页岩气储层水力压裂机理研究

水平井分段压裂技术是现阶段页岩气成功开发的关键技术,并逐渐形成了一系列以实现"体积改造"为目的的页岩气压裂技术,其"体积改造"的理念颠覆了经典水力压裂理论,是现代非常规储层压裂理论发展的基础。到目前为止,页岩气储层水力压裂缝网形成与扩展机理等基础理论还不完善;通过室内大型真三轴水力压裂物理模拟实验,在室内模拟出含裂缝的页岩地层,研究了裂缝性地层水力压裂过程中天然裂缝对水力裂缝扩展的影响;并分析了水力裂缝在该类型地层中的扩展模式及其影响因素。     

压裂裂缝间距优化设计

在多裂缝压裂设计中,如何合理设置水力裂缝间距、最大限度形成缝网是储层改造过程中的关键问题.水力裂缝的形成会在裂缝周围产生诱导应力使得储层的应力差得到改善.根据单条水力裂缝诱导应力的解析解提出一种简便的裂缝间距设计方法,从而能最大限度促进复杂缝网形成.以平面二维水力裂缝的线弹性应力场为基础,采用应力叠加的方式来计算,通过调整水力裂缝间距将储层应力差缩小至能够形成缝网的范围以内,构建最佳的射孔簇间距.当单条水力裂缝净压力足以使原有水平主应力方向发生反转时,应力反转区的宽度即为最佳裂缝间距;当单条水力裂缝不足以使水平应力发生反转时,可通过两条裂缝间诱导应力的叠加协同效应,使得裂缝之间地层的水平地应力差降低至缝网形成的门限应力差以内,使中间新插入的裂缝能够形成网状裂缝,据此来进行缝间距优化;当进行多级压裂时,所有水力裂缝所产生的诱导应力可以依次相互叠加获得,然后进行裂缝间距优化;通过研究,提出储层改造的最佳裂缝距的计算方法,可为水平井多级压裂工艺参数的优化设计提供参考.     

七里村油田一层多缝压裂工艺设计

通过对七里村油田4口压裂井微地震检测分析,确定该油田水力压裂裂缝为水平缝,适合一层多缝压裂.通过对已压裂的一层一缝、一层两缝和一层三缝的压裂井产量统计分析,结合当前压裂施工工艺,利用以前压裂施工统计数据并配合软件模拟,对一层两缝压裂工艺的裂缝长、施工排量和加砂规模等压裂参数进行优选,最终确定七里村油田最优压裂参数为:裂缝长度35～42 m,加砂规模19.23～27.69 m3,施工排量1.8～2.2 m3/min,携砂液量64.10～92.30 m3等.通过对一层两缝试验井与一层一缝压裂以及优化前的一层两缝压裂井产量比较,结果表明参数优化后一层两缝压裂可以大幅提高油井产量和稳产产量,更适合于七里村油田.     

塔河油田超深裸眼碳酸盐岩储层水力加砂压裂技术研究及应用

塔河油田碳酸盐岩油藏缝洞储集体距离井眼超过120m以上、井层埋深超过6000m以上的超深井储层。针对目前的酸压工艺不能实现有效沟通这类远井缝洞发育带的问题,提出了超深裸眼碳酸盐岩储层水力加砂压裂技术,具体就是综合选井选层、地应力及岩石力学参数模型、压裂液体系筛选、工艺设计研究、裂缝监测与评价等技术的研究及应用,既能形成较长的有效裂缝长度,又能确保裂缝高导流能力,从而达到进一步提高沟通更远处的有效储层的机率,提高储层改造效果目的。     

水力喷射压裂技术在薄层底水油藏中的应用

常规压裂技术是一种传统的油井增产工艺技术;水力喷射压裂技术是一种集射孔、压裂、隔离为一体的新型增产工艺技术,具有穿透性强、伤害低、孔径大、定向准的特点,是油田油井储层改造的新技术。分析水力喷射压裂技术的基本原理、适用条件、技术特点及施工工艺等,通过对梁7-01和梁45-01等五口井的水力喷射压裂现场试验,结果表明可以在薄层底水油藏中应用且增产效果明显。     

松南火山岩储层压裂降滤技术

松南火山岩储层微裂缝发育,滤失量大,水力压裂容易砂堵.为了提高压裂成功率,进行了火山岩储层压裂降滤技术研究.阐述了火山岩储层的滤失特点,火山岩储层的滤失系数不是常数,而与压力相关.根据火山岩储层的滤失特点,建立了适合火山岩储层的滤失模型,并进行了求解分析.分析结果表明,随着滤失时间的增加,滤失速度降低,而等效的综合滤失系数却随滤失时间的增加而增加.最后提出适合火山岩储层的柴油乳化、粉陶或粉砂、二元支撑剂组合综合降滤技术措施.现场应用表明,应用柴油乳化、粉陶及二元组合综合降滤技术措施可以解决火山岩储层压裂滤失问题,提高压裂成功率.     

泥夹层对巨厚砂泥互层储层一体化压裂的影响

针对我国西部油田储层厚(200~300 m)、泥夹层多且厚度不均(0.5~5 m),分层压裂时小井眼多层封隔器下入困难及后期修井难度大等问题,采用纵向一体化穿层压裂;但由于泥夹层多、穿层难、水力裂缝如何最大程度串通储层在理论和技术上成为一大难点。基于流固耦合及岩石弹塑性断裂力学理论,建立巨厚多层一体化穿层压裂三维有限元数值模型,对泥夹层层厚、层数及射孔位置对水力裂缝垂向扩展形态的影响进行分析。结果表明,在储层厚度及注入排量一定的条件下,泥夹层较多时(≥4层),裂缝能有效穿透的泥夹层层厚3 m;泥夹层较少时(≤2层),能有效穿透的泥夹层层厚5 m。各泥夹层处的扩展缝宽随着夹层层厚的增加而减小。高含泥井段砂地比75%时,对裂缝垂向扩展的阻碍作用较大,作业时应避免在高含泥岩层内射孔,应加强在砂岩层上射孔,提升一体化压裂效果。结果显示,模型分析与微地震现场监测结果相符。     

水力喷射压裂孔内压力分布研究

水力喷射压裂工艺是集水力射孔和压裂一体的新型油田增产技术.在室内实验基础上,运用流体力学计算方法,对水力喷射压裂孔道内压力场进行计算,得到了井下水力射流在地层孔道内的压力及速度分布,揭示了喷嘴空间位置、喷嘴数量、孔道形状、喷嘴压降和喷嘴直径对孔道压力的影响规律结果表明:高速射流之间具有很强的独立性,喷嘴空间位置和喷嘴数...     

水平井水力喷射压裂工艺技术

水平井可以沟通更多的层系和油气通道,从而获得更大的泄流面积,当今油气田开发的技术发展的趋势。传统的填砂打液体胶塞及封隔器分隔压裂劳动强度大,作业周期长。本文介绍了水力喷射压裂的原理和长庆油田水平井水力喷射压裂应用情况,现场施工和应用效果表明水力喷射压裂是水平井分段压裂的方向。     

江汉油田分层酸化压裂工艺管柱研究

油藏进入高含水开发调整阶段后，以往笼统、大井段的压裂改造已不再适应针对性更具体的层间挖潜。针对这一问题，研究了机械封隔分层和水力喷射分层这两种酸化压裂技术，本文重点对机械封膈分层酸压管柱的工艺原理、技术指标、取出成功率以及配套工具工作原理进行了阐述，机械封隔分层酸压管柱在江汉、胜利、长庆、玉门、青海等油田现场应用共计100余井次，施工成功率达到95％，现场应用表明，该管柱配套齐全、耐温耐压指标高，性能稳定。     

水力压裂裂缝模拟研究

针对低渗油气藏水力压裂裂缝通常采用直角网格加密模拟准确性不高的问题,采用了油藏数值模拟中的新型网格结构——PEBI网格来模拟水力裂缝.在充分认识水力裂缝渗流机理的基础上,深入分析了数值模拟中处理水力裂缝的常规直角网格加密方法和PEBI网格方法的原理;并以某火山岩油藏为例运用两种方法对裂缝方位、导流能力和裂缝穿透比进行优化研究.研究结果表明,PEBI网格模拟水力裂缝的方法相对于常规直角网格加密方法具有较高的准确性和优越性.运用该方法可以为现场压裂施工设计和效果评价提供一种有效的研究手段,对于提高低渗油气藏压裂效果具有实际意义.     

致密砂岩油藏压裂液伤害实验研究

致密砂岩油藏孔喉半径细小、连通性差,水力压裂过程中由于压裂液滤失、返排不彻底等因素极易造成储层伤害,有必要针对常用压裂液体系对储层基质和支撑裂缝导流能力的伤害进行评价。利用压裂液注入实验和导能能力测试仪测试了滑溜水压裂液、线性胶压裂液和交联胍胶压裂液的储层基质伤害、滤饼伤害和支撑裂缝导流能力伤害,结合核磁共振技术分析了压裂液滤失的孔径范围,揭示了三种压裂液对储层和支撑裂缝的伤害机理。三种压裂液对储层基质伤害和滤饼伤害与滤失系数有关,滤失系数越大,基质伤害越大,滤饼伤害越小。储层的滤饼伤害要大于基质伤害。针对致密砂岩储层,压裂液对储层基质的伤害主要是对储层中孔和大孔的伤害。三种压裂液对支撑裂缝导流能力的伤害大小和破胶液的残渣含量有关,残渣含量越高,对支撑裂缝导流能力的伤害也就越大。闭合压力越高,支撑裂缝导流能力伤害率也越高。对于致密砂岩油藏,减小滤饼形成和残渣的滞留是降低压裂液伤害的主要途径。     

致密薄互层水力压裂裂缝垂面扩展施工因素数值模拟

中国具有丰富的致密油气藏储量,必将成为中国接替的油气资源。致密油藏开发主要依靠水力压裂技术,对于致密薄互层,施工因素作为可控因素,对于现场施工具有重要意义。因此,本文研究针对鄂尔多斯盆地致密储层,低孔低渗、储层厚度薄等特点,以该地区L井F12地层为例,采用Abaqus有限元软件进行了模拟计算,研究了施工过程中的排量以及压裂液黏度对裂缝垂面扩展规律的影响,并且根据实际情况对模型进行验证,确定了模型和模拟方法的准确性。研究结果表明：压裂液的排量对于裂缝的扩展具有重大影响,排量越大,裂缝的扩展速度越快,裂缝的缝高和缝宽越大;压裂液黏度对裂缝的扩展行为影响微乎其微。并进一步分析发现,针对致密薄互层,仅仅只改变压裂液排量和黏度并不能将裂缝控制在储层内,采用变排量控缝高技术辅以其他控缝高手段能够更好地将裂缝控制在储层内,为现场压裂施工提供了基础。     

石炭系浅层低压砂岩油藏压裂方式优选

新疆油田J230区块石炭系油藏储层中部深度620 m,地层压力8.6 MPa,平均孔隙度7.26 %,渗透率分布在0.01~96.1 mD之间,平均渗透率1.14 mD,属典型浅层低压砂岩储层。近几年,该区先后进行了水平井多段压裂和体积压裂衰竭式开发试验,提高了油井初期产量,迫切需要对不同压裂方式的长期生产进行预测和评价。论文选取一个典型的裂缝单元,运用数值模拟方法,模拟相同支撑剂用量下常规多段压裂与体积压裂模式的油井生产规律,预测20年油井累计产量与采出程度。研究表明：一定支撑剂用量下,不同渗透率储层对应最优压裂方式,渗透率低于1 mD时体积压裂效果好,渗透率高于1 mD时普通多段压裂效果好；在相同的支撑剂用量下,体积压裂相对于普通多段压裂具有更高的初产优势,但随生产进行,体积压裂的优势逐渐减弱；对于体积压裂,缝网对储层的改造程度和改造面积是决定油井长期生产的主控因素,不同渗透率储层存在最优的裂缝簇数。新疆油田J230区块石炭系油藏建议以常规多段压裂为主,在极低渗透率区局部辅以体积压裂。论文对于西部石炭系浅层低压油藏压裂方式优选有重要的指导意义。     

低渗透油藏矢量井网设计与整体压裂优化研究

低渗透油藏渗流规律的研究表明，受储层非均质性及微裂缝的影响，注采井网的部署、整体压裂方案的优化对于改善低渗透油藏的开发效果和提高采收率有着重要的影响。提出了矢量井网的概念，阐述了矢量井网与储层非均质性的关系，研究了与矢量井网配套的压裂工艺，包括深井限流压裂、转向压裂、分步加砂压裂等。将矢量井网与整体压裂方案在胜利油田史深100块进行了现场实施。结果表明，矢量井网是实现低渗透油田高效开发的重要手段。     

低渗透油藏矢量井网设计与整体压裂优化研究

低渗透油藏渗流规律的研究表明,受储层非均质性及微裂缝的影响,注采井网的部署、整体压裂方案的优化对于改善低渗透油藏的开发效果和提高采收率有着重要的影响。提出了矢量井网的概念,阐述了矢量井网与储层非均质性的关系,研究了与矢量井网配套的压裂工艺,包括深井限流压裂、转向压裂、分步加砂压裂等。将矢量井网与整体压裂方案在胜利油田史深100块进行了现场实施。结果表明,矢量井网是实现低渗透油田高效开发的重要手段。     

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究

水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率,裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一.建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,通过分析求解模型可以得出:井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0°时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂;对比分析了现有裂缝延伸模型,得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟;分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响,计算结果表明,当隔层与产层的应力差大于5MPa时,裂缝被限制在产层内.     

基于物质平衡原理解释致密油藏体积压裂有效改造体积的新方法

致密油藏需要经过大规模体积压裂改造才能获得工业油流。本文在物质平衡原理的基础上综合考虑了体积压裂施工过程中大量压裂液注入导致油藏压力升高,压后流体产出导致油藏压力降低以及裂缝与基质孔隙体积随压力非线性变化等致密油藏实际情况,进行合理假设,建立了模型方程,并推导计算了体积压裂有效改造体积和裂缝与基质的有效接触面积等参数。该方法解释出的三个新参数：能够提供有效渗流的裂缝总体积、油藏有效渗流体积、裂缝有效渗流面积,其物理意义更明确,对致密储层的开发设计及增产改造指导意义更强。将该方法应用到油田现场,并评价了3口已实施体积压裂油井的应用效果。现场应用表明该方法具有评价解释快捷、获取数据方便、成本低、准确度高的优点,适合于油田现场多井次大规模推广应用。     

考虑非达西流的低渗透油藏水力压裂优化研究

建立充分考虑低渗透油藏渗流特征以及压裂井导流能力失效性的数学模型,并在原有黑油模拟器的基础上,实现该模型的数值求解。以井生产时所诱发的压力波为基础,基于渤海湾某低渗透油田实际数据,从极限波及区域的角度对水力压裂进行优化研究。结果表明:压裂后波及区域的增加是单井增产的主要原因;发生井间干扰时,干扰部位的极限波及区域形态可以比较直观地反映井网控制程度及剩余油分布情况;可以根据注水井和采油井在投产后压力波及系数变化开始减缓时的波及区域,确定压裂注采井的合理井距,当注采井连线与裂缝方向的夹角大于70°时,井组系统和裂缝系统的匹配性最优。     

页岩油水平井多段压裂裂缝高度扩展试验

针对吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层压裂垂向改造程度低的问题,基于真三轴水力压裂模拟试验研究CO₂与胍胶复合压裂相比于常规水基和超临界CO₂压裂缝高扩展的优势。创新性建立一套针对天然页岩的水平井多段压裂模拟试验方法,并通过试样剖分、CT扫描和声发射监测等方法综合确定多段压裂裂缝形态和破裂机制。结果表明低黏度滑溜水和超临界CO₂压裂缝高受限,且超临界CO₂压裂缝高受限更严重;高黏度胍胶向层理中滤失较弱,可提高裂缝垂向扩展程度,但开启的层理较少;CO₂-胍胶复合压裂时胍胶的隔离作用可有效降低CO₂的滤失,从而促使CO₂突破层理对裂缝高度的限制,同时CO₂的高压缩性在破裂瞬间释放大量弹性能,促使层理和天然裂缝发生剪切破裂,从而形成复杂裂缝网络;提高注入排量,破裂压力升高10.1%,剪切事件比例升高4.2%,CO₂-胍胶复合压裂形成的裂缝更复杂。进而提出并论证一种适合于层理性页岩储层的CO₂-胍胶复合压裂新方法,即先采用高黏度胍胶压裂液启缝,在近井区域突破层理,然后大排量注入CO₂进一步提高储层压裂改造体积。