掌握油藏參數及認識油藏地質的基礎上，進行壓裂優化設計，在設計中充分考慮壓裂施工工藝情況及經濟效益目標。水力壓裂技術進步單井增產增注—區塊整體壓裂缺乏對油藏非均質性、水驅波及面積、開采效益等的總體考慮壓裂開采—壓裂開發壓裂開采：井網已定，優化裂縫長度、導流能力壓裂開發