大斜度井多簇水力压裂裂缝扩展数值模拟

大斜度井多簇水力压裂技术是开发低渗透油气田的有效手段,但压裂过程中出现的裂缝转向、应力干扰问题使得裂缝扩展形态十分复杂。本文基于全局粘聚区模型建立大斜度井3条裂缝同时扩展的有限元数值模拟,对不同井斜角、原位应力差条件下的裂缝注入点压力、裂缝形态进行研究。研究表明：当井斜角由20°增大至80°时,裂缝起裂逐渐变难,起裂压力增幅达47.38%,且中缝受边缝的干扰程度降低;裂缝形态由初始沿射孔方向延伸逐渐转向至沿垂向应力方向,且当井斜角等于60°时3条裂缝合并成一条主裂缝。当地应力差由0 MPa增大至5 MPa时,3簇裂缝的起裂压力逐渐降低,且中缝受边缝应力干扰程度增加;裂缝形态由沿着3条初始射孔方向延伸不发生明显裂缝转向,到起裂于初始损伤区之后迅速发生裂缝转向。该有限元计算模型可对现场大斜度井多簇水力压裂施工提供一定参考。     

宁209X1立体开发平台水力压裂复杂裂缝井间干扰机理

四川盆地长宁区块页岩气储层已经进入立体开发阶段,在龙马溪组主力产层采用“W”形的上下两套水平井进行立体开发,井距由最初的500 m减小到300 m。随着井距的减小和立体开发井位的部署,井间裂缝产生干扰时常发生,甚至造成井间压窜,致使邻井产能下降。为探究立体布井水力压裂复杂裂缝井间干扰机理,基于地质工程一体化思路,建立了宁209X1立体布井平台的综合地质构造及地质力学模型、天然裂缝的离散裂缝网络模型以及立体井组水力压裂复杂裂缝扩展数值模型,模拟了该平台4口井的压裂裂缝形态,并对井间压裂裂缝干扰机理进行分析。结果表明：该平台水力压裂裂缝在横向上难以对邻井产生干扰,且缝高方向扩展受控;少数压裂段各簇裂缝出现了非均匀起裂扩展现象,部分压裂段出现非对称扩展现象;在当前条件下,天然裂缝带是决定是否产生井间干扰的关键性因素。研究结果可为裂缝性页岩气立体开发平台压裂施工参数优化提供理论支撑。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

 斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

储层-裂缝组合单元在水力压裂井产能模拟中的应用

采用储层-裂缝组合单元模拟压裂改造后的储层、裂缝力学型态,推导相关有限元公式并进行压裂井产能模拟分析.这种方法的实质是将裂缝的质量、刚度矩阵变换叠加到储层整体相应方程矩阵中,以更精确反映裂缝开发动态参数的影响.计算结果表明:采用储层-裂缝组合单元有效解决了储层-裂缝网格尺度匹配的问题;反力算法避免了在高导流裂缝局部求解压力梯度产生的计算误差,提高了运算速度和求解压裂井产能的精度,为水力压裂井生产动态模拟和设计方案优化提供了新的处理方法.     

煤层气井压裂引起的渗透率损伤研究

由于煤层的应力敏感性,在煤层气井的压裂过程中,随着高压流体的持续注入,压裂裂缝的产生势必会对附近的煤层渗透率产生影响。针对煤层气井压裂引起的渗透率损伤问题,通过理论计算的方法,建立了压裂引起的诱导应力与渗透率之间的关系式,通过计算实例,分析了压裂引起的渗透率的损伤特征。研究认为:压裂产生的诱导应力和引起的渗透率损伤均在裂缝两侧呈对称性分布;压裂对裂缝附近煤层渗透率会产生直接的影响,渗透率损伤现象明显;压裂引起的渗透率损伤可能是某些已压裂的煤层气井增产效果不明显的原因之一。     

薄差储层注采井组对应压裂裂缝参数优化

为了探索薄差储层储量有效动用的技术途径,解决油田开发过程中的实际问题,明确注采井组对应压裂的增产效果及最优裂缝参数,采用以电模拟实验为主、数值模拟为辅的方法,对注采井组对应压裂的增产效果进行评价,并得出了在"四注一采"井组中注采井组对应压裂的最优裂缝参数。结果表明,对于同等的压裂规模,注采井组对应压裂的增产效果优于单独压裂油井,单独压裂油井的增产效果优于单独压裂水井;"四注一采"井组的注采井组对应压裂的最佳压裂规模组合为:油井裂缝穿透比42%、水井裂缝穿透比13%;注采井组对应压裂的最优裂缝导流能力为40μm~2·cm。故对于薄差储层,采用注采井组对应压裂技术进行改造,具有良好的效果,并在注采井组对应压裂时,应以油井压裂为主。实验研究结果为薄差储层注采井组对应压裂的裂缝参数设计提供了有效的参考,对于提高老油田表外储层的开发效果具有重要的现实意义。     

径向井引导水力压裂裂缝定向扩展技术研究

目前,利用径向井压裂改造技术开发低渗透油层、薄油层、裂缝性油气层、注水后“死油区”等受到越来越多地关注,但国内外尚未对此进行系统的研究。受地应力控制和储层非均质性影响,水力压裂裂缝很可能无法顺利沿径向井方向延伸沟通目标区域,导致储层增产效果不理想。基于多径向孔压裂裂缝起裂压力分析和塑性区理论,推导出多口径向井在地应力条件下引导压裂裂缝定向扩展准则。满足该条件时,多径向井会在储层中产生连续塑性区,裂缝在塑性区内扩展不受地应力影响而保持定向扩展,这保证了压裂施工时各径向井间裂缝相互贯通,形成沿径向井轴心面方向的的主裂缝。兼顾经济性优化出了径向井间的最大间距,为径向井水力压裂技术的有效实施提供了可靠的科学依据。     

体积压裂裂缝分布扩展规律及压裂效果分析—以鄂尔多斯盆地苏53区块为例

体积压裂技术为致密砂岩气藏大规模经济有效开发提供了新的途径。为了分析裂缝在体积改造中的分布和扩展规律,基于鄂尔多斯盆地苏53区块储层特征和渗流-应力耦合理论,采用RFPA-flow软件建立了储集层砂岩体的流固耦合模型,模拟分析了引导裂纹、天然裂缝、围压对体积压裂中裂缝扩展的影响。然后通过对比区块内体积压裂井、普通压裂井和未压裂井的实施效果,体现出体积压裂在致密砂岩气藏开发中的明显优势。     

径向井引导水力压裂裂缝定向扩展技术

目前,利用径向井压裂改造技术开发低渗透油层、薄油层、裂缝性油气层、注水后"死油区"等受到越来越多地关注;但国内外尚未对此进行系统的研究。受地应力控制和储层非均质性影响,水力压裂裂缝很可能无法顺利沿径向井方向延伸沟通目标区域,导致储层增产效果不理想。基于多径向孔压裂裂缝起裂压力分析和塑性区理论,推导出多口径向井在地应力条件下引导压裂裂缝定向扩展准则。满足该条件时,多径向井会在储层中产生连续塑性区,裂缝在塑性区内扩展不受地应力影响而保持定向扩展,保证了压裂施工时各径向井间裂缝相互贯通,形成沿径向井轴心面方向的主裂缝。兼顾经济性优化出了径向井间的最大间距,为径向井水力压裂技术的有效实施提供了可靠的科学依据。     

水射流用于煤层切割的可行性分析

在煤层钻井和固井过程中,近井区域可产生裂缝扭曲,为后期压裂造成困难.高压水射流技术一方面利用水击作用能有效解除钻井、固井造成的堵塞,使井周环形区域应力再次调整,大部分区域应力下降解除压实效应;另一方面在环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸,实现水力喷射压裂,可以大幅提高井周的渗透率.对高压水射流技术用于煤层气开发问题进行了技术方面的探讨.     

考虑缝间流量不对称的裂缝井干扰试井分析方法

考虑压裂缝间的相互干扰作用,采用有限差分方法耦合地层与裂缝渗流方程,建立压裂井邻井干扰试井模型,绘制试井典型图版.分析裂缝表面线流量分布,由于存在缝间干扰,压裂井裂缝表面线流量呈非对称分布.同时,由于干扰井裂缝的高导压能力,模型中干扰信号将更快传导至观察井井底,压力导数曲线提前出现干扰过渡阶段.研究了观察井与干扰井布井方位的影响,当观察井与干扰井裂缝位于同一直线时,裂缝高导压作用最显著,其中裂缝半长的影响效果远大于裂缝导流能力.通过与商业软件数值试井模型对比,验证了模型的正确性.使用建立的模型解释了现场实例,曲线拟合效果好,解释结果合理,为判断井间连通性及制定开发调整措施提供了重要依据.     

南泥湾油田长4+5,长6油藏裂缝监测应用研究

南泥湾油田长4+5、长6储层属于特低渗、低压油藏,压裂是油藏开发最主要的措施。通过在南泥湾油田长4+5、长6储层选取有代表性的20口压裂井进行水力压裂裂缝检测及井下压力-温度检测,确定压裂裂缝的形态、方位、高度、产状及压裂液的滤失系数、液体效率等,为南泥湾油田压裂评价及注水开发工作提供依据,同时也为其它区域的开发井网部署、压裂参数优化、扩边勘探、旧井转注等工作提供依据。     

大斜度井水压裂缝起裂研究

应用多孔弹性理论，导出了斜井井壁周围的应力表达式，并提出了新的斜井水力压裂裂缝起裂判据。它不但考虑了垂井裂缝井裂缝产生的机理，而且还考虑了水平缝产生的机理，新的斜井水力压裂起裂判据比以往的斜井水力压裂裂判据更具合理性。     

低渗透油藏老井侧钻技术研究与应用

低渗透油藏具有典型的低渗、低压,非均质性强和天然微裂缝发育特征。油藏经注水补充能量开发后开发矛盾突出,导致高含水井或水淹井比例增多和油藏采出程度低,严重影响了整体开发效果。鉴于目前针对高含水井或水淹井治理难度大的问题,立足低渗透油藏开发特征,在明确了水驱后剩余油分布规律和调研了512″套管井开窗侧钻技术现状的基础上,提出了利用大斜度井分段压裂改造提高剩余油动用程度的技术思路。针对侧钻井改造技术难点,对储层改造工艺技术进行了筛选和优化,在实现分段压裂改造提高储层泄流面积的同时,有效降低了施工安全风险。为提高暂堵压裂效果,并配套研发了耐压性高和稳定性强的关键性堵剂。现场试验表明,采用老井侧钻方式改造效果显著,是开展低渗透油藏水淹井治理的有效手段之一,为后续提高油藏开发效果具有一定的借鉴意义。     

变导流能力下压裂井生产动态研究

人工裂缝长期导流能力随时间变化,据此建立了考虑人工裂缝长期导流能力变化的数学模型。应用数值模拟方法研究长期导流能力变化对地层压力场及流场分布和压裂井产能的影响。数模结果表明:裂缝长期导流能力的损失,会导致地层流体更多地通过井底附近的裂缝流入井底,优化了裂缝内的流场,减缓了压裂井产能递减速率;其他情况相同时,裂缝半长越长,裂缝长期导流能力的损失对压裂井产能的影响越大。     

菱形联合井网整体压裂电模拟实验研究

目前国内大部分油田已处于开发后期,地层能量不断衰竭,了解地层流体的渗流规律、对现有开发井网进行改造,能有效提高地层能量和区块产量。根据现有直井井网的布井方法,考虑水平井压裂的特点,优化设计了菱形联合压裂井网,并运用电模拟的方法,模拟不同井网和裂缝参数对水平井整体压裂井网的渗流规律及产能的影响。结果表明,改进后的菱形联合井网注水压力波及范围扩大,注水效率提高,能明显提高单井产量;裂缝长度增加有利于注水效率的提高,但裂缝过长会造成水驱前缘突进的现象,不利于油井的生产;裂缝方位对注水效率的影响随裂缝长度的增大而增大,且裂缝方位为垂直时注水效果最好。研究成果对水平井菱形联合井网整体压裂设计具有一定指导意义。     

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。     

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。     

致密压裂气井裂缝动态评价新方法

压裂是致密气开发的重要技术手段,致密气只有经过压裂才能获得工业气流。而对压裂裂缝的深入认识则是气田高效开发的重要基础。目前关于裂缝评价的技术诸如微裂缝检测等多为静态描述,且大部分技术成本昂贵,实施难度大。提出了一种裂缝动态评价方法,该方法通过将成熟的不稳定试井技术和生产动态分析方法相结合,可以准确获得裂缝的参数,并通过生产数据分段拟合则可获知裂缝的动态变化状况。同时以苏里格致密气井为例,并且调研分析前人的研究成果,回归出了裂缝与地层压力的关系式。