水平井压裂楔形缝内支撑剂输运特征数值模拟

为使研究结果更符合真实储层中支撑剂运移铺置情况,考虑水平井压裂注入特征和压裂裂缝实际形态特征,突破矩形窄缝数值模型的限制,基于计算流体力学方法建立了工程尺度单孔眼楔形裂缝模型。利用支撑剂输运数值模拟分析了支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液黏度、施工排量和砂比对支撑剂在楔形裂缝中沉降运移的影响。根据数值模拟结果,以在楔形缝内形成具有充分高度和长度且不会带来砂堵风险的砂堤为目标,建议现场压裂施工排量在2.5 m³/min以上,携砂液黏度小于20 mPa·s,砂比控制在10%～20%,并采用粒径为70/140目的支撑剂进行支撑剂充填作业。与常规矩形长板裂缝模型的支撑剂输运模拟结果相比,楔形裂缝模拟中砂堤形态存在明显差异,为现场压裂施工参数提供新的参考。     

高速通道压裂过程中支撑剂运移规律研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新技术.为了研究高速通道压裂过程中支撑剂运移规律，基于CFD-DEM方法，建立高速通道压裂三维模型，首先对纤维柱的有无、纤维柱的排列方式和纤维柱尺寸对高速通道形成的影响，并进一步研究压裂液黏度、支撑剂密度对支撑剂运移规律的影响.结果表明：随着纤维加入压裂液中，支撑剂颗粒流速出现差异性变化；由并行排列变为交错排列，支撑颗粒的流速由快变慢，流速较快的颗粒出现在裂缝底部的数目减少；采取纤维柱交错排列方式且纤维柱半径较小，有利于快速形成支撑柱，获得较高的裂缝导流能力；随着压裂液黏度的增大，纤维吸附颗粒数目在不断减少；当压裂液密度为1000 kg/m³时，支撑柱颗粒数目随支撑剂密度的增大而缩减少，而压裂液密度增大为2000 kg/m³时，支撑柱颗粒数目则呈现增大趋势.研究成果丰富了高速通道压裂技术的研究.     

通道压裂支撑剂运移规律试验

基于通道压裂的特点,设计具有粗糙裂缝壁面、不同角度分支缝组合并考虑地层滤失、缝宽可变的大型支撑剂运移模拟装置。利用大型支撑剂运移模拟装置分别对直缝和直缝与分支缝组合两种情况下施工排量、支撑剂粒径、压裂液黏度、纤维比例等因素对支撑剂铺置的影响进行试验研究。结果表明:压裂液黏度显著影响支撑剂团块在裂缝长度方向上的分布;纤维比例的增加能够增加团块的数量,团块中支撑剂的含量和纤维与支撑剂的比例有关;适当增大排量有利于通道之间的相互连通;支撑剂质量浓度对支撑剂团块在裂缝高度方向上的分布影响较大;随着支撑剂粒径的增加其与纤维结合形成团块的能力越差;分支缝通道率明显低于主缝,结合分支缝的分流作用影响,其对试验变量的敏感性要低于主缝;随着分支缝角度的增加,纤维越容易在裂缝入口处滞留堵塞,堵塞分支缝入口。     

垂直裂缝内液体二氧化碳携砂规律研究

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明：液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。     

页岩复杂裂缝支撑剂分流机制

针对页岩水力压裂复杂裂缝支撑剂分流问题,研发复杂裂缝支撑剂分流运移评价试验系统并进行支撑剂分流规律研究。结果表明:支撑剂在压裂裂缝中存在悬浮运移和滑移滚动,其中支撑裂缝前缘主要以滑移滚动为主;次级裂缝角度、注入排量、加砂质量浓度、压裂液黏度、次级裂缝与主裂缝流量比等对分支后主次裂缝的支撑长度、支撑高度和支撑形态具有重要影响;分支后主裂缝支撑剂分流体积比与次级裂缝角度、注入排量、加砂质量浓度、主次裂缝宽度比成正比,与次级裂缝与主裂缝流量比、压裂液黏度成反比,影响因素由强至弱排序分别为主次裂缝宽度比、注入排量、压裂液黏度、加砂质量浓度、次级裂缝角度和次级裂缝与主裂缝流量比;分支后次级裂缝支撑剂分流体积比与次级裂缝角度、加砂质量浓度、主次裂缝宽度比、次级裂缝与主裂缝流量比成反比,与注入排量、压裂液黏度成正比。     

垂直裂缝内液体二氧化碳携砂性能的数值模拟

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明:液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。     

通道压裂裂缝导流能力影响因素研究

为了研究高速通道压裂裂缝内的支撑规律及裂缝导流能力,利用FCES-100导流仪对砂岩岩板进行室内导流能力测试。对比通道压裂铺砂与连续铺砂裂缝导游能力的差异,分析了纤维浓度、铺砂方式和支撑剂类型对通道压裂裂缝导流能力的影响。实验结果表明:低闭合压力下,通道压裂裂缝比连续铺砂裂缝导流能力大,随着闭合压力增加,通道压裂裂缝导流能力下降速度更快;纤维缠绕支撑剂形成网状结构,增加支撑剂团的稳定性,压裂液中最佳纤维质量分数为0.5%;支撑剂团的面积变化系数越大,通道压裂裂缝导流能力越低;支撑剂团块总面积大有利于增大通道压裂裂缝承压能力,但总面积过大裂缝导流能力反而会降低;对比通道压裂中3种支撑剂,覆膜砂的效果最好,其次是陶粒,石英砂效果最差。     

通道压裂支撑剂团块形成过程及影响因素

通道压裂中支撑剂与纤维团块的分布决定了裂缝的支撑与通道的形态,明确团块的形成过程和机理是研究通道压裂的关键,采用考虑了裂缝壁面粗糙和滤失的大型复杂裂缝颗粒运移铺置模拟装置进行实验,分析了团块的形成过程及特点,研究了施工排量、纤维比例、压裂液黏度和分支缝对于团块形成过程的影响.实验证明:第一个纤维脉冲形成的纤维团的位置和...     

常压页岩气压裂技术现状及高效压裂技术对策

针对常压页岩气经济开发面临的压裂改造效果差、多簇均衡扩展控制及配套暂堵机制认识不清、低成本高效压裂技术体系尚未形成等问题，基于常压页岩气储层特征及压裂技术现状开展常压页岩气低成本高效压裂技术对策的研究。研究认为低成本、密切割、多级暂堵、高强度连续加砂及提高有效改造体积是常压页岩气高效压裂需持续优化的重要方向；优化压裂费用构成及采用新工艺、新方法是降本增效的有效途径，其中多级固井滑套压裂技术很可能是有效途径之一；簇间距对压裂效果影响较大，推荐范围为5～10 m；提高暂堵球数量、暂堵次数及采取中前期投球暂堵可提高缝口暂堵效果；应力差越高所需要的缝内暂堵次数越多；天然裂缝密度>0.5条/m时，施工中期加入暂堵剂，天然裂缝密度<0.5条/m时，施工前期加入暂堵剂对提高缝内暂堵效果有利；采用粒径小于40/70目的暂堵剂，用黏度大于12 mPa·s的压裂液在12 m³/min及以上的排量以小于0.1的体积分数进行投放可以增强缝内暂堵效果；采用140/200目(10%)+70/140目(30%)+40/70目(60%)的石英砂组合及7%的综合砂液比既能保证导流能力需...     

清洁压裂液在奈曼油田的应用

清洁压裂液是一种表面活性剂凝胶压裂液,基本配方为1.8%十二烷基三甲基溴化铵CTAB+0.7%水杨酸钠NaSal,在70℃下以145.8 s-1率剪切1 h,黏度大于110 mPa*s.破胶后黏度小于5 mPa*s,残渣为0 mg/L,对导流能力的伤害率小于5%.现场试验1口井,压裂后平均日产液14.75 t,日产油7.01 t,见到了明显的压裂效果.     

一种延迟交联的抗高温加重胍胶压裂液的研究

深井储层埋藏深、岩性致密,破裂压力和裂缝延伸压力高,导致压裂施工压力高、难度大,常规压裂液密度低,无法保证施工安全和措施效果。为此,合成了一种有机硼交联剂YGB 1,通过交联时间的测定对交联比和调节剂用量进行优化;并对稠化剂、加重剂和其他添加剂进行了优选,形成了密度为1.35 g/cm³、延迟交联时间在3～17 min内可调、适用于160 ℃储层的加重胍胶压裂液配方。通过耐温耐剪切实验、悬砂实验、降阻实验和破乳实验对压裂液的各项性能进行了测定,结果表明,该加重胍胶压裂液各项性能优异,在160 ℃、170 s^-1下剪切2 h后黏度仍保持在150 mPa·s以上;当混砂比为25%时,使用20～40目的陶粒在90 ℃条件下测试悬砂实验,悬浮0.5 h后,陶粒无沉降;测试管路为6 mm,当排量为3.5 m³/h时,加重压裂液的降阻率为61%;破胶液表面张力为24.8 mN/m,残渣含量为398.2 mg/L;破胶液防膨率为91%。     

注液速率及压裂液黏度对煤层水力裂缝形态的影响

注液速率及压裂液黏度是煤层气井压裂设计中两个重要的可控参数,其不仅影响水力裂缝起裂压力及压裂施工压力,而且控制水力裂缝形态。采用鄂尔多斯盆地东南缘大宁-吉县地区天然煤岩,基于试验室物理模拟试验研究注液速率及压裂液黏度对水力裂缝形态及施工压力的影响。结果表明:注液速率及压裂液黏度较小时,主裂缝与分支缝连通形成沿最大水平主应力方向的复杂裂缝网络系统;随着注液速率及压裂液黏度的增加,水力裂缝复杂程度降低,形成平直单裂缝。提高注液速率或压裂液黏度会增大施工压力。对注液速率及压裂液黏度进行合理控制,可先在井筒附近生成平直裂缝,后在远离井筒处生成复杂裂缝网络,有利于增大煤层气单井排采体积。     

压裂液对油页岩裂缝扩展影响的数值模拟

压裂液在油页岩水力压裂裂缝扩展过程中扮演着重要的角色,因此获得压裂液对油页岩水力压裂裂缝扩展的影响规律对油页岩水力压裂技术的发展有着巨大的推动作用。文章选取羟丙基胍胶稠化剂配制成了不同含量的压裂液基液,并测量了其粘度。然后,基于XFEM裂缝扩展分析方法和压裂液对油页岩裂缝扩展的影响模型,采用Abaqus数值模拟软件,对吉林省汪清地区的油页岩进行了不同粘度和不同排量压裂液条件下的裂缝扩展仿真模拟。分析模拟结果发现,水力压裂裂缝在油页岩中扩展时,压裂液排量是影响裂缝扩展的主要因素,而压裂液粘度对油页岩裂缝扩展的影响很小;随着压裂液排量的增加,裂缝的长度和宽度迅速增大,其扩展速率亦随排量增加而增大;到水力压裂后期,裂缝长度和宽度逐渐趋于常值,即压裂液对裂缝扩展的影响逐渐变小。     

页岩气低伤害超临界CO2凝胶压裂液研究

针对常规水压裂液会对页岩造成伤害，容易产生水锁，不易返排，还造成水资源消耗和污染环境等问题，制备了低伤害二氧化碳凝胶压裂液。将自备的F2EU和F4EU增稠剂加入到超临界CO₂基液中，探究两种增稠剂的加入量对CO₂凝胶压裂液黏度的影响，综合考虑成本与效果，优选了2%的F4EU增稠剂，可将CO₂的黏度增至15.4 mPa·s。研究了温度、压力以及剪切速率对凝胶压裂液黏度的影响。实验结果表明，随着温度升高黏度总体降低，但中间出现一个短暂升高阶段；随着压力上升压裂液黏度增加；随着剪切速率的增加压裂液黏度下降，属于一种典型的剪切变稀的假塑性流体。F4EU超临界CO₂凝胶压裂液的平均伤害率为1.39%，远远小于常规压裂液对岩芯的伤害率。实验表明，F4EU超临界CO₂凝胶压裂液在页岩气压裂开采中具有良好的应用前景。     

陆相页岩油储层水力压裂裂缝形态的试验

水力压裂技术是在页岩油气藏中建立人工裂缝网络的一种重要方法,但由于各储层地质条件的差异性以及页岩具有的强非均质性,使得水力压裂裂缝形态十分复杂.为了了解长7陆相页岩油储层页岩水力压裂裂缝网络的形成机理,将室内真三轴水力压裂试验与基于计算机断层扫描的3D可视化模型相结合,初步探讨了水平应力差异系数、压裂液黏度和天然不连续面对岩样水力压裂裂缝形态的影响.结果 表明:页岩水力压裂裂缝形态按照复杂程度可以分为三类,即单一裂缝,鱼骨状裂缝和网状裂缝;低水平应力差异系数和低黏度压裂液有利于形成复杂的裂缝网络,较为合理的条件为水平应力差异系数为0 ～0.53,且压裂液黏度为0～17.1 mPa·s,在此条件下易形成鱼骨状裂缝或网状裂缝;此外,平行于层理面的天然不连续面有利于形成复杂裂缝网络,但是过多的天然不连续面开启是不利于主水力裂缝的形成和扩展.     

玛湖致密砾岩油藏注烃类气混相驱油藏数值模拟

玛湖凹陷地区衰竭式开发直井初产高、递减快,常规注水开发不适应,通过注烃类气转换开发方式,可以大幅提高采收率。利用细管法测定注气试验区最小混相压力为41.71 MPa,玛湖地区目前地层压力条件下普遍可以实现混相驱;根据玛湖地区储层特征及地质力学参数,同时将天然裂缝及人工描述参与模拟,优化裂缝展布形态,建立了三维压裂缝网模型;基于压后缝网模型开展布井方式、注气速度及气驱油藏动用规律研究。结果表明,水力压裂平均缝网长轴173.90 m,最长846.90 m,短轴6.44 m;采油井部署井轨迹距顶2/3厚位置,气体波及范围更大;以维持混相为目标优化注气量,设计前10 a水平井单井日注气5.5×10⁴ m³,后10 a日注气4.0×10⁴ m³,试验区采收率可达22.5%;注入烃类会优先沿着采油井压后长压裂缝驱替,优先动用该区域原油,造成注气波及范围不均匀;随着烃类气体的注入,沿驱替前沿原油黏度大幅降低,同时,由于注入烃类气体与原油发生混相,通过蒸发气驱作用,注气5 a后采油井SRV范围内剩余原油黏度明显增大。此研究可以有效指导玛湖注烃类气体提高采收率试验现场开发技术政策制定。     

金坛盐穴储气库上限压力提高试验

为了精确获取造腔层段最小主应力以确定盐穴储气库上限压力，确保气腔安全稳定运行且最大限度地发挥盐穴储气库的功能。在金坛储气库进行小型水力压裂地应力测试，测量5个层段的最小主应力，选取注采B井套管鞋处最小主应力22.5 MPa的80%，即18 MPa作为理论上限压力。上限压力的确定需进行数值模拟，研究表明，注采B井在上限压力18 MPa下满足气腔稳定性和密闭性的要求。根据注采站压缩机技术参数和安全考虑，金坛盐穴储气库确定了上限压力提高0.5 MPa的方案，且提压过程中利用实时微地震技术监测腔体及围岩的稳定性。经过现场提压试验，注采B井上限压力达到17.5 MPa，库容从3 481.06×10⁴ m³增加到3 590.39×10⁴ m³，工作气量从2 137.02×10⁴ m³增加到2 246.15×10⁴ m³，增加了5.11%。研究认为：虽然盐穴储气库行业普遍采用最小主应力的80%~85%的经验值作为盐穴储气库上限运行压力，但采取的上限压力需要进行数值模拟。通过理论模拟研究和现场试验，金坛盐穴储气库上限压力可以从当前的17.0 MPa提高到17.5 MPa。     

高尚堡油田裂缝高度影响参数分析及控制技术

 针对高尚堡油田沙河街组在薄互层的压裂过程中,裂缝极易穿透产层窜通水层的问题,利用多因素正交表对该区块裂缝高度影响因素进行权重分析。结果表明,该区域裂缝高度影响参数按强弱排序为:地应力差、施工规模、施工排量、压裂液黏度。为了防止窜通水层,在施工中采用线性胶和冻胶交替泵注、变排量、段塞式加砂技术改变地应力的方式进行裂缝高度控制。压后通过净压力拟合、返排液矿化度分析,显示裂缝高度得到较好控制,未能沟通水层。     

新型通道压裂支撑剂铺置试验

为了解决常规高速通道压裂技术存在的加砂及泵注程序复杂、纤维要求高等问题,提出支撑剂在裂缝中实现不连续充填的新方法,应用可视化裂缝模拟装置开展新型支撑剂铺置的室内试验,同时运用标准API裂缝导流能力测试仪分析新型铺置方式下的裂缝导流能力。结果表明:新型支撑剂铺置方式可实现不连续充填,且形成的充填层导流能力在低压(5 MPa)及高压(60 MPa)下均有优于常规支撑剂连续铺置时的表现;一定范围内增大溶解性支撑剂比例和粒径可以形成更高的通道率;影响新型不连续充填层导流能力的因素主要有通道收缩、支撑剂间的压实和支撑剂破碎,当闭合压力较低时,通道的收缩及支撑剂间的压实起主导作用,当闭合压力较高时,支撑剂破碎起主导作用。     

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。