非均匀射孔控制多簇裂缝均衡扩展机制及参数优化

摘要

水平井多簇射孔分段压裂已成为非常规油气藏完井改造的关键技术，然而各压裂段中部射孔簇裂缝受跟端趾端射孔簇裂缝的应力干扰作用显著、扩展阻力较大，是导致多簇裂缝非均衡扩展的主要原因之一。通过优化设计簇间非均匀布孔方式，调节各簇射孔参数，均衡簇间液量分配，削弱缝间应力干扰，促进裂缝均衡扩展。为此建立了考虑压裂段/簇间应力叠加的分段多簇裂缝扩展模型，对比分析了纺锤形布孔、坡度布孔、均匀布孔等三类布孔方式的裂缝扩展规律及其作用机制，以缝长、缝高扩展形态差异性评价裂缝扩展均衡性，优选布孔方式，设计正交试验优化非均匀布孔参数。结果表明，典型页岩油储层参数条件下，纺锤形布孔的裂缝扩展均衡性最优，其次是均匀布孔、坡度布孔。其作用机制为纺锤形布孔的端部簇射孔摩阻大于中部簇1.4～16.7倍，跟端趾端裂缝对中部裂缝的应力干扰作用被削弱，从而增加了中部簇进液量分配，相比均匀布孔，裂缝扩展均衡性提高了17.2%。而坡度布孔趾端簇孔数占比35%以上，进液量占优，达49.3%，导致其对中部簇裂缝挤压作用显著，不利于裂缝均衡扩展。优化纺锤形布孔参数表明，总孔数49个、孔径10 mm、端部簇孔数比例24.5%时，簇间裂缝扩展均衡性达到最优。研究结果有望为非常规油气多簇压裂非均匀射孔设计提供有效方法。

关键词

非均匀射孔 / 裂缝均衡扩展 / 分段多簇压裂 / 射孔参数 / 水力压裂

基金资助

国家自然科学基金面上项目“压裂诱导应力与岩石细观非均质性共同作用的页岩微裂缝开裂机理研究”（52074315）