页岩气水平井重复压裂关键技术进展及启示

由于页岩气水平井初始增产措施的种种不利因素，产量达不到预期，加之目前低迷的油价背景，页岩气水平井重复压裂技术越来越受到页岩气资源开发的关注。随着压裂技术的不断发展，许多页岩气区块已经成功实施了这一技术，以提高生产率，并增加页岩气井的最终采收率。综述了页岩气水平井重复压裂优化选井的程序，并讨论了关键工艺技术和监测分析技术，最后，结合目前不同技术的研究现状，对今后页岩气水平井重复压裂技术的研究方向进行了展望，提出了结合“大数据”技术选井、套损变形井柔性修复、基于损伤力学的裂缝监测以及新型材料的压裂液和支撑剂等技术攻关的建议。中国页岩气资源潜力巨大，加速形成适合中国页岩气水平井重复压裂配套技术，会对未来中国页岩气商业开发起到促进作用。     

基于压裂效果评价的页岩气井井距优化研究

针对页岩气藏最优井距很大程度上受限于压裂效果后评估的问题，开展了多段压裂水平井改造参数解释研究，并在此基础上开展井距优化。通过建立的渗流数学模型明确页岩气井生产时地层中存在的流态，形成基于线性流识别和特征线诊断技术的压裂参数解释方法，并对参数解释的不确定性进行了分析论证。之后通过定义百米地层累产气进行均匀压裂情况下井距优化。研究表明，地层进入边界控制流后能准确确定裂缝半长，且不影响气井的产能预测；井距的决定性因素是裂缝半长，二者之间的比例关系受SRV内外区相对物性和裂缝导流能力的影响，据此可指导现场井距优化及开发技术政策制定。     

径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究

为探究径向井排系统对裂缝的影响，明确水力裂缝的扩展规律，利用扩展有限元理论建立了流固耦合三维裂缝扩展模型，模拟了受径向井排引导的水力裂缝扩展过程。重点分析了3种影响因素（径向井排方位角、水平地应力差、径向井孔径）对水力裂缝的引导机理。首次提出了"引导因子"的概念，并将其作为有效评价径向井排引导效果的量化参数。研究发现，径向井方位角、水平地应力差、径向井井径会对水力裂缝的引导效果产生影响：较小的径向井方位角、水平地应力差以及较大的井径都使径向井排具有较强的引导能力和较好的引导效果，反之亦然。同时，较大井径对增加水力裂缝宽度有明显作用。最后，利用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验证实了数值模拟结果具有一定的准确性。     

基于热中子探测评价裂缝的示踪剂特性研究

针对裂缝热中子示踪探测方法,从中子双组扩散理论入手结合蒙特卡洛数值模拟方法,分析压裂前后地层热中子分布影响因素,并模拟不同类型示踪剂及含量的热中子裂缝响应规律,筛选最佳示踪剂并给出其在支撑剂中含量的上、下限。结果表明:压裂前后热中子计数变化量主要受裂缝宽度和标记支撑剂中示踪剂含量的影响;钆对裂缝宽度变化反应最灵敏,钆元素是作为标记支撑剂的最佳示踪元素;随支撑剂中Gd 2O 3含量的增加,热中子计数率降低,热中子计数变化量D增加;示踪剂中氧化钆的上、下限值随裂缝宽度呈指数降低,且当裂缝宽度为1.0 cm时,Gd 2O 3的质量分数上限为0.68%,下限为0.03%。     

多翼裂缝垂直井的瞬态压力分析

水力压裂形成的复杂裂缝网络破坏了单个线性裂缝的流动特性，给油井的动态预测带来了极大的挑战。为了研究多翼裂缝垂直井的瞬态压力特征，基于源函数理论和叠加原理将地层系统分为两个子系统，利用离散坐标法建立了瞬态压力分析的半解析模型。通过Laplace变换及Stehfest反演算法绘制了油藏中各流动阶段的识别曲线。在此基础上，通过改变裂缝数量、裂缝长度、裂缝角度、裂缝分布形式和裂缝导流能力等参数对复杂裂缝网络进行了敏感性分析。研究结果表明，多翼裂缝垂直井的地层流动共经历了4个阶段，其中，裂缝数量及长度对地层内地层线性流影响较大；裂缝分布形式对地层内双线性流及地层线性流影响较大且复杂；裂缝导流能力对地层内的双线性流动影响较为明显；裂缝断裂角度对地层内各流动阶段的动态压力特性影响均较小。     

低渗透油藏压裂定向井产能计算新公式

基于点源势函数,采用势叠加建立定向井和压裂定向井三维势函数,推导了各向异性油藏中压裂定向井的稳态产能新公式,通过简化得到了常规定向井产能解析解。与目前已有的压裂直井和定向井产能公式比较,验证了本文公式的合理性,并进行了三维压力分布和产能敏感性分析。结果表明:压裂定向井在近井区域的等压面为一个近似椭球体,近井筒和近裂缝面压力梯度较大;压裂定向井与常规定向井对比,压裂后产能增加,而且随着井斜角的增大,压裂定向井产能增幅大于常规定向井。     

鄂尔多斯盆地长7致密油水平井体积压裂开发效果评价及认识

鄂尔多斯盆地长7致密油水平井衰竭式开发产量递减变化规律可分为3个阶段:一是初期稳产阶段,主要受人工裂缝周围体积压裂未返排液补充能量的影响;二是递减较快阶段,由压裂未返排液能量补充向溶解气驱的转化过程;三是稳定递减阶段,主要受溶解气驱的控制,基本符合双曲递减规律。在这些基本规律认识的基础上,结合现场开发试验效果评价,确定合理的水平井体积压裂衰竭式开发关键技术参数:井距500~600 m,人工裂缝段间距90 m;排量10~12 m3/min,单段入地液量和加砂量分别约为1 100和100 m3;生产流压在初期稳产阶段略大于饱和压力,递减较快阶段略低于饱和压力,稳定递减阶段保持不低于饱和压力的2/3;致密油示范区水平井初期单井产量达到周围定向井的8~10倍;年累积产量达到同样面积直井的1.4~1.8倍,取得了较好的实施效果。     

水力喷射压裂中环空水力封隔全尺寸实验

多级水力喷射压裂技术依靠水力封隔实现层段间隔离。通过地面全尺寸实验,提出从环空压力变化的角度评估水力封隔效率。实验中对喷射速度、围压、喷嘴直径和射孔入口直径以及环空注液对水力封隔效率的影响进行测试。实验结果表明:射流速度和围压是影响环空压力降低的两个主要因素,环空压力降低的幅度与射流速度呈线性增长关系,与围压呈指数递减关系;水力封隔效率与射流动能和孔道入口直径的比值成正比,可通过增大喷嘴直径和减小孔道入口直径的方法提高水力封隔能力;环空注液降低水力封隔效率。     

水力喷射压裂新型喷嘴设计优化及性能评价

针对常用的锥型喷嘴在入口处能量损失大、寿命短问题,对传统喷嘴入口处的能量损失进行分析,建立喷嘴入口局部能量损失方程,提出一种入口带过渡段的新型喷嘴结构,利用数值模拟实验方法,结合3D-PIV测试技术对新型喷嘴流量系数及出口射流速度场进行测量。结果表明:新型喷嘴能有效降低入口能量损失;对于12.7 cm套管用喷嘴,过渡段倒角为45°、长度为2 mm的新型喷嘴性能最优;与传统喷嘴相比,新型喷嘴入口能量损失降低34%,剖面上下两端压差减少25%,流量系数提高8%,形成的射流轴线速度提高16%。