斜井压裂大型真三轴模拟试验研究

通过大型真三轴模拟试验,研究了井斜角,井眼方位角、射孔方式对斜井压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝延伸规律的影响,得到了不同参数条件下裂缝起裂和延伸的直观认识。探索通过定向射孔形成一条平整大裂缝的途径,从而降低水力压裂地层的破裂压力,改善裂缝形态,提高压裂成功率,为优化斜井地层射孔方案及水力压裂设计提供依据。实验结果对于提高斜井水力压裂技术水平,改善压裂增产效果具有重要作用。     

固井滑套多级分段压裂完井水泥环对地层破裂影响研究

固井开关滑套多级分段压裂完井工艺是为解决胜利油田低渗透难动用储量和非常规油藏的新技术,在非射孔条件下水力能量是否能突破水泥环并成功压裂地层是该工艺面临的主要问题。通过数值模拟结合室内试验,评价该完井工艺中水泥环弹性参数的影响。研究表明,水泥环强度降低过程,储层井周地层最大主应力呈增大趋势,有利于岩石起裂。但增大滑套通道口与原始最大水平地应力间的方位角时,井周地层最大主应力会降低,降低了压裂的进程,使得井周地层应力处于临界应力状态。水泥环胶结强度的数值模拟研究表明一旦突破水泥环后,压开地层效果显著,水泥胶结强度的影响是可忽略的。室内实验证实固井开关滑套压裂完井工艺水泥环在较低的压力下即可破裂,对压裂时压开储层影响不大。研究结论对优化和改进固井开关滑套多级分段压裂完井工艺及其在低渗透储层油藏应用提供了理论支持。     

地应力及射孔参数对水力压裂影响的研究进展

介绍了国内外近年来地应力及射孔参数对水力压裂影响方面的理论和实验研究进展,主要包括任意方位和井斜角下井眼壁面地应力分布、地应力与裂缝走向的关系、射孔方位及间距对裂缝起裂及发展的影响、其他参数(压裂液粘度、排量等)对压裂效果的影响等研究成果,指出了目前研究中存在的不足,并对未来研究方向进行了分析与展望。     

地应力及射孔参数对水力压裂影响的研究进展

介绍了国内外近年来地应力及射孔参数对水力压裂影响方面的理论和实验研究进展，主要包括任意方位和井斜角下井眼壁面地应力分布、地应力与裂缝走向的关系、射孔方位及间距对裂缝起裂及发展的影响、其他参数（压裂液粘度、排量等）对压裂效果的影响等研究成果，指出了目前研究中存在的不足，并对未来研究方向进行了分析与展望。     

基于井筒-射孔模型的地层破裂压力及起裂角的理论研究

为了研究不同参数对水力压裂中地层破裂压力和水力裂缝起裂角的影响规律,利用井筒-射孔模型,将射孔简化为裂缝,采用保角映射的方法求得射孔端部的应力强度因子;根据最大拉应力准则求得射孔端部水力裂缝的起裂角和地层破裂压力的理论公式。为了验证该方法的有效性,将理论值与文献中的实验结果和工程实际值进行对比。研究结果表明:理论值与实验结果和工程实际值均吻合较好。水力裂缝的起裂角随主应力差、射孔长度和射孔角度的增大而增大;最优射孔方位角应在0°～15°范围内;最优射孔长度应为井筒直径的2～3倍。     

低渗油藏径向水力射流压裂裂缝延伸规律

基于扩展有限元法基本理论,建立水力径向射流压裂裂缝延伸三维有限元模型,结合岩石的抗拉破坏准则,研究径向钻孔参数包括钻孔孔径、钻孔方位角及钻孔深度对地层破裂压力的影响。结果表明:随着孔眼直径的增加,起裂压力呈明显的线性降低趋势;地层破裂压力随着射孔方位角的增加而增大,40°为获得地层低破裂压力所允许的临界射孔方位角,优化钻孔与最大水平地应力的最佳夹角不超过40°;不同射孔角度下压裂裂缝扩展规律亦不同。     

定向射孔水力压裂多裂缝形态实验研究

采用大型(试件尺寸：300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂物理模拟实验系统,研究了定向射孔水力压裂人工水力裂缝起裂和形态的影响因素。研究结果表明：定向射孔方位角和水平地应力差对定向射孔水力压裂人工水力裂缝的起裂和形态影响巨大。定向射孔水力压裂形成的人工水力裂缝可能不是理想的平直双翼裂缝,而是双翼弯曲裂缝;在水平应力差和定向射孔方位角较大的情况下,容易形成由定向射孔方向和最大水平地应力方向多点同时起裂的非对称多裂缝系统或穿过微环面的双翼裂缝。提高原场地应力测量的精度和定向射孔的定向精度,将定向射孔方位角控制在较小角度,有利于避免产生形态复杂的人工水力裂缝,降低压裂施工难度和砂堵风险,改进压裂增产效果。     

径向井压裂定向起裂机理研究

通过柱坐标系建立井筒及径向井眼的应力分布模型,利用张性破裂准则预测裂缝的起裂,并将模型导入MATLAB进行编程实例分析计算,得到不同条件下的近井带最大主应力分布,绘制最大主应力变化曲线,分析各参数对裂缝起裂的影响规律;同时利用大型真三维物模开展径向井引导裂缝定向起裂的实验研究,明确压裂裂缝的扩展状态,验证径向井对裂缝的定向起裂作用。通过理论分析及实验表明:无论外界条件如何改变,最优起裂位置仍然在径向井处;随方位角的增大最大主应力呈先增大后减小的规律变化;最大主应力随应力差的增大而增大;随径向井直径的增大最大主应力略微增大。     

缝洞型碳酸盐岩近井筒裂缝转向模拟研究

缝洞型碳酸盐岩油气储层在非主应力方向上存在许多储集体,水力压裂开采技术产生的压裂缝传统的扩展模式为对称双翼扩展线性裂缝,此方式很难沟通大量存在于非最大主应力方向上的储集体。定向射孔并控制水力裂缝扩展路径是解决此问题的关键。本文通过定向射孔压裂起裂模型判断水力裂缝起裂,最大周向应力准则作为判断裂缝转向扩展的依据,结合顺北某油气田实测参数,利用Abaqus扩展有限元法对射孔方位角、水平地应力差、射孔深度、压裂液排量等影响水力裂缝近井筒转向扩展的因素进行数值模拟。结果表明：射孔方位角、水平地应力差是水力裂缝转向扩展的主要控制因素;射孔深度的影响受水平地应力差的控制;压裂液排量的大小对于水力裂缝转向扩展几乎没有影响。     

砂泥交互储层定向井压裂裂缝穿层扩展真三轴实验研究

对于低渗透砂泥互层储层,为沟通更多砂岩层并增加泄油面积,通常采用斜井结合水力压裂技术进行开发。与直井和水平井相比,斜井中水力裂缝的起裂、转向形态复杂,而近井区域的裂缝复杂程度决定了压裂效果。针对储层中砂泥互层的情况,利用物理模拟实验,研究了砂泥互层中不同钻完井参数及地应力条件下水力裂缝起裂、转向和垂向扩展形态。研究结果表明:方位角和水平应力差对裂缝扩展能力有很大影响,当方位角较大,水平应力差较小时,近井区域裂缝扭曲程度大,数量多,不利于裂缝垂向扩展和施工后期加砂;泥岩层会阻碍裂缝垂向扩展,砂岩层与泥岩层之间应力差越高,阻碍作用越大,裂缝越不容易从砂岩层进入泥岩层。根据实验所得结论,提出了组合及分层压裂的判断依据。     

复合土壤胶结料的性能试验研究

通过大量的室内实验,分析讨论了复合土壤胶结料材料的性能,以及掺量、固化对象、养护条件等因素对材料性能的影响,并对比分析了胶结料固化土和水泥土的抗压强度及微观结构.研究结果表明:复合土壤胶结料与土壤拌合后,发生水化作用并形成具有胶凝性的水化产物使土粒固结,形成板体结构.复合土壤胶结料具有较强的适应性、较高的固结强度和良好的水稳定性.     

基于灰色-正交小波网络固井质量预测方法及应用

分析了固井质量影响因素复杂性和相互关联的特点,提出一种灰色-正交尺度小波网络预测固井质量新方法.该方法以影响固井质量的9项影响因素作为预测模型的输入参数,将固井质量定量化作为模型的输出.对胜利油田某一区块的20口油井固井质量进行评价预测,预测结果与实际检测结果最大相对误差为2.66%.新的预测方法解决了影响因素的关联问题,同时提高了固井质量的预测精度,为油田新井的固井施工参数设计和施工方案调整提供了可靠的理论基础.     

深井低密度水泥浆体系的设计与应用

为了解决复杂地质条件及深井超深井施工中经常遇到的压力异常、井漏等地质工程问题,设计了两种适用于深井固井作业的低密度水泥浆体系.根据性能测试结果,粉煤灰复合低密度水泥浆体系可以满足塔河油田对水泥浆密度的要求,将其应用于10多口井,均取得了较好的应用效果.水泥浆返高均达到设计井深,大幅度减少了注水泥漏失的潜在危险,目前已被广泛应用.     

水力喷砂射孔与起裂大型物理模拟试验

采用油田现场使用的施工参数、喷射工具和施工设备,用与长庆油田长6地层对应的露头岩样制作靶件,模拟水力喷砂射孔与起裂的过程,进行大型物理模拟试验,并用专用工具解剖试验靶件。结果表明:喷砂射孔的完整孔形呈泪滴形,分为套管穿孔段、入口反溅段、水泥环缩径段和主体段4部分;起裂后的孔道末端还有一狭长的剑形通道;试验条件下,射流速度超过一定限度后会导致靶件起裂,表明射流速度提高可使孔内局部增压显著;起裂后射流顺裂缝方向冲刷形成剑形通道,使喷砂射孔通道成倍增长,有利于改善穿透效果;多个喷嘴射出的孔道保持各自独立的孔形,起裂后的裂缝可连通各个孔道,在试验条件下多个射流通道共同作用可引导近井地带裂缝的形成与扩展。     

水力喷砂射孔孔道裂缝起裂机理研究

与传统射孔工艺相比,水力喷砂射孔方法产生的地层孔具有孔径大、孔道长和孔数少特点。针对射孔孔道影 响压裂裂缝形态问题,开展孔道周围应力分布及起裂机理的研究工作。研究中采用三维有限元数值模拟结合室内实 验验证的方法,分别从布孔方式、射孔方位和水平井筒方位方面,揭示了水平井近井筒区域喷砂射孔孔道产生的3 种 裂缝形态。研究表明,压裂裂缝倾向于从射孔孔道根部位置起裂;水平井筒与最小水平主应力夹角小于30°,两层布孔 可在近井筒区域产生一条横向裂缝,螺旋布孔和对称布孔产生多条横向裂缝;纵向裂缝比横向裂缝更易于产生,形成 纵向裂缝与横向裂缝相结合的扭曲裂缝;水平井筒与最小水平主应力夹角大于80°,产生一条纵向裂缝,与喷砂射孔参 数无关。该研究可为水平井水力喷砂射孔及压裂合理施工提供理论指导。     

滑套固井压裂起裂压力及影响因素

起裂压力高是滑套固井压裂面临的主要问题。根据滑套固井压裂的特征,建立地应力条件下滑套固井压裂计算模型,运用有限元法及岩石抗拉强度准则计算起裂压力,通过长庆油田桃X井的实例进行验证。结果表明:水平地应力差及端口方位角是滑套固井压裂起裂压力的主要影响因素,随着水平地应力差的增大,起裂压力降低,端口方位角增大时,起裂压力增大;地层岩石的弹性模量对起裂压力有较大影响,随着地层岩石弹性模量的增大,起裂压力增大;水泥环厚度对起裂压力的影响规律与水泥环和地层的弹性模量有关,当地层弹性模量大于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而减小,当地层弹性模量小于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而增大。     

渭北长3裂缝性致密储层渗流特征及产能研究

为了研究基质与天然裂缝系统的渗流特征及其对产能的影响,以渭北油田长₃典型裂缝性致密储层为研究对象,通过核磁共振和室内测试综合实验,测定了储层渗流启动压力梯度的大小,基质和裂缝岩芯孔隙结构随围压的变化规律,基质和裂缝岩芯孔隙度随有效应力的变化规律及应力敏感系数,建立并验证了考虑启动压力梯度、基质与裂缝应力敏感差异的多级压裂水平井产能模型,分析了启动压力梯度、基质和裂缝应力敏感性对产能的影响规律。结果表明,拟启动压力梯度随着岩芯流度的降低而不断增加;裂缝岩芯的孔隙度应力敏感及渗透率敏感性均强于基质岩芯;基质应力敏感性对产能的影响更显著。因此,渭北长₃裂缝性致密储层的有效开发,应该考虑降低基质应力敏感性和启动压力梯度的影响。     

延长油田志丹西区延长组天然裂缝发育规律研究

为确定天然裂缝对志丹新区注水开发的影响,通过野外露头地质调查、岩心观察,结合实验分析研究了天然裂缝发育规律.结果表明,延长油田志丹西区延长组天然裂缝发育燕山期E-W向、NW-SE向和喜山期S-N向、NE60°四组区域构造裂缝,其中以E-W、S-N向最为发育,NE60°较为发育.地下裂缝与野外露头裂缝发育规律基本一致.天然裂缝类型主要为直立、近直立大型剪切裂缝,微裂缝不发育.天然裂缝主要在砂岩中发育,泥岩中发育较少;岩性一致时,裂缝密度与层厚呈负乘幂关系,裂缝发育程度随埋深加大而降低.