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体积压裂是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。 一、 体积压裂机理 体积压裂的作用机理：通过水力压裂对储层实施改造，在形成一条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络。从而将可以进行渗流的有效储层打碎，实现长、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高初始产量和最终采收率。 体积压裂的提出，是基于体积改造这一全新的现代理论而提出。 体积改造理念的出现，颠覆了经典压裂理论，是现代压裂理论发展的基础。常规压裂技术是建立在以线弹性断裂力学为基础的经典理论下的技术。该技术的最大特点就是假设压裂人工裂缝起裂为张开型，且沿井筒射孔层段形成双翼对称裂缝。以1条主裂缝实现对储层渗流能力的改善，主裂缝的垂向上仍然是基质向裂缝的“长距离”渗流，最大的缺点是垂向主裂缝的渗流能力未得到改善，主流通道无法改善储层的整体渗流能力。后期的研究中尽管研究了裂缝的非平面扩展，但也仅限于多裂缝、弯曲裂缝、T 型缝等复杂裂缝的分析与表征，但理论上未有突破。而“体积改造”依据其定义，形成的是复杂的网状裂缝系统，裂缝的起裂与扩展不简单是裂缝的张性破坏，而且还存在剪切、滑移、错断等复杂的力学行为（图1-1所示）。 图1-1 体积压裂示意图 二、 体积压裂的地层条件 （1）天然裂缝发育，且天然裂缝方位与最小主地应力方位一致。在此情况下，压裂裂缝方位与天然裂缝方位垂直，容易形成相互交错的网络裂缝。 天然裂缝的开启所需要的净压力较岩石基质破裂压力低50%。同样，有模型研究复杂天然裂缝与人工裂缝的关系，以及天然裂缝开启的应力变化等，建立了天然裂缝发育与扩展模型，研究表明，在体积改造中，天然裂缝系统会更容易先于基岩开启，原生和次生裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性，从而极大地增大改造体积。图2-1（左）为西南某储层的页岩露头在外力作用下形成的复杂缝网，图2-1（右）是体现体积改造形成既有主缝，又有分枝缝，以及纵横交错缝网系统的示意图。而这些天然裂缝的开启以及是否能够形成缝网，与储层的岩石力学参数也有密切的关系。 图2-1 体积压裂地层改造理想网络裂缝示意图 （2）岩石硅质含量高(大于35%)，脆性系数高。岩石硅质(石英和长石)含量高，使得岩石在压裂过程中产生剪切破坏，不是形成单一裂缝，而是有利于形成复杂的网状缝，从而大幅度提高了裂缝体积。 （3）敏感性不强，适合大型滑溜水压裂。弱水敏地层，有利于提高压裂液用液规模，同时使用滑溜水压裂，滑溜水黏度低，可以进入天然裂缝中，迫使天然裂缝扩展到更大范围，大大扩大改造体积。图2-2为滑溜水压裂和交联冻胶压裂改造范围比较曲线。 图2-2 滑溜水压裂和交联冻胶压裂改造范围比较曲线 三、大型滑溜水压裂 体积压裂技术实施，以美国的Barnett 页岩的有效开发最具代表性，除了大幅度降低成本的水平井钻井和“工厂化”作业模式之外，储层改造的主体技术为：水平井套管完井+分段多簇射孔+快速可钻式桥塞+滑溜水多段压裂。实现体积压裂技术关键主要体现在以下几个方面。 基本特点为：大液量、大排量、大砂量、小粒径、低砂比。主要技术参数为：水平段长1000~1500m，分8~15 段，每段分4~6 簇，每簇长度0.46~0.77m，簇间距20~30 m，排量10 m3/min 以上，平均砂比3%~5%，每段压裂液量1000~1500 m3，每段支撑剂量100~200 t，压裂液体系采用滑溜水+线性胶组合方式，以40/70 目支撑剂为主。目前最新文献报道表明：水平井的水平段越来越长，为1372~2134m；改造段数越来越多，为10~24段；段间距越来越短，约为90m；规模越来越大，每段使用2067m3 滑溜水、175 t 支撑剂。 通过数据对比发现，体积压裂改造效果的好坏与压裂液体系配方、油层厚度、天然裂缝发育程度、支撑剂、施工排量等因素有关，压裂液体系与地层配伍性越好、油层厚度越大、支撑剂密度越低粒径越小量越大、排量越大、天然裂缝越发育，体积压裂改造致密储层形成的网状裂缝就越好，从而最大化有效裂缝与储层的接触面积，实现改造体积最大化，提高单井产量。此外，对比发现，采用水平井分簇射孔分级体积压裂改造致密油藏的效果更为显著，改造后的单井产量是直井的2~3倍。 四、压裂工艺3D动画演示 油 气 物 联 公众号ID：YouQiWuLian 个人空间：www.isunet.cn 油气开发及信息物联交流平台 |
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