低渗透油田水力压裂垂直缝增产效果数值模拟评价

用三维三相全组份油藏数值模拟器对低渗透油田有水力压裂垂直缝井的自然能量衰竭式开采过程进行了预测 ,并与不压裂的自然能量衰竭式开采过程进行了比较 .结果表明 ,考察水力压裂垂直缝增产效果应从两个方面进行 ,即 :1 .瞬时地考察井的产量 ;2 .动态地考察生产过程 .水力压裂垂直缝在前期提高了井的产量 ,随着时间的进行 ,其效果逐渐减弱 ,最后消失 .这不仅仅是传统上认为的裂缝闭合造成的结果 ,而是因裂缝改变了渗流场造成的 ;水力压裂垂直缝提高了开采速度 ,但对采收率的影响微乎其微 ,利用物质平衡方法对其进行了分析 .水力压裂是改善低渗透油田生产效果的一种有效方法     

特低-超低渗透油藏分段压裂水平井开采参数优化研究及应用

通过建立水平井分段压裂物理模拟实验进行衰竭式开采、不同注采方式及不同驱替压差的实验研究.结果表明:相同时间内,压裂水平井半缝长为150 m时压力递减快、流速最大,随着裂缝长度增加,压力加快降低;增大压裂规模,水平井衰竭式开采速度加快.在相同驱替压差下,压裂水平井作为采油井时压力梯度高,在此基础上优化水平井开采参数,分析裂缝方位、裂缝形态、裂缝条数、裂缝间距、裂缝导流能力、水平段长度、射孔位置等对水平井开发效果的影响规律,水平段与裂缝近似垂直时开发效果最佳,最佳井网为七点法直井注水平井采井网,适当降低中间裂缝的长度和中间注水井的注水量可以起到稳油控水的作用,间断型纺锤形布缝时补充能量效果最好,优化后的参数与生产实际较好的吻合,优化结果可靠,对特低渗透储层分段压裂水平井开发具有重要的理论和矿场实际意义.     

煤层气井真三轴压裂实验

 为进一步认识煤层气井压裂裂缝起裂和扩展机制,利用真三轴大尺寸水力压裂实验系统,采用取自矿区原煤煤块制作的试样,通过真三轴压裂实验,研究了不同围压组合条件下煤层压裂裂缝的起裂和扩展特征.研究表明:地应力状态和煤层中发育的天然裂隙对压裂裂缝的起裂和扩展有着直接影响.小规模天然裂隙的存在使得裂缝扩展压力出现频繁小幅波动,压裂裂缝在扩展过程中多见路径转向,压裂过程中煤层天然裂隙的大量开启造成压裂液大量滤失直接损耗压裂时的水力载荷,不利于压裂形成高导流能力的水力裂缝.当三向主应力差较小时,煤层压裂产生的裂缝宏观形态更为复杂,可能会同时产生垂直缝和水平缝.     

缝槽形态对水力压裂效果的影响

为研究资源开采中缝槽形态对水力压裂起裂及裂缝扩展规律的影响,解决因地质资源埋藏深、地下储层结构和应力水平复杂、水力压裂开采过程中所造成的钻孔压裂起裂压力大、起裂方位无序、压裂效果差异较大等问题,建立圆孔和椭圆缝槽的二维水力压裂钻孔模型,利用RFPA-Flow^2D数值模拟软件,理论分析并结合数值模拟,对圆孔和椭圆2个缝槽形态的起裂机理和裂缝的扩展规律进行研究。结果表明：压裂裂缝的扩展延伸方向与施加的应力组合中的最大主应力方向平行,且当施加的应力组合差值不断减小时,裂缝的起裂压力随之逐渐增大;最大主应力平行于椭圆缝槽长轴时相较垂直于椭圆长轴时,裂缝更容易起裂;当应力差减小至零时,对比椭圆缝槽,圆孔缝槽的裂纹扩展出现了随机分叉的现象;在应力组合相同的条件下,椭圆缝槽相比圆孔缝槽的起裂压力更小,椭圆缝槽更容易起裂。     

基于流-固耦合的压裂裂缝形态影响因素分析

压裂裂缝形态易受储层物性、地应力、施工参数及压裂液黏度的影响.基于多孔介质流-固耦合的基本方程,根据损伤力学基本理论,利用cohesive黏结单元模拟压裂过程中裂缝起裂、扩展造成的损伤,以此建立水力压裂垂直裂缝扩展的三维有限元模型.模型可以对垂直缝扩展进行动态模拟,定量描述压裂过程中裂缝长度、高度、宽度.通过模拟发现:①储隔层弹性模量差值较小、施工排量过大、储隔层最小水平主应力差值较小均可能造成泥岩穿层,裂缝长度急剧下降,严重影响压裂效率;②渗透率对裂缝长度的影响最大,高弹性模量、低渗透的储层容易造长缝,但是高弹性模量、高渗透或高滤失的储层裂缝长度较短;③弹性模量对裂缝宽度的影响最大.     

基于裂缝干涉模型的非常规油气井压裂优化设计软件的开发与应用

基于复合断裂力学解析方法和能量平衡原理,考虑非常规油气储层岩石高脆性和低渗透性特点,研究水平井分段压裂诱导裂缝间应力相互干扰条件下裂缝扩展的力学机制和缝内变密度支撑剂运移规律。根据水力压裂裂缝扩展的拟三维模型和考虑缝内流体沿缝长、缝高二维流动的全三维模型,分别考虑水平井单井缝网压裂和双井同步压裂形成网状裂缝状态,建立考虑缝间应力干扰的诱导网状裂缝体积压裂优化设计模型,采用Visual Studio 2012开发平台,研制设计软件3D-UGMulti-Fracture。根据断裂力学和渗流力学原理研究水力压裂过程中不同密度支撑剂在网状裂缝内的运移过程。利用微地震技术对同步压裂井实施裂缝监测,检测结果与软件计算结果具有很好的一致性。按照压裂工艺设计要求,优化排液量和砂比等参数,增加裂缝有效支撑长度,提高裂缝导流能力。     

水力压裂的几个新进展

综述了水力压裂机理的最新研究成果和缝端脱砂压裂的原理及其应用．压裂机理是水力压裂的重要组成部分,包括裂缝起裂和裂缝延伸机制．不同注入排量和不同完井方式下直井、斜井和水平井的裂缝起裂机制不尽相同,取决于时间效应,规模效应和应力状态,而流体滞后,端部膨胀,过程区和连续伤害机理则从不同方面考虑了裂缝延伸的一些重要影响因素．八十年代提出的缝端脱砂压裂则拓宽了常规水力压裂的应用范围．在介绍缝端脱砂压裂原理和设计方法的基础上,说明了缝端脱砂压裂在解堵、增产和油藏管理上的应用,重点阐述了缝端脱砂压裂和砾石充填相结合,用于高渗透或疏松地层的防砂．     

裂缝变缝宽形态对压裂井长期产能的影响

基于流体扩散理论和势叠加原理,采用半解析方法研究盒形封闭边界下垂直裂缝压裂井的油藏渗流和裂缝流动过程并建立相应数学模型,对压裂井的不稳定产能进行预测,并对裂缝非均匀流入剖面进行模拟。结果表明:生产初期,流入量集中于近井筒附近的裂缝,进入拟稳态阶段后流入量集中于裂缝趾部;裂缝沿缝长变窄的形态在生产初期不影响产能,由于流体流入裂缝的位置向裂缝趾部集中,裂缝趾部越窄,产量越低;拟稳态阶段时,等缝宽与变缝宽裂缝间的累积产量差距加大,产量差距主要集中于裂缝后1/3区域,该区域贡献了裂缝约一半的累积产量。加宽裂缝趾部缝宽能提高和保持压裂井在拟稳态阶段的产量,对压裂井的稳产、高产具有意义。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

 斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

大斜度井水压裂缝起裂研究

应用多孔弹性理论，导出了斜井井壁周围的应力表达式，并提出了新的斜井水力压裂裂缝起裂判据，它不但考虑了垂井裂缝产生的机理，而且还考虑了水平缝产生的机理，新的斜井水力压裂起裂判据比以往的斜井水力压裂裂缝起裂判据更具合理性．     

宁209X1立体开发平台水力压裂复杂裂缝井间干扰机理

四川盆地长宁区块页岩气储层已经进入立体开发阶段,在龙马溪组主力产层采用“W”形的上下两套水平井进行立体开发,井距由最初的500 m减小到300 m。随着井距的减小和立体开发井位的部署,井间裂缝产生干扰时常发生,甚至造成井间压窜,致使邻井产能下降。为探究立体布井水力压裂复杂裂缝井间干扰机理,基于地质工程一体化思路,建立了宁209X1立体布井平台的综合地质构造及地质力学模型、天然裂缝的离散裂缝网络模型以及立体井组水力压裂复杂裂缝扩展数值模型,模拟了该平台4口井的压裂裂缝形态,并对井间压裂裂缝干扰机理进行分析。结果表明：该平台水力压裂裂缝在横向上难以对邻井产生干扰,且缝高方向扩展受控;少数压裂段各簇裂缝出现了非均匀起裂扩展现象,部分压裂段出现非对称扩展现象;在当前条件下,天然裂缝带是决定是否产生井间干扰的关键性因素。研究结果可为裂缝性页岩气立体开发平台压裂施工参数优化提供理论支撑。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

菱形联合井网整体压裂电模拟实验研究

目前国内大部分油田已处于开发后期,地层能量不断衰竭,了解地层流体的渗流规律、对现有开发井网进行改造,能有效提高地层能量和区块产量。根据现有直井井网的布井方法,考虑水平井压裂的特点,优化设计了菱形联合压裂井网,并运用电模拟的方法,模拟不同井网和裂缝参数对水平井整体压裂井网的渗流规律及产能的影响。结果表明,改进后的菱形联合井网注水压力波及范围扩大,注水效率提高,能明显提高单井产量;裂缝长度增加有利于注水效率的提高,但裂缝过长会造成水驱前缘突进的现象,不利于油井的生产;裂缝方位对注水效率的影响随裂缝长度的增大而增大,且裂缝方位为垂直时注水效果最好。研究成果对水平井菱形联合井网整体压裂设计具有一定指导意义。     

大斜度井水压裂缝起裂研究

应用多孔弹性理论，导出了斜井井壁周围的应力表达式，并提出了新的斜井水力压裂裂缝起裂判据。它不但考虑了垂井裂缝井裂缝产生的机理，而且还考虑了水平缝产生的机理，新的斜井水力压裂起裂判据比以往的斜井水力压裂裂判据更具合理性。     

群井致裂控制水溶盐矿开采分析及数值模拟

建立了群井致裂控制水溶开采的耦合数学模型,并对上述模型进行了数值模拟。结果表明,由于岩盐溶解的影响,岩盐水力压裂裂缝为距注水井口距离和压裂时间的函数,随裂缝的扩展及裂缝宽度的变化,裂缝中压力在逐步降低并向缝尖转移;由于注、出水井处溶液浓度及岩盐溶解速度的不同,随开采时间的延续,溶腔形状由裂缝形的扁平盘状、过渡为倒盆状、最后逐渐变为一锥形状,该形状有利于保持岩盐溶腔的稳定。理论分析和数值模拟结果表明,群井致裂控制水溶盐矿开采是一项可行的开采技术方法。     

体积压裂缝网渗流特征与注水开发适配性研究

鄂尔多斯盆地致密油储层体积压裂改造后,单井产能较常规压裂有了大幅度的提高,但由于地层压力系数小, 仅靠天然能量开发效果并不理想,因此,探索体积压裂井的注水补充能量方式有重要意义。基于体积压裂复杂缝网形 态的特点,建立了缝网数值模拟模型,对直井体积压裂缝网渗流特征进行了分析;以体积压裂矩形井网为例,研究了注 采形式下体积压裂井的增产机理,并结合井网对缝网适配性进行了探索。研究结果表明,缝网系统增加了储层垂向动 用程度,提高了主裂缝壁面方向的水驱波及体积,改善了注采井间的水驱动用效果。由于缝网系统存在“最短渗流距 离”,体积压裂井见水后含水上升较快。通过长庆某典型致密油储层直井体积压裂实例分析,对后期可行的井网形式 进行了优化设计和论证。     

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.     

微破裂向量扫描在L606-6井压裂微震监测中的应用

为评估压裂效果及地面监测质量,进行了L606-6井地面微震监测应用研究.监测过程严格执行了安静处布台和有效去噪等应用VS的必要条件,最大限度地提高了信噪比,获得了微震释放能量的平均最小信噪比为3.6％.研究结果表明,微地震时间间歇性和空间随机跳跃性明显,开始破裂需要的积累能量的时间较短,以后逐渐延长;缝网形成过程中每个重要时段的微震群发生的地域和范围仅是整个最后裂缝带中的局部,包括稍远处被诱发的震群,直到形成最后缝网;除几个构成缝网主要形状的特征时段外,多数微震活动的重要时段显示了这些微震在加密缝网,或者"填空";此地域的最大主压应力的方向很可能在水平方向,且在NE30°和NE90°之间.这是一次较典型的水力压裂及其微震监测.借鉴L606-6井地面监测结果,对该块在L606-6井附近的三口井进行了压裂,并进行了井中微地震监测,四口井的裂缝走向和尺度基本一致,某种程度上验证了地面监测结果的可靠性.     

基于扩展有限元的水平井改进拉链式压裂数值模拟

为了研究水平井改进拉链式压裂的裂缝扩展规律,根据水力压裂流-固耦合理论,采用扩展有限元方法分析改进拉链式压裂过程中簇间距、地应力等因素对各条裂缝扩展形态和缝间诱导应力场的影响。结果表明:裂缝间距越大,簇间应力干扰作用越小,但对每条裂缝的影响程度不同;较大的裂缝间距能够保证压裂后形成的各条裂缝具有相似的形态,且压裂缝的长度更长并能从射孔处向两侧均匀延伸,从而实现储层的均衡开发;地应力差越大,各条裂缝的扩展越均匀,减少了裂缝发生偏转的可能,并能在一定程度上降低邻井裂缝发生沟通的风险。     

青海油田乌101区块整体压裂数值模拟研究

水力压裂是低渗透油藏增产改造的主要措施。针对青海油田乌101区块低渗透油藏的地质特点,对压裂井的压裂效果和难点进行了分析;对给定的五点井网进行了整体压裂优化研究,研究了不同裂缝长度和导流能力对压裂井产能的影响,在此基础上采用正交设计方法进行了整体压裂综合研究。结果表明:对于五点井网,井距一定,压裂效果并不是缝长比和导流能力越大越好,而是存在一个合适的范围,并通过正交分析,得到了最优的裂缝参数。