水力裂縫的壓開并保持開啟狀態(tài)要靠壓力。壓力由泵送液體所傳輸，因此，隨著泵排量的增加，壓力也增加。在這個過程中，壓力被傳導至井筒周圍的巖石上。如果泵排量持續(xù)增加，壓力也會隨之增加。最終將到達一個壓力極限，在這個極限點，巖石會因承受不住施加在其上面的壓力而裂開。
在長的射孔井段或斜井中，只要是流體所產(chǎn)生的壓力梯度超過壓裂梯度，就會導致新裂縫的產(chǎn)生或使天然裂縫重新開啟，因為任何地方都可能產(chǎn)生裂縫。一般來說，巖石會在其最薄弱的地方斷裂，因此裂縫會在那里產(chǎn)生。但是，如果壓力持續(xù)增加，就會因井筒附近壓力的變化而產(chǎn)生更多的裂縫。之后，裂縫將根據(jù)地層的應力方向而向其自然方向所沿伸。每一個所射的孔都可能是裂縫開啟的所在地。有一些裂縫很小，但有些大到足以攜帶很大一部分的工作液。
盡管在井筒周圍產(chǎn)生了人工應力環(huán)境，但是水力壓裂常常只會產(chǎn)生少數(shù)幾條大裂縫。因為裂縫面周圍壓力不斷增大，各個小裂縫一般難以結合到一起。裂縫面周圍的應力結構使得裂縫之間互相排斥。但是，因為有井筒及孔眼周圍的復合應力，裂縫可能會在某點結合，它們通過狹窄的小徑相連，有時會有伸向主要大裂縫的彎道。因此，處理液必須通過含有許多細小裂縫的區(qū)域，然后流入具有少數(shù)大裂縫的區(qū)域。在流經(jīng)這一通道的過程中，流體必須通過一系列迂回曲折、狹窄的裂縫(曲折通道)。這種迂回曲折會產(chǎn)生很大的壓力損失，導致所壓開的裂縫規(guī)模比預期的要小，或者導致早期砂堵。這種砂堵可能是因曲折所直接導致，因為巖石中的通道不夠?qū)挘蝿┩ú贿^而聚集在一起而搭起橋來，進一步阻止后面的支撐劑通過。
水力壓裂中的曲折“玄機”
曲折度 曲折度表現(xiàn)為井筒區(qū)域附近的壓降。射孔質(zhì)量差或水泥隔離也會導致井筒附近壓力的損失。重要的是，壓力損失是真實存在的，并且占據(jù)實測凈壓力——所用來傳遞裂縫的可用總凈能量的很大份額。裂縫表面的壓力是由其內(nèi)部的壓力所驅(qū)動的。因此，由曲折度所導致的壓力損失會增加井底施工壓力，因而增加地面壓力。地面觀測者可能會得到一個假象，那就是：凈壓力比主裂縫中的實際值要高，特別是當井底施工壓力是由地面測量而計算出，而不是在井底直接測量時。
識別曲折度 識別曲折度的最常用的方法是跳臺法測試。這種技術能夠識別出與射孔孔眼摩擦或裂縫摩擦有關的井筒附近的問題，這些摩擦是由于井筒附近區(qū)域的有限寬度所致。如果我們能夠在主要處理措施實施之前檢測出曲折度，那么彎曲問題有時可以通過泵入支撐劑段塞，或粘性液段塞而得到解決。在某些極端情況下，由于措施壓力上的限制以及操作窗口過于狹窄，無法應用這些方法。
傳統(tǒng)處理方法 曲折度可以通過改變射孔方案以減少射孔的長度、改變其分布、定位及定相，或通過聚集射孔而得到緩解。其它技術包括采用粘性液、提高泵排量以開啟裂縫;使用噴砂射孔、泵入支撐劑段塞(在主要處理措施的分析階段)以及泵入鹽酸(HCl))或有機酸前置液。每一項技術都可能有一個成功度或成功概率問題，但是，在大多數(shù)情況下，在應用了上述的一項或多項補救措施后，彎曲問題仍然存在。
在巴西東北部的一個案例中，對上述所提到的所有可用方法都進行了嘗試，但是還是沒有解決彎曲問題。最后提出了對砂巖地層應用無酸預沖洗或后沖洗的單步酸化技術。
銨膦酸鹽和氟化氫(SAS)概述
膦酸與氟化氫銨的混合物產(chǎn)生一種銨膦酸鹽和氟化氫，以下簡稱SAS酸。這種酸有5個氫原子，在不同化學計量條件下，它們將游離開來。
SAS酸的Ph值較高，大約為2，具有很多其它有益屬性。無需使用酸性前置液或用酸進行后沖洗。在有酸存在的情況下，碳酸鹽礦物會溶解并釋放鈣離子，鈣離子反過來與氟離子發(fā)生反應，產(chǎn)生不溶解的氟化鈣，這種物質(zhì)能迅速沉淀，是造成油層損害的一個潛在來源。因此，使用土酸對砂巖油層進行基巖處理時,都要首先使用前置液進行預沖洗，以便溶解碳酸鹽，前置液一般為鹽酸或其它非氟酸。將足夠多的前置液泵入油層，理論上這些前置液可以將距井筒2～3英尺范圍內(nèi)的所有碳酸鹽清除掉，以降低在主要處理階段氫氟酸(HF)接觸到任何碳酸鹽礦物的風險。
活性非常強的前置液可以通過溶解碳酸鹽以打開通過巖石的優(yōu)先流動路徑，并有可能繞過其它被破壞區(qū)域。既而，主要氫氟酸處理過程可以按照相同的流通路徑進行，可能不必接觸能夠產(chǎn)生堵塞的粘土及其它硅酸鹽礦物質(zhì)。這些處理過程非常復雜，涉及到許多重復的預沖洗步驟、主要氫氟酸處理階段、后置液以及轉(zhuǎn)向劑，很難確保酸能夠在正確的階段進入到適當?shù)膮^(qū)域，并遇上合適的礦物質(zhì)。因此，這種酸處理的結果可能是區(qū)域分布不均、傷害處理不佳、甚至會由于酸與巖石的不相容而對油層產(chǎn)生意外傷害，并最終造成增產(chǎn)效果不好。
應用SAS酸則避免了這一問題的產(chǎn)生并改變了酸化技術。膦酸的組成部分是一個有效的鈣離子螯合劑，它將防止隨后氟化鈣沉淀的形成。另外，SAS酸是高Ph 值的緩沖酸溶液，而其它酸的Ph值則非常低。由于其Ph值高，SAS酸與碳酸鈣反應較慢(與傳統(tǒng)方式所應用的酸相比)，因此，它更不容易釋放導致氟化鈣沉淀形成的鈣離子。這樣以來，使用SAS酸，就有可能省去了前置液的使用，并將與儲集巖層產(chǎn)生有害反應的風險降低至最小水平。這種方法大大簡化了砂巖儲層的基巖酸化步驟，省去了按照精心安排的順序泵入多種液體的必要。
鐵在油田中普遍存在。當泵入氫氟酸時，因為形成了可溶解的氟高鐵酸復合物，因此，鐵并不一定會構成問題;但是當泵入作為常用前置液的HCl時，它可是個大問題。最好是在對油層進行任何酸處理措施之前，將油井管材用適當?shù)某P劑(例如稀酸)進行浸泡處理，將管柱的成份改變。即使是使用已被稀酸浸泡過的管材，在每升礦物酸前置液中的鐵含量也會高達數(shù)千毫克，因而需要使用高含量的鐵控制劑而防止沉淀。在單個階段上用SAS進行處理可以省去使用礦物酸前置液的必要性，如此以來，大大降低了鐵溶解以及之后的沉淀問題。
典型例證：預處理
在巴西東北部，在進行一項兩口井多級工程時，遇到了嚴重的彎曲問題。在第一口井上，在進行SAS酸試驗前，應用了很多技術以處理彎曲問題，這些技術包括支撐劑段塞、粘性液、補孔以及噴砂技術。但是，所有處理措施都沒能奏效。進行SAS酸處理時，先要注入一塊隔離片，它主要由3%的氯化銨溶液組成，之后加入 120bbl的濃度為5%的SAS，緊接著是另外一塊含3%氯化銨溶液的隔離片。之后用2%的氯化鉀替代到孔的頂部，關井一小時，然后再進行10個階段的替代，每個階段使用12桶KCl，相鄰兩個階段間關井一小時。
在每一次將酸泵入地層之前，都要進行一次超過壓裂梯度的注入井吸入能力測試，以便評價每次酸注入前后的吸入能力。在SAS措施完成后，還要進行另外一次注入井吸入能力測試，隨之進行降壓測試以測定所取得的效果。經(jīng)過SAS處理，對于相同的注入速度，壓力降有了顯著改善：注入速度為12bbl/min時，壓降減少700psi;注入速度為16 bbl/min時，壓降減少600psi。
這是一塊孔隙度低、楊氏模量高、壓裂梯度高的特低滲透油氣藏。在第一口井上每個階段所觀測到的泵送壓力都很高。在第一次注入井吸入能力測試后，工作人員意識到按照設計進行壓裂增產(chǎn)措施幾乎是不可能的，這是因為井口壓力要求高，并且井口及井身結構有一定的限制。盡管已經(jīng)有了一個執(zhí)行工作的計劃，該計劃要求最低泵排量為20bbl/min，但是在壓力為12,100psi時，所能達到的最大泵排量不超過15.6bbl/min。井口所允許的最高壓力為 12,500psi。經(jīng)過SAS處理，觀測到了顯著的壓降，使得泵排量能夠升到設計水平，同時又能使壓力保持在SAS處理前的水平。
實驗證明，在壓裂條件下，SAS方法能夠有效的處理曲折問題，并能大大降低處理壓力。在應用了SAS預處理技術后，壓裂措施22個階段中，有21個階段壓力有了很大改善。在本文所研究的油井中，其油層礦物學未檢測到任何問題。SAS預處理技術是一種很有應用前景的方法，它能夠改善致密油氣藏或非常規(guī)氣藏水力壓裂中的彎曲問題。原文作者為《JPT》高級技術編輯Dennis Denney。
發(fā)布信息
