天然裂缝性储层压裂液滤失研究

裂缝性储层压裂液滤失对裂缝的几何尺寸、支撑剂的分布都有较大的影响。现有裂缝性储层压裂液滤失模型都对天然裂缝进行了简化处理,认为天然裂缝对基质均匀切割,这与实际不符,不能准确反映裂缝分布的非均质性对压裂液滤失的影响。基于储层裂缝统计资料,应用概率统计、随机理论、Monte–Carlo 等方法,建立储层二维离散裂缝网络模型,并借助等效渗透率张量原理将裂缝性介质转化为均质各向异性连续介质,建立了基于渗透率张量的裂缝性储层压裂液滤失数学模型。计算结果表明,天然裂缝分布及其与水力裂缝的位置关系的不同使得沿裂缝长度方向,滤失速度变化较大,若天然裂缝与水力裂缝连通,则压裂液滤失主要发生在连通处,文中模拟了天然裂缝和人工裂缝存在三处连通的情况,这三处的滤失量占裂缝总滤失量的45% 以上,建议对天然裂缝进行封堵。     

基于边界元法的压裂液返排数值模拟

为研究水力压裂后压裂液的返排问题并设计出科学合理的返排方案,采用边界元方法,建立压后返排数值模型,综合考虑裂缝变形过程与流体滤失及流动过程,构建流固耦合非线性方程组,并采用牛顿迭代法进行求解,以实现对返排全程的定量化控制.研究表明:裂缝延伸越深,裂缝宽度越窄,且随着返排进行,裂缝逐渐发生闭合;返排初期流体压力下降较快,返排后期降速减低,当井口压力降为大气压时,返排停止;在返排后期合理调整喷嘴尺寸可加快返排,会导致流量升高、流速加快,井口压降曲线斜率明显增大.可见本模型能准确刻画出压裂液回流过程中裂缝宽度的分布与变化过程,能准确反映流体压力、流量流速的变化规律,对非常规能源的生产开发具有一定的借鉴意义.     

水力压裂裂缝壁面上热流密度函数的推导

许多压裂的油气井都具有较高的地层温度 .为了获得最佳的压裂效果 ,在压裂设计计算时应该考虑裂缝中温度变化对压裂液流变特性和滤失速度等的影响 .因此 ,需要建立水力压裂裂缝中的温度场模型 ,用于计算施工过程中裂缝中压裂液的温度随时间和位置的变化 .根据热能平衡方程 ,建立起了滤失和非滤失裂缝缝面附近地层中温度的偏微分方程 ,然后借助于拉普拉斯变换和逆变换 ,获得了这两种情况下 ,裂缝壁面上的热流密度函数 .通过算例分析发现 ,裂缝壁面上的热流密度随注液时间的增加而减小 ;对于滤失性裂缝壁面 ,压裂液的综合滤失系数和地层的孔隙度越高 ,热流密度越低 .     

考虑动态滤失系数的压裂井裂缝闭合及返排优化

依据渗流力学理论,借助岩心滤失试验,引入动态滤失系数,建立致密气井压裂后强制裂缝闭合理论模型和动态滤失系数模型,对加砂压裂及压后关井过程中的压裂液滤失量、滤液侵入机制、近缝地层压力剖面进行动态分析。结果表明:动态滤失系数模型可更好地描述压裂液滤失的动态过程,前期滤失速率大,后期滤失速率变小并趋于定值;压裂液滤失由缝口至缝端逐渐降低,侵入伤害带主要集中在缝口处,侵入深度与储层的物性参数、压裂液流体参数及施工规模有关;气井中压降主要集中在原状地层区,返排的主要能量来源于压裂及关井过程中地层气体压缩产生的附加能量。     

压裂液滤失的二维数值模拟

结合油藏工程和数值模拟技术,根据压裂施工过程中滤失的压裂液在地层中二维流动和压裂液为非牛顿型流体的实际,建立了非牛顿型压裂液的二维动态滤失模型,用数值方法求解,并将计算结果与一维模型结果进行对比分析。计算表明:仅考虑压裂液垂直于裂缝壁面一维流动所计算的滤失速度会偏小,并且这种差值会因地层渗透性的增加而加大。二维方法由于考虑了压裂液的非牛顿特性和二维流动,其结果也比一维模型更符合现场实际,可以减少压裂施工的风险,提高压裂设计的可靠性。     

压裂液综合滤失系数的计算方法研究

准确认识和计算压裂液综合滤失系数,既是压裂施工设计中的一个关键问题,也是压后分析评估的一个核心内容。通过对压裂液综合滤失系数的四种计算方法,即理论计算方法、压后压力降落分析、瞬时关井压力梯度法和压裂过程压力反演方法综合分析后认为,理论计算方法得到的压裂液综合滤失系数往往小于实际情况,而且地层渗透率越低问题越严重,对此给出了理论计算方法计算的压裂液综合滤失系数的修正关系式,具有重要的借鉴和指导意义。关键词:压裂;压裂液;滤失;综合滤失系数;计算方法     

压裂液强制返排及支撑剂回流模型研究

如何科学合理选择放喷油嘴尺寸,同时准确预测裂缝闭合时间,是压裂液强制返排的核心.根据支撑剂运移和压裂液强制返排机理,同时考虑支撑剂受力、压裂液二维滤失、压裂液压缩性和井筒摩阻,并结合物质平衡原理、岩石力学和流体力学的相关理论,建立了裂缝闭合前后放喷油嘴尺寸选型的支撑剂运移及力学模型和裂缝强制闭合时间计算模型.采用建立的模型,不仅可使放喷油嘴尺寸定量化,同时在不需要冗长的压降数据情况下,就能确定裂缝强制闭合时间.经实例验证,本模型的计算结果稳定可靠,可用于实际分析.     

裂缝性油气藏压裂滤失系数的计算方法

压裂过程中的天然裂缝诊断、滤失系数的计算是裂缝性油气藏压裂的关键技术;数值方法由于部分参数不易获得或参数代表性差,而影响其精度和实用性.分析了裂缝性地层压裂液滤失机理,建立了天然裂缝开启的滤失计算模型,根据实际压裂井的小型压裂测试数据,对天然裂缝的开启前后滤失系数进行了求解,得到了依赖于压力的滤失系数.计算表明,此滤失计算方法更能够反应天然裂缝地层的滤失特点,对裂缝性地层的压裂设计具有指导意义.     

水力压裂裂缝壁面上热流密度函数的推导

许多压裂的油气井都具有较高的地层温度。为了获得最佳的压裂效果，在压裂设计计算时应该考虑裂缝中温度变化对压裂液流变特性和滤失速度等的影响。因此，需要建立水力压裂裂缝中的温度场模型，用于计算施工过程中裂缝中压裂液的温度随时间和位置的变化。根据热能平衡方程，建立起了滤失和非滤失裂缝缝面附近地层中温度的偏微分方程，然后借助于拉普拉斯变换和逆变换，获得了这两种情况下，裂缝壁面上的热流密度函数。通过算例分析发     

裂缝型碳酸盐岩气藏酸压滤失影响因素研究

酸压中,严重的酸液滤失是限制裂缝扩展和酸液作用距离的主要因素.针对天然裂缝发育的碳酸盐岩储层特征,综合考虑酸岩反应,裂缝表面溶蚀导致的缝宽变化,流体在天然裂缝地层的流动,建立了裂缝型碳酸盐岩气藏酸压滤失计算模型.结果显示:与不考虑酸岩反应相比,考虑酸岩反应后的酸液滤失量是非反应性液体滤失量的4倍;酸液由于酸扩大了天然裂缝,滤失速度随时间先增加后降低,而非反应性液体的滤失速度不断下降;主裂缝(宽度10μm)主导滤失,微裂缝(宽度5μm)对滤失贡献与主裂缝相比可以忽略.该模型解释了在天然裂缝地层酸液滤失的机理,提供了一种更准确计算滤失量的方法.     

裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟

酸压是碳酸盐岩储层重要的大型增产改造措施,酸压中,准确预测酸液作用距离对酸压设计至关重要,其决定酸压改造范围、影响酸压目标缝长设定及酸压效果预测。裂缝型碳酸盐岩储层非均质性极强,基质较致密,天然裂缝所在区域渗透率很高,酸液滤失严重。目前各种酸压模型假设裂缝面上渗透率均匀分布,也不能考虑天然裂缝对滤失的影响,这些模型预测的酸液作用距离较长,酸压设计缺乏可靠的模拟模型。针对该问题,本文进行了裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟研究,首先基于地质统计规律建立人工裂缝面上渗透率分布模型、天然裂缝分布模型,并基于地质统计参数生成裂缝面上渗透率及天然裂缝分布;然后建立酸液流动、酸液滤失、酸岩反应数学、粗糙酸蚀裂缝表面形成过程模拟模型;再将以上模型耦合求解,形成酸压模拟模型。基于该模型,进行了广泛的数值模拟研究,分析了天然裂缝参数对酸液作用距离、酸蚀裂缝表面的影响。研究发现,天然裂缝对活酸作用距离和酸蚀裂缝表面影响显著,考虑天然裂缝时,其作用距离显著低于常规模型预测的距离,酸蚀裂缝表面更粗糙;裂缝型储层酸压设计中,天然裂缝是不可忽略的因素,新模型预测的酸液作用更合理。该研究为裂缝型碳酸盐岩储层酸压设计提供了更可靠模拟工具。     

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.     

低/特低渗透油藏压裂水平井布缝模式研究

针对目前商业软件模拟低/特低渗透油藏非达西渗流特性的局限性,建立了考虑启动压力梯度、地层应力敏感性及裂缝长期导流能力的三维两相数值模拟模型;并以某低渗透油田的数据为基础,验证了模型的有效性;同时进行了压裂水平井布缝模式分析。压力波及区域及累积产量协同优化结果表明:压裂水平井布缝时应避免缝间干扰;在相同裂缝间距条件下,裂缝对称分布模式波及面积最大、产量最高;其次为裂缝交错分布模式和裂缝不对称分布模式。为了提高低/特低渗透油藏的采收率,应采取维持裂缝长期导流能力、注水补充能量等有效措施。     

水力喷砂射孔孔道裂缝起裂机理研究

与传统射孔工艺相比,水力喷砂射孔方法产生的地层孔具有孔径大、孔道长和孔数少特点。针对射孔孔道影 响压裂裂缝形态问题,开展孔道周围应力分布及起裂机理的研究工作。研究中采用三维有限元数值模拟结合室内实 验验证的方法,分别从布孔方式、射孔方位和水平井筒方位方面,揭示了水平井近井筒区域喷砂射孔孔道产生的3 种 裂缝形态。研究表明,压裂裂缝倾向于从射孔孔道根部位置起裂;水平井筒与最小水平主应力夹角小于30°,两层布孔 可在近井筒区域产生一条横向裂缝,螺旋布孔和对称布孔产生多条横向裂缝;纵向裂缝比横向裂缝更易于产生,形成 纵向裂缝与横向裂缝相结合的扭曲裂缝;水平井筒与最小水平主应力夹角大于80°,产生一条纵向裂缝,与喷砂射孔参 数无关。该研究可为水平井水力喷砂射孔及压裂合理施工提供理论指导。     

温度影响下动态裂缝几何尺寸的数值模拟

由Geertsma.Klerk.Perkins[1][2][3]等提出的几套二维动态裂缝几何尺寸的计算模型,都没有考虑温度的影响,这显然是不合理的。本文考虑到井底温度变化和地层原始温度的影响,首先建立了滤夫速度是温度、时间的函数的缝中液体温度场模型,然后建立了与温度相关的动态裂缝几何尺寸的两套数值计算模型,最后举例说明了上述模型的使用方法。本文提供的计算模型对生产实际有一定的实际意义,为计算机实时模拟动态裂缝的变化提供了有效途径。     

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。     

新疆油田七东1区克下组地应力特征及人工裂缝延伸方向*

新疆油田七东1区克下组在压裂施工过程中,通过微地震监测存在水平裂缝的可能。利用凯瑟尔实验测定该区块水平地应力大小及构造应力系数,建立了该区块组合弹簧模型的地应力计算模型,利用测井资料分析了七东1区地应力分布规律。分析结果表明:七东1区地应力状态存在明显的分界线,分界线大致为东北-西南走向;区块西北部最小水平主应力大于垂直主应力,处于逆断层应力状态;区块东南部最小水平主应力小于垂直主应力,处于正断层应力状态,中间存在走滑断层应力状态过渡带;因此压裂裂缝形态具有明显的区域性分布,即东南部为垂直裂缝,西北部压裂形成水平裂缝。分析结果与水力裂缝形态的分布规律一致。该地区存在水平裂缝的新认识,将对压裂工艺的改进及提高小层动用程度具有重大意义。     

考虑应力敏感和水力裂缝方位角的页岩产能模型

产能预测对页岩气的高效合理开发有着重要的作用，而目前国内外对于页岩气分段压裂水平井产能的研究没有同时考虑到天然裂缝应力敏感和水力裂缝形态及渗流特征对产能的影响。为此，根据双重介质渗流理论，综合考虑了页岩储层的吸附解吸、扩散运移、天然裂缝的应力敏感效应，建立了页岩储层渗流模型；同时考虑水力裂缝的有限导流能力、裂缝方位角等因素，利用点源函数方法将裂缝离散，之后叠加建立水力裂缝模型，最后将两种模型耦合得到页岩气藏压力水平井不稳定渗流模型和产能模型。根据已建立的页岩气压裂水平井产能模型，编程计算出产能特征曲线；通过对比模拟结果分析出，与实例类似的页岩气压裂水平井的最优水力裂缝导流能为15~18 D·cm，最优缝长分布方式为外高内低的U型，最优水力裂缝间距分布为等间距分布；模拟结果与页岩气井的现场数据的对比，也验证了该模型的准确性。该研究对页岩气开发有着重要的指导意义。     

碳酸盐岩缝洞型油藏可视化物理模型底水驱替研究

缝洞型碳酸盐岩油藏由于非均质严重,流体流动规律复杂。本文结合油藏实际地层条件,利用天然露头岩心设计并制作出可视化裂缝网络模型和裂缝溶洞模型。考察了不同底水压力梯度下各种模型见水特征。分析了不同模型中剩余油分布特征。实验结果表明:裂缝网络模型无水采油期短,油井见水后,含水率上升很快。与裂缝网络模型相比,裂缝溶洞模型的无水采油期较长。此外,两种模型中的剩余油也存在较大差别。裂缝网络模型中的剩余油以水平裂缝中未波及油为主,而裂缝溶洞模型剩余油则以阁楼油和绕流油为主。     

页岩油藏“密切割”体积改造产能影响因素分析

密切割"水平井体积改造是开发页岩油藏的有效手段，裂缝间距和井距是"密切割"水平井体积改造设计的关键环节。基于Comsol建立了离散裂缝网络数值模型，对"密切割"体积改造油藏进行仿真模拟，研究了裂缝间距、井距、裂缝复杂程度对增产效果的影响。结果表明，针对目标油藏，裂缝间距由30 m缩短至10 m，单井累计产量可提高到原来的1.63倍；布置加密井，将井距从400 m缩短至200 m，目标储层年产量可提高51.17%；生产初期，复杂缝单井比简单缝单井90 d累计产量高39.80%。鉴于人工裂缝呈现非均匀充填的特征，采用等效加密方法表征的裂缝无法反映这一特点，研究了远端无支撑裂缝对改造效果的影响，发现远端无支撑裂缝对单井年产量的影响可达4.38%。"密切割"水力压裂矿场试验显示，采用细分切割的方法缩小裂缝间距，能够有效地提高油井产能，单井年产油可提高79.70%。