作者：张毅
近年来重复压裂的措施量不断增加，压裂的规模也不断增加，重复压裂所形成的裂缝一次比一次长，要求的裂缝导流能力一次比一次大，但措施增油效果却逐年下降。如何使重复压裂能最大限度改造，动用剩余油富集区，提高增油效果已成为亟待解决的重要技术难题。
1技术原理
转向压裂技术是根据储层平面和纵向上的非均质性，不同区域、层位动用程度存在差异，使压裂缝相对于原有裂缝方位发生偏离、转向，从而达到改造动用程度低甚至未动用储层。因此，重复压裂压开新裂缝及新裂缝重新定向对高含水期的低渗透油田开发具有重要意义，将为低渗透油气田开发后期的增产挖潜提供新手段，开辟新方向，有利于实现油气田高产稳产，提高采收率。
油藏开发过程中的多种因素会导致油井附近的应力场发生变化，当诱变应力变化达到一定程度时，最大和最小主应力方向会发生偏转，而且裂缝起裂方位受到射孔方向控制。因而在一定条件下，重复压裂过程中裂缝就有可能转向，裂缝发生转向的半径与地应力差值有关。转向暂堵压裂是在压裂过程中由水泥泵将水溶性暂堵剂泵入地层中（图1），由于暂堵剂为黏弹性的固体小颗粒，遵循流体向阻力最小方向流动的原则，转向剂颗粒进入原有裂缝或高渗透层连通的井筒的炮眼，部分进入地层中的裂缝端部或高渗透层，在炮眼处和高渗透带产生滤饼桥堵，使后续工作液不能向裂缝和高渗透带进入，这必然会在一定程度上升高井底压力，造成地层水平诱变应力的变化，当原来的最小主应力由于诱变应力的变化而变得比原来的最大主应力还大时，在一定的水平两向应力差条件下，就会产生二次破裂进而改变裂缝起裂方位以产生新缝。由于压裂产生的新裂缝与原人工裂缝不同的方向起裂和延伸，从而在油气层中压开了新的油气流通道，达到了动用新层或动用剩余油富集区的目的。
2重复压裂裂缝转向理论分析
水力裂缝的方位主要由地层的应力状况决定，其几何尺寸还受地层岩石的性质及压裂液的性质等多种因素的控制。重复压裂裂缝发生转向主要是由于地层应力场发生变化，地层应力的变化主要有2个原因：第一是在油井的生产开发过程中诱生了新应力场；第二是由于压裂填砂裂缝的存在，在地层中诱生了压应力场。
(1)生产过程中诱生的应力场
对于进行过水力压裂的井，在生产过程中，裂缝周围油藏中的孔隙压力会不断改变导致油藏中地应力的重新分布。如果由于孔隙压力诱生的应力差大于原来的最大与最小主应力差，原来的最大主应力方位就变成最小主应力方位。这些变化会导致地层岩石的变化，这对重复压裂的施工和裂缝的生成有一定的影响。
油井长期生产会导致地层孔隙压力下降或上升，从而引起原地应力状态的改变。利用Prats多孔弹性模型可以估计孔隙压力衰竭对地应力的影响，其关系式为：
式中，O-h为水平应力，MPa；σ：为垂向应力，MPa;P。为孔隙压力，MPa；V为泊松比；σ’为附加应力（如构造、油藏几何尺寸、非弹性沉积、热力等引起的应力），MPa。
从式(1)可看出，孔隙压力减少会使水平应力降低。因为孔隙压力在前次裂缝周围呈椭圆状分布，逐渐减小的孔隙压力区域在裂缝方向（即最大水平主应力方向）仍大于垂直于缝方向上的区域。所以最大水平主应力减小的程度比最小水平主应力多。因为裂缝在最大应力方向上延伸，就使得裂缝朝着高孑L隙压力方向延伸。
(2)压裂填砂裂缝诱生的压应力场一般来说，地下受到3个主应力的作用：垂向主应力δ1，2个水平主应力δ。、δ，。对于形成垂直裂缝的压裂作业，压开裂缝方位总是垂直于最小水平主应力。水力压裂将导致一个椭圆形压降区（见图3）。裂缝的椭圆形区域将产生双向诱生应力，当诱生的应力差大到足以改变2个水平应力分量时，原来水力裂缝的最小主应力方向即成为最大主应力方向。重复压裂产生的新裂缝将沿着新的最小主应力平面扩展，2个水平地应力原来的差值比较小。在重复压裂过程中，原来的最小主应力有可能变得比原来的最大主应力还大，因此在井筒附近裂缝的走向也和原来不同，但距井筒一定距离后，裂缝仍沿原来的方向延伸。
用二维模拟器对2水平主应力差与时间、距离的关系进行模拟计算，结果表明，初始地层中任何一点处的2水平主应力差为5.5 MPa，在距井眼30.5 m处，由于该井压裂后生产了110 d，2水平主应力差由原来的5.5 MPa变为-5.5 MPa，2水平主应力相对大小发生了变化，表明此时进行重复压裂，裂缝将以垂直于初次裂缝方位延伸。
3转向压裂的造新缝条件
3.1诱导应力的变化特征
重复压裂所形成的裂缝一般是在原有裂缝上延伸，如果把原裂缝封堵后，是否还产生新的水力裂缝几乎所有弹性转向重复压裂造缝理论都预测了新裂缝垂直于老裂缝起裂，并且向与老裂缝平行方向延伸。然而，很多现场数据表明，新裂缝起裂一般偏离300~ 600，并不是900。
对影响转向重复压裂二次造缝主要因素的推导分析可知，与原应力相比，由于一次裂缝以及地层孔隙压力等变化产生了诱导应力，转向重复压裂时的应力状态已改变。转向压裂产生新裂缝的条件是：
，可以形成新裂缝。其中
为原应力场最大水平主应力，MPa；
为原应力场最小水平主应力，MPa；
分别为x、y方向的诱导应力。
根据研究可知，转向重复压裂时新裂缝的诱导的应力变化主要有以下特征（见图4）。
裂缝诱导应力随着缝的位置而变化，缝口诱导应力最大，缝端诱导应力最小，随着距井筒距离变化诱导应力下降很快，到距井筒一定距离后诱导应力消失，此时裂缝将沿原来的裂缝方向延伸。
重压新裂缝方向所诱导的水平应力最大，原裂缝方向所诱导的水平应力最小；由于诱导的变化地层水平总应力也将发生变化，根据研究可能存在以下情况。
情形I（图5）：裂缝方向不能改向，裂缝沿原裂缝方向延伸，说明转向重复压裂所产生诱导应力对总水平应力影响较小。
情形Ⅱ（图6）：转向裂缝不回到原方向，说明转向重复压裂所产生诱导应力对总水平应力影响很大，新裂缝到150 m后才能回到原裂缝方向。
情形Ⅲ（图7）：裂缝改向，但很快回到原来方向，说明转向重复压裂所产生诱导应力对总水平应力在井口有一定影响，在椭圆型压降区内由于孔隙压力下降较少，所以总水平应力较初期变化不大。
情形Ⅳ（图8）：转向裂缝与原裂缝距离较大，说明转向重复压裂所产生诱导应力对总水平应力影响较大，新裂缝到30 m后才能回到原裂缝方向。
3.2 准东油田产生新缝判断准则
根据公式：
式中，PB为施工时井底破裂压力MPa;P。为井底水平应力MPa；8诱为诱导应力MPa;P。为施工时井口破裂压力MPa；PH为静液柱压力MPa; Pf为施工摩阻MPa。
假设压开原缝诱导力为0，2次压裂排量相同转向压裂后PB减去压开原缝的PB，可得到诱导应力。根据现场数据（表1）B1012和H1285的诱导应力为3 MPa和2 MPa，说明层内没有产生新缝，而B1012和H1285的套压分别相差6 MPa和10 MPa，说明压开的原缝被堵住，造成井内套压升高。由于这2口井压裂层段多，层与层间的水平地应力相差不大，因此可断定压裂发生了层间转向，所以裂缝方向不会有太大改变。
4转向压裂技术选井、选层的条件
转向重复压裂与第一次压裂有一个重要的区别，就是转向重复压裂必须对前次压裂所形成的裂缝有充分地认识。一般来说，要获得较好的压裂效果，转向重复压裂的选井选层应该符合以下几种情况和条件。
(1)所选井层有充足的剩余可采储量，它是转向重复压裂后提高油井产量的物质基础，没有充分的剩余可采储量的井，就没有转向重复压裂的必要。
(2)所选井层有充分的地层能量，它是转向重复压裂后油井生产时间长短的关键。如果没有充分的地层能量，即使进行转向重复压裂油井的产量也不会提高。
(3)所选井虽经过多次压裂，但该井射开层位多，难以分压的井。转向重复压裂通过封堵原高渗层，可在纵向剖面上动用新层，改善油藏产出剖面。
(4)所选井老裂缝控制储量全部或接近全部采出，该井处于中高含水期，但全井尚有剩余控制可采储量，用于增产挖潜。
(5)所选井油层有效厚度大，可在同层压裂中堵老缝，造新缝，使新裂缝在平面上相对于原有裂缝发生转向，沟通新的泄油区。
5 转向压裂技术在准东油田现场应用情况
2006年转向压裂一共10井次，有效井9井次，有效率为90%，截至12月底共增油3 140t，平均单井增314 t。从增油情况看，转向压裂层间转向压裂增油较多，占总增油的49.8 010，层内转向增油占增油的30%，老缝压裂增油占总增油的21010（表2）。由此来看，转向压裂增油比老缝压裂效果好。层间转向效果好，其主要原因是动用了低渗层中的没有动用储层，而这些储层采出程度低，潜力大。
6结论
(1)油藏开发过程中的多种因素会导致油井附近的应力场发生变化，在此基础上，通过使用暂堵剂改变裂缝起裂方位，可在重复压裂中实现产生新缝和使裂缝发生转向，但无法人工控制裂缝转向角度和方位。
(2)在一定的物质基础（剩余储量和地层能量）条件下，相对于常规重复压裂而言，由于人工暂堵转向压裂开启了新缝而不是对原有裂缝的再充填和延伸，不同程度地改变了油层渗流驱替规律，增添了新的泄油面积，具有较好的增产效果。
(3)转向压裂井大都是经过几次压裂的井，普遍采出程度高，油井进入中高含水期，选井非常重要，它是取得较好效果的前提，压裂设计是取得较好效果的保障，因此必须加强地质和工程相结合的研究。
7摘要：
阐述了转向压裂技术原理，分析了重复压裂转向理论，研究了转向裂缝的造新缝条件，得出了准东油田产生新缝判断准则，给出了转向压裂井层优选原则，在井层优选原则的基础上，开展了10口井现场试验，取得了很好的应用效果，提出了转向压裂技术是准东油田低渗油藏高含水期一种新的重复压裂技术。
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