体积压裂技术在富县油区的研究与应用

为了提高富县油区致密油藏开发效果,实现单井初产高、稳产周期长。对富县长8低渗致密油层,从岩石矿物组成、孔隙结构类型、储层物性、储层天然裂缝发育情况、岩石力学特性、地应力特点等方面进行分析研究,结果表明:富县长8油层可以进行体积压裂,形成复杂缝网,常规井应用效果显著,初产可达常规压裂的4倍。针对延长油田目前的体积压裂工艺进行对比,优化调整水平井射孔簇数、压裂液体系和液量,形成密切割+大液量工艺技术,在现场实施后取得了良好的效果,M8平1井与普通压裂规模相比,初产高、稳产效果好。     

水平多裂缝交错扩展及其诱导应力干扰研究

QA油田X储层埋深较浅,高角度天然裂缝发育,水力压裂后形成的水力裂缝形态较为复杂,压后效果时好时坏,给压裂设计及施工带来诸多困难,急需弄清该储层水力裂缝的形态,以确定合理的压裂施工方案。首先,采用三轴岩石力学测试系统对X储层岩石力学特征进行测试,观察天然裂缝形态。其次,建立砂泥岩相间的二维平面渗流-应力-损伤耦合有限元模型,采用二次应力起裂准则作为水力裂缝是否起裂的判断依据,以幂律流来表征流体在Cohesive单元内的流动。模拟了X储层水力压裂多裂缝交错延伸的裂缝形态,探究了水力裂缝几何形态及压裂液排量、地应力、压裂液黏度对缝间应力干扰的影响,揭示了复杂多裂缝交错扩展的干扰机理,发现该储层具有形成复杂裂缝的力学和工程地质条件,为该区域的压裂改造提供理论指导。     

致密砂岩与页岩压裂缝网形成能力对比评价

压裂裂缝网络形成的程度,是能否实现致密油藏经济有效的开采的首要因素。针对长庆油田长7致密砂岩油藏储层,采用了页岩用的裂缝网络形成的评价方法,结合声发射仪器,对比了长7致密砂岩与页岩2种岩心压裂后形成缝网的能力。通过实验可以看出,致密砂岩压后呈现为简单的平面主裂缝特征,而页岩均呈现无主裂缝的无规则散布特征;岩石脆性并不是影响致密砂岩形成缝网的主要因素;在无水平地应力差或水平地应力差较小的情况下,长7致密砂岩油藏储层能够形成一定程度的复杂裂缝;天然裂缝系统的发育程度也是长7致密砂岩油藏体积压裂形成缝网的关键因素。     

超低渗油气藏非对称压裂数值模拟理论及应用

以鄂尔多斯盆地某采油区延长组的长6油层组为例, 利用测井资料开展地质建模、三维岩石力学场和三维应力场研究, 获得井筒以外空间任一点与压裂密切相关参数的非均质网格节点数值模型。依据岩石破裂准则定量模拟计算出压裂缝的实际展布形态, 建立非对称裂缝空间分布模型, 包括缝高、缝长、缝宽和裂缝的走向。结合生产动态资料, 开展剩余油分布研究, 提出单井重复压裂措施方案。经过现场实施, 日增产原油4吨左右, 效果显著。     

基于EDFM的致密油藏分段压裂水平井数值模拟

为了解决致密油藏分段压裂水平井由于裂缝模型建立难度大导致的产量评价困难的问题,通过引入嵌入式离散裂缝模型（Embedded Discrete Fracture Model,EDFM）,采用矩形网格,建立了考虑重力和应力敏感效应的三维致密油藏分段压裂水平井模型。首先,用Saphir对该模型的准确性进行了检验;然后,利用该模型进行了三维致密油藏、天然裂缝性致密油藏以及裂缝分布形态影响的数值模拟研究。结果表明,嵌入式离散裂缝模型能较好反映流体在天然裂缝和压裂缝网内的流动特征;压裂施工位置应选择天然裂缝发育的区域;分段压裂水平井的裂缝分布形态对产能影响显著,缝网与基质接触面积越大,油井产能越大,因此,最优化的裂缝分布可作为体积压裂施工目标。     

致密油分段多簇压裂水平井电模拟实验研究

致密油储层物性差、天然裂缝发育,水平井技术和水力压裂技术是开发致密油的有效手段,微地震监测资料证明水平井分段多簇压裂后形成复杂的裂缝网络。本文基于水电相似原理,利用水电模拟方法,研究了致密油水平井开发不同压裂方式下的压力场特征,并对分段压裂水平井产能影响因素进行了分析。结果表明：（1）分段多簇压裂水平井近井区等压线较面缝压裂更为平缓,远井区等压线主要边界影响;（2）与面缝相比,分段多簇压裂的体积改造区域越大,压裂水平井产量越大;当体积压裂改造区域规模一定时,改造区域内的渗透率变化对压裂水平井产能影响较小     

致密油藏分段多簇压裂水平井电模拟实验研究

致密油储层物性差、天然裂缝发育,水平井技术和水力压裂技术是开发致密油的有效手段。微地震监测资料证明水平井分段多簇压裂后形成复杂的裂缝网络。基于水电相似原理,利用水电模拟方法,研究了致密油水平井开发不同压裂方式下的压力场特征,并对分段压裂水平井产能影响因素进行了分析。结果表明:(1)分段多簇压裂水平井近井区等压线较面缝压裂更为平缓,远井区等压线主要由边界影响;(2)与面缝相比,分段多簇压裂的体积改造区域越大,压裂水平井产量越大;当体积压裂改造区域规模一定时,改造区域内的渗透率变化对压裂水平井产能影响较小。     

新型缝网压裂技术在镇北致密储层的研究与应用

北美非常规油气藏的成功开发为长庆致密油藏改造开辟了新的技术途径。在与北美巴肯致密油藏特征进行对比分析的基础上,指出镇北长X致密储层具有天然裂缝发育、岩石脆性程度高、水平两向应力差适中的特点,具备大规模体积压裂形成复杂网状裂缝的条件。因此,以体积压裂为理念,在该区块开展了的"高排量、大液量、低黏压裂液、小粒径支撑剂"技术模式的新型缝网压裂先导性试验,取得了较好的增产效果,为长庆油田0.3mD以下致密油藏压裂改造积累了重要的经验。     

层状介质中水力裂缝的垂向扩展

应用岩石力学的理论与方法，建立了层状介质中水力裂缝垂向扩展的数值模型，分析了地应力剖面、地层断裂韧性、压裂液密度及作业参数对缝高剖面形态的影响．研究结果表明，地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围和扩展方向的主要因素，岩层断裂韧性对裂缝的垂向扩展有明显的止裂作用，压裂液沿缝高方向的流动压降对裂缝高度有较大影响．在一定地层条件下，裂缝是否向隔层扩展以及扩展范围的大小主要取决于作业压力的高低．该方法可用于预测水力裂缝缝高剖面形态     

致密油藏水平井井网参数耦合影响分析方法研究

水平井与压裂技术结合是目前致密油藏规模有效开发的重要基础。然而压裂水平井井网由于受到压裂裂缝参数和水平井参数等多因素的耦合影响,因素之间相互关联与干扰,传统的单一因素分析难以定量描述水平井井网对其产能影响的主次顺序和显著程度。因此井网设计难以实现最优化结果。根据实际设计,将井网类型、裂缝形态和水平井长度对采出程度的影响进行正交设计分析。分析所得到的主次关系结果,优选了不同水平井井网类型下裂缝形态和水平井长度的最佳组合方案,并建立了致密油藏水平井井网参数耦合影响分析方法,对于目前正处于探索阶段的致密油藏水平井开发井网具有一定实际指导意义。     

一种有效开发致密碳酸盐岩气藏的新工艺——体积酸压

如何对致密裂缝性碳酸盐岩气藏进行有效开发,并使其稳产、高产一直是业界难题。针对这一难题,通过借鉴国外致密油气成功开发的一些研究成果,国内率先提出了针对致密裂缝性碳酸盐岩气藏的体积酸压工艺,经现场应用取得了良好效果。简要阐述了体积酸压的缝网形成机理,通过对比分析,初步明确了鄂尔多斯盆地致密气藏实施体积酸压的可能性;通过岩石脆性评价、裂缝发育及水平主应力差测试、原地应力方位与天然裂缝方位测定、裂缝潜在力学活动性预测、酸岩反应及酸液滤失实验,综合分析了目标气藏实施体积酸压的可行性;并结合现场应用简要阐述了实施体积酸压的原则和思路。最后,针对目前体积酸压实践给出了相关施工建议。该研究成果将推动致密油气藏体积酸压设计理论的发展,加快体积酸压工艺和材料研发速度,提升碳酸盐岩致密油气藏体积酸压优化设计水平,为今后致密油气藏的有效开发提供理论与技术储备。     

一种新的多因素压裂水平井产能评价方法

水平井压裂是致密砂岩气井重要的开发手段,且裂缝之间存在干扰,渗流规律复杂,因此准确的产能预测尤为重要。本文研究在充分考虑气-水两相流在地层和裂缝中不同渗流规律及裂缝间相互干扰,并同时考虑在滑脱效应、启动压力梯度、应力敏感和高速非达西等因素条件下,建立了强适用性的压裂水平井气-水同产产能预测模型。此外,还对气-水两相流中地层应力敏感、气体滑脱因子、启动压力梯度、裂缝各项参数及水气比等因素进行了分析,结果表明：水气比、裂缝导流能力和裂缝半长与产能呈正相关;裂缝应力敏感与产能呈负相关;地层压力敏感、气体滑脱效应和启动压力梯度对产能影响相对较小。研究结果为致密砂岩压裂水平井产能评价提供了理论依据。     

运用断裂理论确定地层破裂压力(P_F)值

本文综合应用断裂理论、岩体力学等知识,对油气层压裂机理进行了有益的探讨。通过对油气井井底的地应力静应力场,和动应力场的分析,考虑地层岩石存在天然微裂隙这一客现事实。建立了地应力与压裂液共同作用时,地层裂隙的应力强度因子表达式;根据断裂判据,推得了地层破裂压力计算模型;并对四川油田川中矿区几口井进行了实算与电算对比,验证了模型的可靠性。     

含砾砂岩储层重复压裂新方法及机理分析

重复压裂技术广泛应用于老油田开发过程,尤其适用于致密砂岩、页岩等典型储层,而含砾砂岩储层中重复压裂方法的有效性还有待研究。针对重复压裂含砾砂岩储层产生复杂裂缝网络的压裂方法问题,基于动态载荷促进裂缝分叉、易渗透压裂液明显降低岩石有效应力的作用机理,本文提出“变排量、分阶段多压裂液组合”的重复压裂方法。为验证该方法的合理性,本文以人工预制的含砾砂岩试件为实验对象,通过变排量、分阶段注入不同性质压裂液进行了室内真三轴压裂模拟实验,总结了压裂机理。研究表明：变排量压裂方式产生的裂缝条数至少是定排量压裂方式产生裂缝条数的3倍;分阶段多压裂液组合压裂方法产生水力裂缝的条数是单一类型压裂液压裂产生裂缝条数的3倍。变排量、分阶段多压裂液组合的压裂方法将对含砾砂岩储层进行重复压裂产生复杂裂缝具有一定的借鉴意义。     

提高均质致密碳酸盐岩储层酸蚀裂缝导流能力效果研究

均质致密碳酸盐岩储层岩心经酸刻蚀后主要形成均匀刻蚀形态,裂缝主要通过少量凸起点支撑,岩性较软或在储层闭合应力时支撑点容易破碎或嵌入裂缝壁面使得裂缝大部分闭合,无法形成有效的自支撑渗流通道。通过向酸蚀裂缝内加入一定量的支撑剂能有效提高酸蚀裂缝导流能力。深入研究支撑剂粒径、铺砂浓度以及闭合应力等因素对酸蚀裂缝导流能力的改善情况。结果表明:自支撑裂缝随闭合压力增大下降迅速,在34.5 MPa时的导流能力已不足初始闭合压力下的2%,难以在储层闭合压力下有效保持,达不到长期增产的目的。增加额外支撑点的酸蚀裂缝,其导流能力在储层闭合压力下是自支撑裂缝导流能力的3~7倍。大粒径支撑剂能提供更高的裂缝导流能力,在酸压允许的情况下尽量选用大粒径支撑剂。现场对PG4井进行了加砂酸压改造技术,获得了6.314×104m3/d的产量,证实了均质致密碳酸盐岩储层酸压改造中提供额外裂缝支撑剂的必要性。     

二氧化碳压后焖井过程中含弱面致密砂岩断裂特征

二氧化碳(CO2)压后焖井是致密砂岩储层补充地层能量的一种关键技术,同时也能使得已有裂缝发生扩展。致密砂岩储层中,弱面(如层理、天然裂缝)广泛分布,CO2可与砂岩发生物理、化学反应,进而影响储层稳定性及裂缝的复杂程度。本文以鄂尔多斯盆地含3种角度(0°,45°和90°)弱面性层理的致密砂岩为实验材料探究CO2对弱面性层理试件断裂特征的影响。首先,将试件分为两组,一组采用超临界CO2(SC-CO2)饱和30天,另一组仅置于大气条件下不做处理;随后通过三点弯实验测试相应试件的断裂韧性,并结合声发射技术监测试件断裂过程中声发射信号的演化规律。研究表明：CO2作用使得含弱面性层理致密砂岩试件的断裂韧性降低约40%;CO2作用使得试件初始损伤阶段提前,损伤扩展阶段持续时间增长;最后作者从细观损伤力学的角度揭示了CO2影响含弱面性层理致密砂岩断裂韧性及裂缝扩展规律的作用机理。本研究以期提高含弱面性层理的致密砂岩储层在CO2压后焖井过程中岩石断裂行为的认识。     

裂缝性地层水力裂缝非平面延伸模拟

受天然裂缝作用影响,裂缝性地层的水力裂缝可能延伸为多分支、非平面的复杂裂缝体系,这与均质地层压裂产生的对称双翼平面裂缝具有巨大的差异。由于常规水力裂缝延伸模型无法用于模拟裂缝性地层中水力裂缝非平面延伸的裂缝形态和裂缝几何,为此,基于水力裂缝相交天然裂缝转向延伸路径的等效平面裂缝思想,建立了水力裂缝非平面转向延伸的数学模型,并推导了相应的数值求解方法。模拟计算表明,当水力裂缝沿天然裂缝转向延伸时,水力裂缝缝宽在延伸路径上表现为非连续分布,在转向延伸段突变减小,受缝宽减小节流效应影响,井底流体压力升高。影响因素分析表明,水平地应力差和逼近角越大,转向延伸段缝宽越小,对支撑剂输送限制越大;施工排量和压裂液黏度越高,包括转向延伸段在内,整个延伸裂缝段的缝宽越大,支撑剂在裂缝内的运移越容易,压裂施工风险越低。研究为认识裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征提供了思路和方法,为裂缝性地层压裂设计提供了理论依据,具有重要的理论价值和现实意义。     

水力压裂切割煤层顶板力学机理及参数优化

煤层开采中,上顶板难以断裂,易形成大面积悬顶结构,进而诱发严重的冲击地压等灾害,不利于矿井的安全高效生产。针对利用水力压裂技术解决煤层上悬顶的工程问题,采用地质-工程一体化模拟技术,考虑岩层纵向分层属性,建立了大尺度水平井段内多簇压裂精细模型,开展了水力压裂切割煤层厚顶板力学机理和施工参数优化研究。研究结果表明：(1)水平井多级压裂能够充分切割上顶板,产生密切割缝网结构,附加诱导应力值增大10%,能够有效解决悬顶卸压问题;(2)高粘滑溜水+交联冻胶压裂液体系形成的裂缝体积高于低粘滑溜水体系约40%;(3)影响裂缝扩展的主控因素从强到弱依次为：压裂液类型、地层物性、液量、排量、段长。本文耦合地质建模-裂缝扩展-应力计算,深入研究了水力压裂裂缝扩展规模及其对厚层顶板弱化改造程度,研究成果将指导含厚层顶板煤层安全高效开发。