高水平应力差储层水平井多段分簇射孔方法
刘 鹏1 蒋映辉1 刘博峰1 杨洪锐1 李茂青2
【摘 要】摘 要：选用二维垂向裂缝诱导应力模型，对水平井多段分簇压裂中的水平段最小主应力构成要素进行分析，模拟初始1～3条裂缝时沿井筒方向产生的最小水平诱导应力，并计算先压裂缝与后续射孔簇间的应力差。研究表明，沿井筒方向最小水平诱导应力随先压裂缝的条数增加而增大，先压裂缝附近诱导应力最大，随远离先压裂缝逐步减小；水平最小主应力差随段间距、簇间距增加而逐步增大。通过水平井分簇压裂产生横向缝及各簇裂缝全部开启条件分析，给出分簇射孔总数确定及各簇射孔数优化方法。 【期刊名称】重庆科技学院学报（自然科学版） 【年(卷),期】2016(018)004 【总页数】4
【关键词】储层； 水平井； 最小水平主应力； 分簇射孔
多段分簇射孔是低渗透油藏水平井开展体积压裂所采用的主流射孔方法之一。所谓分簇射孔，即通过优化水平段段数和射孔簇数，压裂形成多条垂直水平井井筒的横向裂缝，并利用分簇裂缝间的应力干扰使裂缝网络复杂化[1]，以此来提高水平井的压裂效果。在多段分簇压裂过程中，初始压裂裂缝会在裂缝周围形成诱导应力场，引起沿井筒方向最小水平主应力的变化，并导致后续射孔簇间最小水平应力差随之发生变化[2-4]。本次研究将采用二维垂向裂缝诱导应力模型，模拟高水平应力差储层多簇压裂过程中后续射孔簇间的应力差变化。
1 水平井横向裂缝诱导应力模型
在对低渗透油藏水平井实施分段压裂时，需要先通过分簇射孔产生多条裂缝来
扩大油藏改造体积，初始裂缝会在裂缝周围产生诱导应力场，使沿井筒方向的最小主应力发生变化，从而影响后续射孔簇的起裂压力和裂缝延伸长度[5-6]。假设，水平井井筒方向与最小水平主应力方向一致，且压裂产生垂直于井筒方向的横向裂缝。根据二维垂直裂缝诱导应力场模型(图1)及A.E.Green解析解，计算先压裂缝沿井筒方向产生的诱导应力σx： (1)
由式(1)可以看出，沿井筒方向最小主应力的诱导应力与先压裂缝的高度(h)、缝内的净压力(p)及距离裂缝的长度(L)相关。
如图2所示，水平井进行多簇射孔时，初始压裂的n-1条裂缝会在后续第n簇裂缝处产生诱导应力。
根据叠加原理，计算此处最小水平主应力的复合应力：
诱导应力的存在，导致沿水平井井筒方向最小水平主应力差发生变化。
2 沿井筒方向最小水平主应力分析
以玉门油田鸭儿峡E3b储层为例，其参数如下：储层厚度为50 m； 平均孔隙度为6% ～ 8%；渗透率为3×10-3～5×10-3μm2；原始最大水平主应力为100 MPa，最小水平主应力为55 MPa左右。通常分簇射孔最大水平诱导应力与最小水平诱导应力之差小于10 MPa，而本区域最大水平主应力与最小水平主应力之差已高达40 MPa以上，因此不考虑诱导应力引起的水平主应力反转现象。压裂技术主要利用多簇射孔产生横向裂缝及分簇裂缝间应力干扰来增加储层改造体积。为便于模拟分析，假设初始裂缝的缝高h均为50 m，初始裂缝内压力为15 MPa。
分别模拟计算初始1条、2条、3条裂缝沿水平井井筒方向的最小诱导应力，
得到图3所示沿井筒方向最小水平诱导应力分布图。随着初始裂缝至先压裂缝的距离延长，最小水平诱导应力呈减小趋势。当初始裂缝与先压裂缝相距50 m以内时诱导应力衰减较快，而相距120 m以上时最小水平诱导应力最大可降至1 MPa以下。随着初始裂缝条数增加，沿井筒方向最小水平诱导应力也相应增加，但增幅并不大。
以每段两簇等簇间距水平井压裂模式为基础，在定段间距的前提下，模拟计算初始两簇裂缝对后续两个射孔簇间产生的最小水平诱导应力差。由图4可知，先压裂缝会使后续压裂射孔簇间的最小水平应力差增加。当段间距固定时，随着簇间距增加，后续射孔簇间的最小水平应力差逐渐增大，簇间距在25 m以内水平应力差增幅较大；当簇间距一定时，随着段间距增加水平应力差明显减小。
3 多簇射孔产生横向裂缝及起裂条件
水平井压裂产生横向裂缝还是纵向裂缝，主要与水平井井筒在地应力场中所处的方位有关。一般情况下，水力裂缝方向总是平行于最大水平主应力方向，只要水平井井筒沿着最小水平主应力方向布置，压裂就可以形成垂直于井筒方向的横切缝。
水平井分段分簇压裂主要基于限流压裂原理，分簇裂缝是否能够全部开启，由射孔段间的最小水平主应力差来决定。当射孔摩阻大于各射孔簇间的最小主应力差值时，才能实现多簇压裂。 多簇射孔完全起裂条件：
射孔孔眼摩阻由射孔孔数、孔径及压裂施工排量等参数确定： 式中：△pef—— 孔眼摩阻，MPa；
高水平应力差储层水平井多段分簇射孔方法
