交会图在控缝高压裂影响因素分析中的应用

张 蕾，吴玉昆，孙晓兰

（中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院，湖北 武汉430035）

0 引言

在油田压裂过程中，当产层很薄或产层与上下隔层间应力差较小时，裂缝往往在缝高方向上突破隔层延伸，造成裂缝高度过大而裂缝长度过小，难以达到设计要求。如若遇到产层上下有盐层或水层时，极有可能压窜，起不到增产作用。

1 江汉潜4 3油组地质特点及压裂情况

江汉潜43油组纵向上分1、2、3小层，油藏埋深2 000 m～3 500 m，有效厚度3 m～8 m。储层岩性主要为细砂岩、粉－细砂岩，储层具低渗特点，取芯资料表明裂缝普遍存在。潜43油组普遍具有油层薄、上下隔层多为水层、盐层的特点，储层平均有效厚度2.8 m。其薄油层属于低渗透油藏的第二、三类差储藏，必须进行压裂改造才能获得产能。

统计近几年压裂情况（见表1），2000年－2011年潜43油组压裂施工278口，占压裂总井数38.94%。潜43油组措施层上下100 m内含水层或盐层的油井共94口，占潜43油组压裂井数的33.81%。该油组实施控缝高压裂共92口，其中疑似井共29口（包括可能窜层井和已确定窜层井），有效井共63口（压裂有效）（见表2）。随着油藏开发对象的转移和2003年GOHFER软件的引入应用，排除部分不符合施工条件井之外，该油组实施控缝高压裂井数逐年减少，但疑似井比例仍高达50%。压裂措施后部分油井出现了水淹、出盐、早期砂堵，给生产开发带来诸多问题。因此，如何有效控制人工压裂裂缝高度，找寻影响因素的内在规律尤为重要。

表1 2000年－2011年压裂施工井数统计表

表2 2000年－2011年控缝高压裂施工统计表

2 江汉潜4 3油组控缝高压裂影响因素分析

国内外研究发现影响裂缝高度的因素很多，分为不可控因素和可控因素。不可控因素包括地应力差、岩石物性、油层厚度、断层天然裂缝等地质因素，可控因素包括压裂液性能、施工排量、压裂液黏度、前置液量、支撑剂量等工程因素。地应力对裂缝高度影响最显著，其次是施工排量。但从现场效果看，约32% 满足以上条件井仍出现窜层现象，有必要在此基础上引入交会图图版法进一步研究其中影响规律。

从2000年－2011年潜43油组控缝压裂井中筛选出28口油井（疑似井9口，有效井19口），所选井均为单层压裂，上部或下部有1个隔层，隔层厚度小于80 m。分别对地层岩性因素、压裂工艺因素进行了交会图图版分析，以是否有效为标准绘制了33个图版，发现“分界”图版，得出了缝高影响规律。

2.1 地层岩性因素

由于压裂目的层均为同一层位，不考虑地层岩石的非均质性、地层渗透率等地质特征因素，主要对以下地层岩性参数进行统计（见表3），其中隔层平均厚度、纯泥岩有效厚度、储隔层应力差差异较大。

表3 疑似井与有效井地层岩性参数统计表

2.1.2 地层应力

大量研究证明地层应力差是控制裂缝高度增长的主要因素，随着应力差值的减小，抑制裂缝延伸的闭合压力也减小，增大了作用于裂缝壁面的净张开压力，裂缝高度呈加速增长的趋势。D.M.Talbot认为，1.4 MPa～4.8 MPa的地层应力障碍可有效的减缓或停止裂缝高度的生长。通过江汉油田压裂实际效果和GOHFER软件模拟得出：当地应力差 ≥5 MPa时能够控制缝高。

2.1.2 纯泥岩有效厚度

隔层中纯泥岩有效厚度是较为重要的因素。单因素条件下，随着纯泥岩有效厚度的增加，裂缝高度减小，但在一定范围内，只靠纯泥岩有效厚度限制裂缝延伸是不可靠的。运用GOHFER软件模拟出纯泥岩有效厚度＞2 m且伽马值GR＞140 API可控制缝高。

2.1.3 多因素交会分析

压裂影响因素极为复杂，将多个因素综合分析，才能得出真实的内在规律。因此对隔层平均厚度、纯泥岩有效厚度、储隔层应力差这三个因素进行两两交会分析，将各因素循环对比发现规律（见图1 a，b，c）。

图1 b、图1 c显示出隔层厚度对统计点影响产生了分区但仍有混合区，为了充分反映地层岩性对缝高的影响，进一步将储层厚度、储层隔层伽马值GR与隔层厚度进行多因素交会，从13个多因素图版中筛选得到疑似井与有效井良好的分区图（见图2）。

图2 隔层厚度与（隔层厚度×隔层GR／油层厚度×油层GR）交会图

图2 中，将纵坐标（隔层厚度×隔层GR差）／（油层厚度 × 油层GR差）记为α，横坐标为隔层厚度。α不仅反映了隔层与油层的厚度变化关系，而且反映了地层岩性变化关系，是综合四个因素的影响因子。根据统计点集中范围分别划分三个区域，得出了各因素对压裂的影响规律。从图中表明当隔层厚度 ＜8 m、α＜7处于Ⅰ区，压裂窜层；当8 m＜ 隔层厚度 ＜20 m、7＜α＜20处于Ⅱ区，压裂可能窜层；当隔层厚度＞20m、α＞20处于Ⅲ区，压裂有效。而A井位于Ⅲ区，仍出现窜层。结合单井地质情况与施工参数分析：该井于2011年4月实施控缝压裂，井深1 298.5 m。上部41.6 m为水层，储层厚度3 m，隔层的纯泥岩有效厚度仅为4.3 m，储隔层应力差仅4 MPa。该井在统计井中加砂量最大25 m3，加砂强度最大8.3 m3／m，压裂工程因素很大程度上也影响了缝高的有效控制。

2.2 压裂工程因素

影响裂缝纵向延伸的因素不仅仅是地质因素，为了全面反映缝高影响情况，工艺参数的影响规律也需进一步研究。由于所有井压裂液均为常规胍胶压裂液体系，其压裂液粘度变化不大。不考虑压裂液性能因素，在地质因素的基础上，主要分析平均排量、加砂强度等影响因素，对疑似井和有效井进行统计（见表4）。

表4 疑似井与有效井压裂工艺参数统计

2.2.1 平均排量

施工排量对裂缝的压开程度、裂缝形态可产生很大影响。通过现场施工效果统计，随着施工排量的增加，裂缝的高度随之增加。用GOHFER软件模拟单井缝高随施工排量的变化趋势（见图3）。

图3 排量对缝高的影响趋势

2.2.2 加砂强度

加砂量在压裂改造中，影响裂缝充填效果和裂缝最终形态，统计有效井和疑似井的平均加砂量相同。因此从相关的加砂强度参数分析，通过模拟不同加砂强度的裂缝形态（见图4，5），结果显示当加砂强度2.5 m3／m时，裂缝高度为9.1 m；当加砂强度3 m3／m时，裂缝高度为11.2 m。随着加砂强度增大，缝高高度增加。

2.2.3 多因素交会分析

工程因素与地质因素相互影响，相互制约，有必要将地质因素引入其中进行多因素的交会分析。因此将地质、工程等12个单因素进行交会，绘制图版，找出有规律性的图版。

将储层有效厚度与隔层厚度相除，比值记为β，表示储隔层厚度变化关系；将加砂量与储层有效厚度相除得出加砂强度，通过储层有效厚度／隔层厚度与加砂强度交会图（见图6）可将有效井与疑似井较好地分区：Ⅰ 区为窜层区，Ⅱ 区为有效区。根据数据回归得出：当加砂强度 ＜9 m3／m，β＜0.5时，缝高可得到有效控制；加砂强度 ＞9 m3／m，β＞0.5时，缝高不易控制，会发生窜层。

图6 储层有效厚度／隔层厚度与加砂强度交会图

3 结论与认识

1）影响缝高控制的因素有很多，除地应力、储层的杨氏模量、断裂韧性等地质参数外，施工排量、压裂液黏度、前置液量、支撑剂量等因素也可影响裂缝高度的增长。不能单纯地从地质因素或工程参数某一个影响因素进行分析，应综合多种因素分析研究。

2）统计分析江汉潜43油组控制缝高的储层内在因素，利用压裂是否有效的施工井地质信息与工艺参数进行了交会，得到了两套多因素分区交会图版（见图2，6），找到了影响缝高控制因素的内在规律，较前期压裂控缝高认识更符合现场实际，可为现场压裂判断是否有效提供参考依据。

3）应用交会图图版法可用于绘制不同类型油藏的压裂工艺参数优化图版系列，也可应用于其他不同工艺领域应用效果的研究分析，有较强的实用性和推广前景。

4）鉴于统计的施工井数和所掌握的地质、测井相关资料有限，得出的图版应根据信息的补充加以不断修正完善。

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