森瑞石油-裂缝控制压裂技术

裂缝控制技术主要包括裂缝宽度和裂缝高度控制技术两个方面。

（1）裂缝宽度控制技术

控制裂缝宽度的技术主要有缝端脱砂压裂。所谓缝端脱砂压裂就是在水力压裂过程中，人工控制使得支撑剂在裂缝的端部脱砂形成砂堵，阻止裂缝进一步向前延伸，继续注入高浓度压裂液后，裂缝内净压增加迫使裂缝膨胀变宽，同时缝内填砂浓度变大，从而造出一条具有较高导流能力和较宽的裂缝。缝端脱砂压裂过程中包括造缝至端部脱砂阶段、裂缝膨胀变宽阶段和支撑剂充填阶段。由于缝端脱砂压裂主要用于提高裂缝导流能力的作用，故主要用于中、高渗地层或胶结不好的疏松地层。

（2）裂缝高度控制技术

在水力压裂过程中，如何控制裂缝高度的增长，是比较棘手的问题。当煤层很薄或顶底板为弱应力岩层时，裂缝就可能会穿透煤层进入顶底板围岩中。如果裂缝高度过大，会阻碍裂缝长度的延伸，甚至有可能会导致压后裂缝完全失效或压开含水层，引起气井的突水。所以将裂缝高度尽量控制在煤层内是压裂成功的关键因素之一。

①建立人工隔层控制缝高

这种控制方法主要是根据地层条件，注入上浮或下沉暂堵剂，对垂向裂缝端进行封堵，形成人工隔层，控制裂缝垂向延伸。利用上浮暂堵剂形成阻隔层以达到控制裂缝向上延伸，这种暂堵剂在压裂时随前置液被注入储层，然后上浮聚集在新生裂缝的顶部，形成一块压实的低渗区。这种人工隔层可以阻挡缝内流体压力向上部地层传递，形成人工隔层后，适当提高施工压力，不会导致裂缝向上过分的延展。注入重质下沉暂堵剂可以向下形成隔层，控制裂缝向下延伸。在一些同时需要控制裂缝向上和向下延伸的地层时，可将上浮暂堵剂和重质下沉暂堵剂一同注入地层，形成上下人工遮挡层以控制裂缝高度的扩展。

②注入非支撑剂液体段塞控制缝高

这项技术主要是在前置液和携砂液两个阶段中间注入非支撑剂的液体段塞，这种液体段塞由载液和封堵颗粒组成，大的颗粒形成桥堵，小颗粒填充在大颗粒间的缝隙，形成非渗透性阻隔段，以达到控制裂缝高度的目的。

③调整压裂液密度控制缝高

这项技术是根据压力梯度来计算压裂液的密度，如果要控制裂缝的垂向延伸就要控制压裂液垂向的压力分布，若要控制裂缝向上延伸，就应采用密度较高的压裂液。反之，若要控制裂缝向下延伸，应采用密度较低的压裂液。

④变排量压裂技术

变排量压裂改变了原来单一排量的栗注方式，采用由低排量向高排量渐进式的注入方式。煤层厚度通常较薄，压裂过程中难以阻挡裂缝的纵向延展，而采用变排量压裂技术可以一定程度地控制裂缝高度，以获得最佳的缝长，同时初始阶段采用低排量还能够防止压敏和减少煤粉的产生，有利于裂缝的开裂、扩展与延伸。从幵发实践过程中我们认识到，注液量与产气量呈正相关性关系，增大压裂规模可进一步提高煤层的改造范围和增大煤层的解吸面积，而大液量注入、变排量施工、关井降压至零的施工工艺，则可以使煤层压裂取得更好的增产效果。

用巴布库克方法对砂子在垂直裂缝中的分布进行试验研究。在平衡状态下，裂缝中的砂子在垂向上的分布存在差异，可分为四个区域，如图所示：

区域I：已经沉降下来的砂堤；

区域Ⅱ：砂堤上的滚流区；

区域Ⅲ：悬浮区；

区域Ⅳ：无砂区。

颗粒在缝高上的浓度分布

若在平衡状态下增加泵注排量,区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ均将变薄，而区域Ⅲ变厚。如果流速足够大，区域Ⅰ可能完全消失。在进一步增加排量，缝内的浓度梯度剖面消失，成为均质的悬浮流。

通过试验设计的方法，得出生产层与隔层间的地应力差、压裂液稠度系数、流态指数、泵注排量依次是影响缝高的主要因素。因而降低地应力差,采用低粘压裂液、低排量施工均可实现控制缝高的目的。

低排量泵注前置液及一部分低粘携砂液，然后瞬间提高泵注排量(根据储层情况，可一次或多次地进行排量跃变)，同时保证在不发生砂堵的情况下，尽可能快地逐次提高砂比，直至施工结束。

低排量泵注前置液：低排量泵注时，在近井裂缝内形成砂堤。Ⅰ区的砂堤沉降，在裂缝的底界面桥架成一个低渗透或不渗透的人工隔层，可控制裂缝向下延伸。人工隔层有两种作用：第一,在之后的携砂液进入裂缝时，它将限制或阻止高压流体的高压向下部传递，从而改变缝内垂直方向上流压的分布，降低了缝内流压与地应力之间的差值，其作用相当于增加了下部隔层与生产层之间的地应力差。第二，它还起转向剂的作用，使后来注入的携砂液转为水平方向上流动，将支撑剂尽可能地带入地层深处，增加有效支撑缝长。

瞬间提高排量：瞬间提高排量后，高浓度的Ⅰ、Ⅱ区将变薄，悬浮区Ⅲ变厚，可将更多的支撑剂带入裂缝深处。由于滤失、摩阻损失等原因，砂堤在较远处又会形成如图所示的动态平衡，若在瞬间提高排量，又将破坏此动平衡，将支撑剂推向更远处。

提高携砂液砂比：后期快速提高携砂液砂比，既可提高裂缝内的铺置浓度，又可在缝口形成楔形砂堤，实现缝口的有效支撑。