水力喷射布置方式对页岩水力压裂效果影响

针对水力喷射布置方式影响页岩气开采压裂效果,建立了页岩气水平井水力喷射预制裂缝二维模型,利用数值模拟方法,考虑水力压裂压强、气藏埋深影响,分析了水力喷射布置方式、喷射角度对页岩气藏应力分布特征,给出了喷射布置类型、喷射角度对水力压裂影响面积,确定了最佳水力喷射布置方式.结果表明:相同水力压裂压强和采深下,对斜型、直斜型、单斜型三种水力喷射布置方式中,对斜型压裂效果最佳,其次是直斜型,单斜型最差;对斜型、单斜型最佳喷射角度分别为75o、60o,而直斜型最佳喷射角度为60o和75o;水力压裂压强越接近地应力,压裂影响面积减小越快,水力喷射布置方式影响越不显著.     

页岩气开采的水污染问题及其综合治理技术

 页岩气作为一种清洁、低碳、高储量的非常规天然气能源,已成为全球油气资源勘探开发的新亮点。目前,页岩气最主要的开采方式是水力压裂技术,其开采过程需消耗大量淡水资源,并产生巨量高盐废液。如何经济高效处理页岩气废液和实现水循环利用对页岩气的长足发展和环境保护有着举足轻重的意义。本文从页岩气开采的技术原理出发,分析了开采过程中产生的废水成分特点,讨论了可用于废水处理的技术,包括重复使用法、机械蒸汽压缩法、膜蒸馏法、反渗透法、正渗透法、电絮凝技术、臭氧催化氧化技术等,并评估了各种水处理技术的优势与不足,表明了多种技术杂化综合的水处理系统将成为页岩气开采废水处理方案。     

预制裂缝角度对页岩水力压裂效果影响分析

水力压裂是页岩气储层增透开采核心技术,预制裂缝是提高水力压裂效果的主要手段.为了分析不同预制裂缝角度对水力压裂效果影响规律,建立页岩气水平井预制裂缝二维力学模型,考虑水力压裂压强、气藏埋深及侧压比因素,提出了最佳预制裂缝角度区间概念.以水力压裂有效影响面积为指标,确定了最佳预制裂缝角度区间.结果表明:水力压裂压强、侧压比、不同气藏深度下水力压裂有效影响面积均随预制裂缝角度而变化,且变化规律具有一致性.最佳预制裂缝角度区间为55°~65°,水力压裂效果最好;预制裂缝角度为90°时,水力压裂效果次之;预制裂缝角度40°、70°时,对压裂效果影响面积最小,水力压裂效果最差.随水力压裂压强增大,有效压裂影响面积增大,但压裂影响的增加幅度逐渐减小.     

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。     

一种高精度水力压裂电位监测系统的设计

水力压裂技术起源于石油和天然气的增产,现已发展成为页岩气开采过程中一种有效的方法。设计了一种高精度电位监测系统,对页岩气开采水力压裂过程中地表电位的变化进行动态监测。该系统由24位ADC LTC2400与内嵌CAN控制器的主控芯片STM32F105构成高精度数据采集单元,并用16位DAC进行自然电位补偿,实现了对压裂电位的高精度采集和可靠传输。系统设计完成后进行了多项室内测试及室外测试。测试结果表明,系统实现了高精度、小型化、低功耗设计和便携式应用。     

页岩气钻采技术现状及展望

作为发展迅速的非常规能源,页岩气已成为全球能源界的焦点。页岩气钻采技术不同于普通油气井。本文回顾了页岩气钻井发展过程,介绍了页岩气开发中的水平井技术。组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井、机械式组合完井是页岩气井完井的主要方式。页岩气开发的核心技术之一是压裂技术,主要包括水平井多级压裂、重复压裂、清水压裂、水力喷射压裂、同步压裂等。最后本文对页岩气的水平井钻井技术和压裂技术的发展方向进行了展望。     

页岩气储层水力压裂裂纹扩展数值模拟

针对页岩气储层的层状结构致使其水力压裂裂纹扩展不同于常规油气储层问题,采用粘结单元模拟实际的层状储层界面特性的数值模拟方法,建立页岩气储层水力压裂力学模型和反映岩体层状界面的破坏开裂准则,进行层状岩体水力压裂三维数值模拟.得到了储层应力场、孔隙压、裂纹面的损伤和张开度分布以及裂纹扩展的时空变化规律.     

页岩气压裂条件下断层滑移及其影响因素

威远-长宁页岩气示范区部分区块套管变形率超过40％,而水力压裂诱发断层滑移是导致套管变形的主要因素之一.明确水力裂缝诱导下断层的激活机制及滑移量,对页岩气压裂过程中预防套管变形具有重要意义,而目前尚缺乏水力压裂下断层滑移量的理论模型.基于此,根据断裂力学理论,分析水力裂缝激活断层产生滑移的作用机制,建立水力压裂下断层滑...     

页岩气选区评价方法与关键参数

页岩气是产自泥页岩等细粒沉积岩层中,并需要通过水平井钻探以及多段水力压裂技术才能商业开采的一类非常规天然气。在北美地区"页岩气革命"取得巨大成功的示范下,以及对页岩气资源量乐观评估结果的鼓舞下,国内近年来掀起了页岩气开发热潮。然而,北美地区页岩气取得的成功并非一蹴而就,经验之一是通过20世纪70年代以来即已实施的地质研究与工程技术研发计划,选择了一批页岩气资源禀赋高的页岩气区开展水平井钻探与多级水力加砂压裂。通过页岩气选区评价工作,按照页岩气评价参数标准,优选页岩气资源禀赋较高的有利区块以及具有商业开采价值的页岩气储层(即含气页岩)进行勘探,这是页岩气开采能否取得商业成功的关键一步。本文论述了页岩气选区评价的一些具体方法,对影响页岩气藏规模和产能大小的关键评价参数及其取值标准进行了探讨,并且对目前在页岩气评价认识上存在的一些问题进行了初步讨论。分析认为,有机质含量是评价页岩气资源禀赋高低的一个关键参数。北美地区主要页岩气开发区的含气页岩TOC质量分数均在2%以上。四川盆地南部龙马溪组底部伽马值最高的页岩气储层段的TOC质量分数一般在3%以上,为整个龙马溪组页岩层系中页岩气资源禀赋最高的层段,也是目前页岩气勘探的重要目的层段。埋藏浅、有机质高度富集的页岩以吸附气资源为主,而深层、高温高压条件下的页岩则以游离气资源占主导地位。页岩储层压力异常高有利于页岩气的保存与富集。在构造条件极为复杂、油气保存条件较差的中国南方地区开展海相页岩气勘探工作,不仅要面临钻完井工程技术上的巨大挑战,而且更要面临页岩气资源规模、水资源、地面管网设施以及开发经济性等诸多方面的挑战。     

基于微地震事件点的SRV拟合方法比较研究

针对噪声影响下基于微地震事件点的改造体积（SRV）计算不准确的问题,开展了微地震事件SRV拟合算法研究。采用三维水力压裂模型来模拟主裂缝扩展和压裂液由裂缝向基质扩散的过程,依据断裂准则和临界孔隙压力来判断所引发的微地震事件,进而得到水力压裂SRV。基于异常点概念,采用各算法拟合去异常点前、后的微地震事件点集,进而得到相应的SRV,并与水力压裂模拟求得的SRV对比。结果表明,异常点处理可以降低噪声对3种拟合算法计算SRV的影响;面元算法虽然较为保守,但微地震事件SRV与水力压裂SRV相差不大,且具有较好的稳定性和抗噪性;三维狄洛尼三角剖分和最小体积覆盖椭球两种算法所得的微地震事件拟合SRV虽然与水力压裂SRV误差相对较大,但这两种方法不仅从数学领域清楚地划分了微地震活动区域,且提供了更详细、更定量化的SRV几何结构。     

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     

页岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究

页岩气藏储层具有超低孔、超低渗的物性特征,通过体积压裂改造形成复杂人工裂缝网络,是实现页岩气有效开发的关键。试验采用大尺寸真三轴水力压裂模拟,研究水平地应力差、泵注排量,井筒数量等因素对页岩气储层压裂裂缝扩展规律的影响。通过观察压后页岩表面裂缝延伸路径,结合工业高能CT扫描确定页岩内部实际的水力裂缝形态。实验所选用页岩脆性中等,但层理特征明显,微裂隙发育,具有可压性。试验结果表明:水平应力差为3 MPa时,水力裂缝易转向,沟通近井天然裂缝或弱胶结层理面;随着水平应力差的增加,有利于横切缝的产生,沟通远处更多天然裂缝及层理;当水平应力差达到12 MPa时,仅能形成简单平面横切缝。另外,变排量压裂或双井筒同步压裂可以有效地增加裂缝密度,提高水力裂缝复杂程度;但在12 MPa的水平应力差下,双井筒同步压裂仍然仅生成2条简单的水平缝。     

中国页岩气藏压裂的关键科学问题

水力压裂技术的提高是保障页岩气高效环保开发的重要途径.本文概述了中美页岩气藏在工程地质、作业环境和技术需求方面的差异.分析表明,中国页岩气藏埋深普遍偏大、闭合压力高、地貌复杂、建井成本高以及水资源匮乏,与美国存在较大差异.针对这些特殊的压裂条件,提出了我国页岩气藏压裂亟待解决的4个关键前沿科学问题:(1)井工厂模式下页岩缝网非平面、非线性动态扩展机理;(2)复杂缝网扩展过程中支撑剂的空间运移和沉降机理;(3)热-流-固三场非线性耦合作用下的页岩气藏重复造缝机理;(4)无水压裂介质流变调控机制与造缝机理.针对各关键科学问题综述了其研究进展和发展方向,对研发原创性的页岩气压裂技术具有重要的理论指导意义.     

页岩气井体积压裂自支撑裂缝对开发效果的影响

为明确页岩气井体积压裂后不同类型水力裂缝对于开发效果的影响,将复杂缝网划分为有效支撑裂缝和自支撑裂缝开展研究,通过实验评价了受压条件下自支撑裂缝导流能力变化规律,根据页岩压裂微地震解释数据还原了裂缝形态并建立了分区渗流模型,在产量拟合基础上进一步分析了自支撑裂缝等效导流能力及其对开发效果的作用。结果表明:受压条件下自支撑裂缝仍存在一定的导流能力,能够为气体流动提供有效通道。基于24口页岩气压裂水平井产量拟合结果,得到压裂形成的有效支撑裂缝区等效导流能力为3～7μm~2·cm,自支撑裂缝区等效导流能力为0.8～1.2μm~2·cm,且两者存在一定程度的正相关性。页岩气井体积压裂形成的大量自支撑裂缝对于压后效果有积极贡献。     

低涌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,水力压裂为的裂缝闭合造成的结果,而且因裂缝发迹了渗流场造成;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     

四川盆地五峰-龙马溪组深层页岩气勘探开发进展及建议

四川盆地五峰-龙马溪组页岩气资源量主要集中在大于3 500 m埋深范围内,对其实施勘探开发具有重要意义。通过明确四川盆地深层页岩气藏的主要分布范围,在总结分析深层页岩气藏中关于应力与物性关系、脆性与岩石破裂模式、水平应力差与压裂改造效果等方面的特征基础上,深入剖析在对四川盆地五峰-龙马溪组深层页岩气实施勘探与开发过程中出现的关于勘探开发风险深度、钻完井以及压裂技术等相关问题。对此提出以下几个方面的建议:埋深4 500 m为目前深层页岩气藏的勘探风险深度;在钻完井方面,建议采用强抑制水基钻井液,加强地震解释,优化水平井钻井轨迹和方位,采用旋转导向钻井工具等;在水力压裂方面,建议改变射孔方式,采用拉链式同步压裂,使用多尺寸粒径支撑剂以充填多级裂缝,考虑使用液氮等环保型压裂介质,建立和优化多流体运移机制的试井数学模型等。     

非常规天然气储层超临界CO_2压裂技术基础研究进展

非常规天然气(致密气和页岩气)储层一般呈现低孔隙度、低渗透率、低孔喉半径等特征,气流阻力大,对于非常规天然气藏开发,主要采用压裂方式改造储层,提高单井产量和稳产有效期。水力压裂是实现商业开采的常用手段,但水力压裂针对非常规天然气储层存在水敏、储层污染等一系列问题。超临界二氧化碳(SC-CO_2)无水压裂可以避免上述问题,是一种潜在的经济有效的压裂新方法,并具有减排优势。针对非常规天然气储层SC-CO_2压裂技术进行跟踪调研,介绍非常规天然气储层压裂改造技术应用现状和非常规天然气储层SC-CO_2压裂改造基础研究进展,分析SC-CO_2压裂非常规天然气储层滤失特性、相态控制技术、SC-CO_2压裂液增黏方法和SC-CO_2压裂液携带支撑剂跟随性评价技术;提出SC-CO_2压裂设备及工艺流程。开展结合现场工艺的SC-CO_2压裂相态精确预测、研发不含氟、碳氢类聚合物的SC-CO_2压裂液增黏剂体系、优选低密度支撑剂和进行SC-CO_2压裂设备防腐、密封和流动保障技术攻关是非常规天然气储层SC-CO_2压裂技术最重要的发展方向。     

考虑表面扩散的页岩气藏多级压裂水平井数值模拟

考虑页岩气黏性流动、Knudsen扩散、吸附气表面扩散和解吸等渗流机理,建立了页岩气在基质孔隙中的渗流数学模型;并在此基础上建立了页岩气藏多级压裂水平井渗流数学模型,该模型包含由基质、水力诱导裂缝和水力裂缝组成的压裂改造区(SRV)和只含基质的未改造区(USRV)。采用嵌入式离散裂缝模型和拟牛顿迭代法求解,得到页岩气藏压力分布和页岩气累积产量,并分析了参数敏感性。在纳米级孔隙中,吸附气表面扩散是页岩气主要渗流机理;而且孔隙半径越小,吸附气表面扩散对页岩气累积产量影响越大。     

水力压裂技术与微地震监测技术研究进展

常规油气藏开发已进入中后期,增产稳产难度日益增大,非常规油气藏逐渐投入开发。为提高非常规油气藏单井产量,使其达到经济开发水平,水力压裂技术已成为非常规油气藏增产的主要措施之一,为评价压裂效果,微地震监测技术已广泛使用于水力压裂过程中的裂缝监测。本文通过对水力压裂技术与微地震裂缝监测技术进行调研,总结了水力压裂技术与微地震监测技术的发展现状,指出了不同微地震监测技术的优缺点,评价了微地震监测技术的发展方向。研究结果对于水力压裂过程中微地震监测技术的发展有一定的指导作用。     

页岩气压裂水平井生产数据分析方法

气井生产数据分析是评价气井动态储量、储层物性、水力裂缝等参数的有效方法,但在页岩气藏中,气体解吸、多段压裂、体积压裂区(SRV)的存在使得常规的评价模型不能满足现场需要。笔者在充分考虑了气体解吸、裂缝干扰、边界影响的基础上,利用Laplace变换和压力叠加原理求解压裂水平井的不稳定产能动态,并利用渐进分析给出新的无量纲物质平衡时间和产量,绘制页岩气压裂水平井Agarwal-Gardner型产量递减图版。图版可分为两大阶段：在不稳定递减阶段,页岩气的吸附特性会对发散的曲线产生显著影响;在拟稳态递减阶段,递减曲线归一,呈现Arps调和递减规律。矿场实例表明,通过拟合实际的生产数据,可以得到气藏有效泄流面积、天然裂缝渗透率及水力裂缝长度等参数,以此评价页岩气藏地质储量和水力压裂效果。