压裂液流变性研究的新进展

在对压裂工艺有影响的压裂液诸多性能中 ,最为主要的是压裂液的流变性 .它涉及到压裂过程中压裂液的稳定性、悬浮能力、摩阻计算等最重要的参数设计 .综合调研有关压裂液流变学的文献 ,介绍了目前压裂施工用的各种压裂液 ,实验室采用的模拟现场井筒条件预测摩阻压力的方法 ,以及如何应用实验模拟数据预测井筒的水力学动态和压裂液的流变性 .但在压裂液弹性特征、动态特征和支撑剂在动态条件下的传递与沉降方面认识不够深入 .还应开展模拟现场条件下的实际动态特性及压裂液的化学特性和结构研究 ,完善分析和评价压裂液的现场模拟程序 .     

考虑流变特性改变的水力压裂管内摩阻计算模型研究

水力压裂管内摩阻的准确计算是确定井底压力和地层破裂压力的关键。压裂过程中由于压裂液与地层之间的热交换,压裂液的流动温度会发生明显变化;而温度的改变会影响压裂液的流变特性,使得不同深度处单位长度流体流动摩阻发生改变。通过建立油管注液过程管内流体温度分布数学模型,得到了不同油管注入排量下管内液体温度沿井深的分布。结合温度对压裂液流动特性的影响实验,考虑压裂液流性指数和稠度系数沿井深的变化,建立了压裂过程中管内流动摩阻的分段计算模型。通过与现场实测摩阻数据对比,模型与传统不考虑压裂液流变特性改变的摩阻力计算模型相比更为符合工程实际。     

相似准则在管流摩阻系数测试试验中的应用

压裂液在压裂施工过程中的管流摩阻值是确定井底压力以及井口施工压力非常重要的数据,大多数人针对某一地区使用修正后的管流摩阻计算公式计算管流摩阻值。本文应用雷诺数相似准则,通过室内试验装置测定压裂施工设计的压裂液管流摩阻系数,计算现场施工的压裂液管流摩阻值。结合一批不带封隔器压裂井现场实际施工资料进行计算管流摩阻,其计算管流摩阻值与实测管流摩阻值进行对比,计算管流摩阻值相对误差小于10%,该方法可以指导现场压裂施工设计。     

环空加砂压裂管柱流体压降分析及现场应用

连续油管(CT)水力喷射压裂技术是提高低渗透油藏开发效率的一种重要手段。选择压裂作业连续油管时需要考虑连续油管及套管的强度及尺寸,不仅要保证压裂施工作业过程中管柱结构安全可靠,而且还要保证压裂施工中高压力、大排量要求。环空喷射压裂作业就是为了满足现场施工大排量而采取的一种有效措施,然而,增大环空排量会增加环空流体摩阻压降,摩阻压降又会直接影响地面设备选择、以及井下压裂作业成功与否。因此,针对连续油管水力喷射压裂环空流的流动特点,通过理论分析及现场数据回归的方法开展连续油管环空喷砂压裂环空流体压降分析,主要研究内容包括:连续油管偏心、流体流变参数对压裂液环空流压降规律研究。分析结果表明:连续油管偏心降低了环空流体摩阻压降,且影响明显;流变指数及压裂管柱尺寸增加,油套环空流体摩阻压降增加;压裂液环空流压降为清水压降的36%,根据校正Gallego F理论模型可以准确预测压裂液环空流压降梯度变化规律。研究成果可为连续油管环空压裂施工及设计提供理论指导。     

氮气泡沫压裂液体系在水平管段中的流动规律

根据泡沫压裂液体系含有气体和液体两相这一特性,设计了一套室内泡沫流体管式流变仪,进行了泡沫压裂液体系在水平管段的流动规律研究,得到了泡沫压裂液体系在实验管段的微观结构;并对泡沫质量对泡沫压裂液体系的流变性影响进行了研究。实验结果表明,泡沫压裂液体系随着泡沫质量的增加,管路中的压降先增加后减小;并且泡沫质量较小时很难得到稳定的泡沫;泡沫质量在40%~75%之间能得到稳定的泡沫;用幂律模型研究泡沫压裂液的流变特性,得到泡沫压裂液体系的流变方程。结果表明,随着泡沫质量的不断增加,泡沫压裂液体系的稠度系数不断增加,流变指数不断减小;并且随着剪切速率的增加,表观黏度不断降低,对于研究泡沫压裂液在井筒中的流动具有一定的价值。     

基于动态摩阻的大落差输油管道 不稳定流动模拟

大落差输油管道高程起伏大,压力波动大,易由停泵、关阀等工况引发不稳定流动,导致管道局部压力降低和油品气化,引发弥合水击等现象。为准确预测大落差管道不稳定中流动压力、流量的变化,基于连续性方程、动量方程和能量方程,建立了大落差管道不稳定流动分析模型;结合Brunone-Vitkovsky动态摩阻模型,描述不稳定流动过程中的液体惯性加速带来的附加摩阻损失;采用特征线法和有限差分法求解模型。以某大落差管道中间泵站停泵工况为例,分析基于稳态摩阻与动态摩阻仿真的管道不稳定流动特征。结果表明：在稳定流动工况下,基于稳态摩阻和动态摩阻计算的管道压力、流量参数是一致的,但是在不稳定流动条件下基于动态摩阻计算的压力、流量比稳态摩阻模型值偏低。因此,基于动态模拟方法分析大落差输油管道的不稳定流动,对于提高管道压力、流量等工艺参数的预测精度,制定更加有效的不稳定流动安全防护措施具有重要意义。     

盒8致密气储层水平井体积压裂增产影响因素

 体积压裂技术形成以主裂缝为主干的纵横“网状缝”,适合低孔、低渗油气藏的储层改造。基于盒8致密气储层特征,建立应力敏感和井筒摩阻条件下的水平井体积压裂模型,数值模拟不同储层特点,分析地质条件及缝网特征对体积压裂改造效果影响。结果表明,体积压裂水平井可明显改善致密气藏渗流环境,提高单井产能;压力系数、储层渗透率主要影响体积压裂改造效果;储层有效改造体积越大,压后增产越明显;缝网宽长、裂缝导流、裂缝排布等对体积压裂改造增产效果影响依次增大。研究结果为致密气藏体积压裂优化设计和效果评价提供一定的理论依据。     

垂直压裂水平井非稳态条件下的产能分析

应用Green函数和Newman积原理,推导出垂直压裂水平井在非稳态条件下生产时的压降公式,建立压裂水平井井筒与油藏耦合的新模型,并给出求解方法.实例计算结果表明:水平井的产量随时间是不断减小的,经过一定时间,流动达到拟稳态;井筒内存在一定的压力降;摩阻对压裂水平井生产动态有一定影响;水平井长度对产量有一定的影响,而且水平井长度存在最优范围;各条裂缝产量不相等,裂缝条数存在最优范围.     

稠油井筒掺稀降粘模拟研究

掺稀降粘是超稠油井筒举升过程中有效降低井筒摩阻的方式之一。针对现有的掺稀优化评价方法,本文根据掺稀工艺建立了超稠油井筒掺稀降粘模拟装置,通过和旋转粘度计测量结果对比,结果表明该装置能够适用于井筒降粘模拟测量。在此基础上,模拟不同掺稀比条件下的井筒粘度变化。对比结果发现,井筒掺稀降粘是一个动态的变化过程,沿着井筒流动,稀油不断分散稠油,降粘效率也不断增大。     

稠油井筒掺稀降黏模拟研究

掺稀降黏是超稠油井筒举升过程中有效降低井筒摩阻的方式之一。针对现有的掺稀优化评价方法,根据掺稀工艺建立了超稠油井筒掺稀降黏模拟装置,通过和旋转黏度计测量结果对比,结果表明该装置能够适用于井筒降黏模拟测量。在此基础上,模拟不同掺稀比条件下的井筒黏度变化。对比结果发现,井筒掺稀降黏是一个动态的变化过程;沿着井筒流动,稀油不断分散稠油,降黏效率也不断增大。     

基于钻柱动力学的井筒摩阻系数预测与应用

井筒摩阻系数是钻井设计和施工阶段准确预测和控制摩阻扭矩的关键因素,对比摩阻扭矩的实测值与预测值可预防钻井事故的发生。为此,基于钻柱动力学摩阻扭矩计算模型,结合近钻头多参数测量仪实测数据,开展了大斜度井实钻条件下套管段和裸眼段摩阻系数的预测方法研究,结果成功应用于同类型邻井的三开钻进阶段摩阻扭矩分析与控制。现场应用结果表明,实钻井筒套管内摩阻系数0.27~0.29,裸眼段摩阻系数0.39~0.41,均高于经验值;案例井钩载和扭矩预测值与实际值的误差满足施工精度要求,依托摩阻扭矩预测图版实时监测实钻摩阻扭矩的异常变化,保障了该井顺利施工。研究结果可为大斜度井钻机设备优选、井身剖面优化和现场钻井施工方案决策等提供科学依据。     

垂直井筒压裂温度场分布理论和计算方法研究

水力压裂施工过程中,随着温度的升高,压裂液粘度降低,影响压裂液的携砂能力。因此,精确计算压裂液在井筒的温度分布极为重要。本文在一定假设条件下,依据热力学平衡方程,考虑压裂液在井筒的摩擦产生的内热,建立了井筒内压裂液和地层温度场热力学平衡解析方程,并且根据数值计算理论,建立离散模型,最后进行了实例计算和分析。结果表明,摩擦产生的热对于计算压裂液温度不可忽略。     

超深稠油高温高压井筒降黏举升摩阻实验研究

新疆深层稠油在井筒举升过程中,由于温度的降低,原油会逐渐失去流动性。稠油降黏是有效降低井筒举升摩阻的途径。根据现场掺降黏剂工艺,建立了室内高温高压井筒流动模拟实验装置,实验研究了温度、压力及流速对稠油井筒举升流动摩阻的影响,得到了不同降黏方式井筒举升摩阻梯度分布,在已有井筒压降计算模型的基础上,构筑了室内井筒流动模拟装置与实际井筒之间的压降换算关系,得到了不同降黏方式塔河原油在实际井筒中压力分布。实验表明：原油在垂直井筒中举升摩阻随压力和流速的增加而增大,随着温度的升高而降低,但流速越大,井筒流动摩阻增加趋势渐缓。在井下3000m处掺降黏剂使稠油更易举升至井口,降黏效果：复合降黏剂＞油溶性降黏剂＞掺稀降黏。     

超深稠油高温高压井筒降黏举升摩阻的实验研究

新疆塔河油田深层稠油在井筒举升过程中,由于温度的降低,原油逐渐失去流动性。稠油降黏是有效降低井筒举升摩阻的途径。根据现场掺降黏剂工艺,建立了室内高温高压井筒流动模拟实验装置,实验研究了温度、压力及流速对稠油井筒举升流动摩阻的影响,得到了不同降黏方式井筒举升摩阻梯度分布,在已有井筒压降计算模型的基础上,构筑了室内井筒流动模拟装置与实际井筒之间的压降换算关系,得到了不同降黏方式塔河原油在实际井筒中的压力分布。实验结果表明:原油在垂直井筒中举升摩阻随压力和流速的增加而增大,随着温度的升高而降低,但流速越大,井筒流动摩阻增加趋势渐缓。在井下3 000 m处掺降黏剂使稠油更易举升至井口,降黏效果为复合降黏剂油溶性降黏剂掺稀降黏。     

压裂井温度场计算软件设计与实现

压裂过程中,压裂井井筒以及裂缝温度是不断变化的,而压裂液性能对温度变化非常敏感。本文从纵、横两个方向对注液井进行了单元体划分,依据热平衡原理,建立了注液过程中井筒及裂缝温度场计算数学模型,在该数学模型的基础上,设计了压裂过程中温度场计算的软件程序,并以压裂井的实际数据,进行了实例运用,可以直观、较为准确的预测压裂过程中井筒以及裂缝温度场分布情况,为压裂井压裂方案的制定提供了可靠的温度场数据。     

C02泡沫压裂液两相流流动特性的试验研究

通过大型高参数泡沫压裂液试验回路首次详细研究了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液的流变特性，得出了实际压裂条件下C02泡沫压裂液流变参数的计算关联式，从而为低渗油气藏泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据。研究表明：在实际施工条件下，CO2泡沫压裂液具有剪切稀化性质，可用幂律模型来描述；其有效粘度随剪切速率、温度的增高而减小，随压力、泡沫质量的增大而增大；相对而言，温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响明显，在该试验范围内，温度和泡沫质量对流变参数的影响呈指数规律变化。     

小井眼长水平段水平井摩阻扭矩控制技术

小井眼长水平段水平井+ 分段压裂的开发方式在大牛地气田的开发中取得了理想效果,然而仍然存在一系 列的问题,尤其是水平段后期的摩阻扭矩控制问题。以理论分析和实钻工程特征为基础,建立了摩阻扭矩分段计算 模型,并对水平段长度、轨迹剖面、钻具组合和钻井液流变性等影响规律进行了分析,结果表明：随着水平段长度的增 加,钻进和起钻的摩阻扭矩均在增加,当摩阻扭矩不再增加时,此时便是水平段的极限长度;随着单增剖面靶前位移的 增加,摩阻扭矩增加;采用组合钻杆（?101.6 mm/?114.3 mm+?88.9 mm）既有利于水平段和大斜度井段携岩,同时又能 有效地控制摩阻扭矩;钻井液屈服值和塑性黏度越低,摩阻扭矩越小。将摩阻扭矩综合控制技术应用于DPH7 井,水 平段轨迹平稳,平均全角变化率1.79°/30 m。     

CO2泡沫压裂液两相流流动特性的试验研究

通过大型高参数泡沫压裂液试验回路首次详细研究了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液的流变特性,得出了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液流变参数的计算关联式,从而为低渗油气藏泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据.研究表明:在实际施工条件下,CO2泡沫压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型来描述;其有效粘度随剪切速率、温度的增高而减小,随压力、泡沫质量的增大而增大;相对而言,温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响明显,在该试验范围内,温度和泡沫质量对流变参数的影响呈指数规律变化.     

压裂液强制返排及支撑剂回流模型研究

如何科学合理选择放喷油嘴尺寸,同时准确预测裂缝闭合时间,是压裂液强制返排的核心.根据支撑剂运移和压裂液强制返排机理,同时考虑支撑剂受力、压裂液二维滤失、压裂液压缩性和井筒摩阻,并结合物质平衡原理、岩石力学和流体力学的相关理论,建立了裂缝闭合前后放喷油嘴尺寸选型的支撑剂运移及力学模型和裂缝强制闭合时间计算模型.采用建立的模型,不仅可使放喷油嘴尺寸定量化,同时在不需要冗长的压降数据情况下,就能确定裂缝强制闭合时间.经实例验证,本模型的计算结果稳定可靠,可用于实际分析.     

高温压裂液对低流度型致密油压裂水平井产量影响因素模拟研究——以新疆昌吉J3水平井为例

高温压裂液技术对低流度型致密油起到降稠、有效避免储层冷伤害的作用,为找到不同压裂施工参数对低流度致密油开发效果的影响,建立井筒温度场模型和模拟压裂液的注入反排过程,得到精确的井筒温度场,并计算出高温压裂液从井口到井底的温度变化、各压裂施工参数对于生产过程的影响。研究后认为,低于54℃的高温压裂液从地面到达井底会升温,反之会降温;随压裂液温度的升高,初期能有效增产,随时间增长,增产效果下降;原油黏度对压裂液温度越敏感,高温压裂液的增产效果越明显,并随压裂液的温度增高,增产效果越好;注入高温压裂液后,关井时间越长,获得的累计产油量越小,但日产油量在关井半年时间能获得最大值。