压裂管柱与压裂液多物理场分析

压裂作业是改进油气层渗透率、提高油气井产量的有效途径之一。压裂管柱在压裂施工中,地层温度及压裂液温度随井深发生线性或非线性变化,压裂液压力也随井深发生非线性变化。本文选取管内流动的压裂液、管外环空静止井液和压裂管柱为研究对象,建立了温度场、流场和应力场耦合分析的多物理场模型。利用ANSYS软件,计算得到1000m压裂管柱以及压裂液在井口处的温度均为20℃,管柱内外壁在井底处的温度分别为36.99℃、50.55℃,压裂液在井底处温度达到35.47℃。仍选取1000m压裂管柱模型,计算得出管柱在多物理场和应力场中,井口和井底处的等效应力相对误差分别为3.73%、5.97%。可见,采用应力场对压裂管柱强度评价影响不大,但对管柱的轴向应力、环向应力有一定的影响。     

深井压裂井下管柱载荷与轴向变形研究

根据深井高温高压条件下的压裂施工过程,综合考虑井身轨迹、管柱和井下工具结构,建立压裂管柱综合力学模型;研究深井压裂管柱在自重、内压、外压、各种效应力、粘滞摩阻力、套管支承反力、弯矩和锚定、坐封压力等多种载荷联合作用下的变形,并进行强度分析和校核。给出了一套实用的压裂管柱力学计算步骤、方法与公式,为准确地掌握压裂过程中管柱的受力及变化规律提供理论依据,从而优化管柱组合与施工参数,提高作业效果和成功率。     

塔河超深水平井分段压裂管柱力学分析方法

塔河油田顺托顺南区块奥陶系油藏储层属于超高温超高压超深的缝洞型油藏,由于直井难以实现高效开发,需要采用水平井分段改造技术,实现一井多缝洞体同时开发以提高效益。针对超深水平井压裂管柱温度高、施工压力大,受力复杂等特点,建立了超深水平井分段压裂管柱力学分析模型,并根据不同压裂阶段受力特征,提出了不同压裂工况下管柱力学分析方法。依据所建立模型,以塔河油田顺南某井为例,对分段完井管柱设计进行了不同压裂工况下受力分析,针对发现问题进行了管柱优化,提高了管柱安全性能。分析结果也表明,该模型为超深水平井分段压裂管柱安全校核和优化设计提供了理论依据和方法。     

压裂管柱内突扩两相湍流数值模拟

采用标准k-ε模型,对不同施工排量情况下,压裂管柱内突扩两相湍流进行数值模拟,得到了流线分布、速度分布和砂比分布.模拟结果表明,在压裂管柱内突扩结构处形成了分离流旋涡,并使管壁处砂的浓度增加,流体和局部富集的砂对管壁形成了一定角度的冲刷、磨损作用.随着施工排量的增加,冲刷部位逐渐下移,现场压裂施工后管柱冲刷磨损部位与数值模拟结果基本一致.     

相似雷诺数法在滑溜水压裂管柱摩阻测试中的应用

为了合理计算现场压裂管柱沿程摩阻,利用雷诺数相似的方法,得出现场滑溜水管柱摩阻系数与室内管柱摩阻系数关系式及现场与室内的摩阻、排量和管长关系式。通过测定室内的滑溜水管流摩阻,计算现场施工的压裂管柱摩阻值。通过关系式结合现场试验验证,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7%,该方法可以为页岩气大型滑溜水压裂摩阻预测提供计算模型。     

纤维在压裂管柱中的减阻机理探讨

本文对液体在管柱中的减阻增排的原理进行了分析,从而论证了在深储层油田开采的管道压裂施工过程中,纤维在压裂管柱中与压裂液的相互作用,阐述了纤维的减阻增排量的工作原理。     

水平井裸眼分段压裂技术的研究

提高油田勘探开发效益的重要途径是运用水平井。我国包括塔里木油田在内的13个油田已广泛应用了此技术。同时,作为低压、低渗透油气藏开发的主要增产措施之一就是水平井裸眼分段压裂技术,这种技术已得到普遍的关注。本文对水平井裸眼分段压裂工艺的实施过程、水平井裸眼分段压裂管柱结构进行了分析。     

压裂管柱力学分析理论与应用

油层压裂是重要的增产措施;压裂管柱在管内外压力、轴向力、弯矩、扭矩、温度等因素的作用下,有时会引起屈服、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈曲,造成较大的经济损失;对压裂管柱进行系统的力学分析有十分重要的意义.首先介绍了压裂作业的分类、操作过程和涉及的管柱力学问题;其次,建立了压裂的不同过程中管柱温度分布的数学模型;接着,介绍了管柱内和环空压力的计算方法;建立了下入过程的管柱力学分析的数学模型;针对不同类型的封隔器,分别建立了坐封过程管柱力学分析的数学模型;针对不同的压裂方法,分别建立了注入过程中管柱力学分析的数学模型,并考虑了伸缩短节的作用;建立了解封和起出过程中管柱力学分析的数学模型;给出了强度校核方法.用差分法进行求解后,编制了计算软件,在长庆油田和西北油田分公司得到了成功的应用.     

机械分层压裂管柱在DK27井的试验应用

鄂北大牛地气田储层物性较差、含气层系多、单层自然产能低,必须进行压裂改造增产措施才能提高气产量。多层合压由于隔层应力不同,裂缝延伸压力不同,存在改造不均匀的情况,影响压裂效果。为了使各单层得到均衡改造,充分发挥其生产潜力,进一步提高单井产量,改善区块整体开发效果,降低成本,加快开发速度,引进了一次不动管柱分层压裂工艺,并在DK27井试验成功。通过对压裂管柱、施工过程的分析,总结了施工的经验和存在的不足,对该技术的下一步推广应用具有指导意义。     

低渗低压水平气井压裂研究及实践

水平井技术已逐渐成为油田提高采收率和开发综合效益的重要手段,国内外应用情况表明,钻遇在低渗透油藏的水平井,不经过压裂酸化改造很难达到工业开采价值。从区域地质特征及井况条件出发,充分研究了压裂液、支撑剂选择、压裂管柱结构以及压裂规模等方面,通过优化设计,确定了适合低渗低压水平井的压裂的前置多段塞、大排量造缝、降排量携砂及施工方案优化等压裂技术措施。对红台2-17井进行了大型压裂施工试验,取得了较好的增产效果,为国内低渗储层低压水平气井压裂提供了宝贵的经验。     

大牛地气田双封分层压裂投产管柱研究应用

大牛地气田属低孔、低渗、低压、多层系气藏,部分井单层压裂改造不能满足经济有效开采要求,需要采用双封隔器分压二层,压后不动管柱投产合采。针对液压式封隔器组合分层压裂管柱存在的问题,研究出一套适合大牛地气田分压改造后直接合采投产的井内管柱。该管柱采用机械式封隔器组合,提高了压裂管串的可靠程度,特别是开发出了双滑套喷砂器,在压裂施工结束后不用动管柱而通过双滑套喷砂器实现下部气层与上部气层的连通,满足了压后不动管柱直接投产、二层合采的需要。从2005年至2006年7月,应用该管柱在大牛地气田进行了57口井114层的压裂施工,工具应用成功率达97.0%,取得了显著成效。     

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。     

新型纳米复合纤维基清水压裂液体系配方优化与评价

页岩气藏储层具有不同于常规油气储层的岩性和物性特征。选择适合的压裂液体系对于页岩气藏的高效开发具有重要意义。基于新型纳米复合纤维,研究了纳米复合纤维基清水压裂液体系。通过实验确定纤维的最佳质量分数为0.4%~0.7%,最佳长度为6~12 mm。对纳米复合纤维基清水压裂液体系开展了室内评价,结果显示此压裂液体系在预防支撑剂回流、降低滤失、增强携砂性能、降低摩阻等方面效果显著;且对支撑剂层的导流能力伤害较小。此体系对于国内页岩气储层的有效开发具有一定参考价值。     

延长低渗致密气藏采气工艺初探

延长气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的东南部,储层为具有典型的低渗、低压、低产、低丰度特征的致密砂岩气田。单井控制储量小、非均质性强、连通性差,气井投产后初期递减快,中后期递减慢,在较低的井底流压下,气井表现出一定的稳产能力。本次研究主要通过对气井的井口装置、管柱优化、完井工艺和排液采气工艺的研究和现场应用分析,初步形成了一体化管柱射孔、压裂投产、储层保护等适应延长气田特点的开采工艺技术。通过对各生产阶段、不同压力及出水量的气井采气工艺的研究和合理选择,满足了开发初期气井的生产需求。     

鄂尔多斯盆地东部气井压裂液氮伴注比例优化研究

提高返排液效率,减少压裂液对地层的伤害,是压裂技术面临的重要课题。通过对鄂尔多斯盆地气井排液现状分析,结合管柱结构,开展井筒持续排液条件研究。当井深2 500 m时,必须满足井底液柱压力≤15.68 MPa,或平均气液混相密度≤0.61 g/cm~3。建立液氮比例运算模型,计算得出当液氮伴注比例≥6%时,井筒可实现自主持续排液。现场试验表明,调整液氮伴注比例后,一次喷通率提高69%,返排率提高19%,试气产量也随液氮比例呈现较好正相关性。     

新疆油田氮气气举一体化管柱快速返排研究

新疆油田已投入开发的气藏储层物性差异大,存在黏土膨胀、水敏和固相堵塞等伤害。常规管柱射孔后,需
压井提出射孔枪串,更换成储层改造管柱。反复压井导致储层二次污染,更为严重的是气藏压力系数低,储层改造后
入井液靠自身能量返排困难。为此研制了储层改造+ 氮气气举返排、射孔+ 储层改造+ 氮气气举返排一体化管柱,优
选配套工具：针对气井工程口袋较长或下部无利用层的气井,推荐使用丢枪射孔工艺,否则采用全通径射孔工艺;固定
式气举工作筒抗内压90.00 MPa、抗拉强度达到70.00 MPa 及气举阀波纹管承载达到35.00 MPa;采用压井阀解决了完
井管柱应用封隔器后无压井液循环通道的问题。基于氮气物性修正和引入Beggs & Brill 两相流摩阻系数来修正储层
改造液体与压井液的差异,考虑氮气返排与常规连续气举设计的差异,完善了氮气气举返排设计基础理论,研制了配
套工艺设计。现场射孔+ 酸化+ 氮气返排试验证实：该工艺为解决同类气藏入井液返排难题提供了新的技术途径,具
有较高的推广应用价值。     

带开关功能的不限级滑套研制及应用

致密砂岩气藏储层岩石致密，自然产能低，水平井无限级压裂是高效开发的必要手段。常用的投球滑套分段级数受限、管柱缩径，难以实施储层评价、井筒维护等措施作业，泵送桥塞工艺虽可实现无限级分段，但施工不连续、作业成本高；同时，上述压裂装置均存在功能单一，无法满足生产控水等需求。根据气藏开发对工具“不限级、全通径、可开关、工序联作”的功能需求，创新全通径不限级滑套设计方法、提出环状凸齿与凹槽唯一配对的无限级实现方式，设计出具有复合弹片—多功能球笼的开启组件以及带选位槽和内藏胶筒的滑套本体，形成了全通径无限级可开关的滑套结构。工具系统已在川西中浅层致密砂岩气藏近200口推广应用，与国内外同类技术相比，作业效率可提高50%；成功在DS103—2等井实施选择性开关作业，为致密砂岩气藏高效开发提供了全新的工具系统。     

压裂液黏度对水力压裂破裂压力及破裂形态的影响

随着非常规油气开发需求的增加,水力压裂技术作为油气增产的关键技术受到广泛关注。根据现场压裂结果显示,压裂液黏度作为易于调整的工程参数会对储层改造效率造成重大影响。为了探究压裂液粘度对水力压裂效率的影响,系统开展了不同压裂液黏度作用下砂岩室内水力压裂试验,,揭示了压裂液黏度对水力压裂破裂压力、破坏形态的影响及内在机理。试验结果表明：低粘度压裂液将产生两翼平直窄裂缝,高黏度压裂液将形成单翼宽裂缝或分支裂缝。随着压裂液黏度升高,水力压裂过程中由于滤失产生的孔隙压力减小,破裂压力升高。本文通过试验结果得到了考虑压裂液黏度的计算式,对水力压裂参数设计具有指导意义。     

基于导流能力评价实验的复合酸化压裂技术

酸化压裂是碳酸盐岩油气藏增产的主要措施和手段,即使采用较大规模施工,酸蚀缝长一般不超过120 m,而水力压裂技术能够实现大规模造长缝的目的。为此,开展水力压裂与酸携砂压裂相结合的复合酸化压裂技术研究及现场实验,以探索碳酸盐岩增产措施的新工艺技术。实验采用塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩岩心,模拟高温高压地层条件,通过测试水力加砂压裂裂缝、酸化压裂酸蚀缝、酸携砂压裂裂缝、水力压裂与酸携砂复合酸压裂缝的短期导流能力,探索评价了碳酸盐岩地层增产改造的新工艺技术,实验结果表明了碳酸盐岩地层实施复合酸化压裂可以实现较好的导流能力。基于导流能力实验评价结果,优化设计了4 口井的复合酸化压裂方案并进行现场施工,增产效果良好,为碳酸盐岩地层实施复合酸化压裂提供了有力的理论支持。