支撑剂在复杂缝网中的沉降运移规律研究

为研究体积压裂过程中支撑剂在复杂缝网中的沉降运移规律,以离散化缝网模型为基础,应用复杂缝网模拟实验装置对6种结构缝网进行支撑剂沉降运移规律实验。结果表明:距井筒较近的节点,主裂缝砂堤形态垂直高度上出现"突变"现象,而较远节点,未出现"突变"现象;不同结构缝网,支撑剂在主裂缝中运移距离大小依次为:"一"型结构缝网、"T"型结构缝网、"H"型结构缝网、"TF"型结构缝网、"双T"型结构缝网、"十"型结构缝网;距离井筒较近的次生裂缝中,砂堤形成过程是携砂液携砂作用和支撑剂重力共同作用的结果,而距离较远的次生裂缝中砂堤形成过程中支撑剂的自身重力起主要作用。     

复杂裂缝内支撑剂铺置规律及有效支撑面积

复杂裂缝内支撑剂的铺置规律比较复杂,目前大多数研究都是基于数值模拟方法,存在耗时费力的情况,为了实现支撑面积的快速预测,利用数值模拟方法,在研究注入速度、流体黏度、砂比、粒径及密度等因素对铺置效果影响的基础上,运用神经网络、实验数据,建立了裂缝内支撑剂有效支撑面积神经网络预测模型。结果表明：不同因素都有合理的取值范围,取值超过该范围都会导致铺置效果变差,各级裂缝随影响因素的变化规律不相同,且主次缝的支撑剂铺置是相互影响的,分支前主缝砂堤高度超过一定高度后,砂堤高度越高,次级缝的砂堤面积越小,主次缝最大砂堤面积不会同时出现;基于反向传播(back propagation, BP)神经网络的裂缝内有效支撑面积预测模型,模型预测结果与数值计算结果误差在3.42%～6.46%,该模型能够准确、快速的预测支撑剂在裂缝中运移后形成的砂堤面积。研究结果可以为非常规资源的压裂开发提供理论帮助。     

复杂裂缝中CO_2流体携砂规律的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)方法,建立了适用于模拟CO_2流体和支撑剂两相流动规律的固液两相流数学模型,并利用有限体积法进行求解,分析了泵注速度、砂比、支撑剂密度和粒径以及裂缝复杂程度对支撑剂在复杂裂缝中运移规律的影响。结果表明:支撑剂流入分支缝的方式主要包括主裂缝在分支缝缝口处形成砂堤后依靠重力作用滚入二级缝中,或是依靠携砂液的流速携带至分支缝内;泵注速度、支撑剂目数与平衡高度呈负相关,且泵注速度与平衡时间呈负相关、支撑剂目数与平衡时间呈正相关;砂比、支撑剂密度与平衡高度呈正相关,与平衡时间呈负相关;裂缝的级数越多,达到平衡所需要的时间越长,复杂裂缝中支撑剂在各分支缝节点处出现转向运移,且主要沉降在离主裂缝较近的二级缝中;由于三级缝较窄,进入三级缝深部的支撑剂量较少,且各分支缝中的砂堤高度小于主裂缝中的砂堤高度。     

页岩气储层水力压裂复杂裂缝导流能力实验研究

为研究页岩气储层水力压裂后复杂裂缝导流能力,运用FCES-100裂缝导流仪,选取页岩地面露头岩心,加工成符合实验要求尺寸岩心板,将页岩复杂裂缝简化为转向裂缝和分支裂缝两种形式,用陶粒和覆膜砂两种类型支撑剂进行导流能力实验测试。实验结果表明:裂缝形态对导流能力影响较大,裂缝转向后导流能力明显低于单一裂缝,低闭合压力条件下转向裂缝与单一裂缝导流能力相差35%~40%,随闭合应力增大,差距逐渐增大;低闭合压力下陶粒导流能力高于覆膜砂,而当闭合压力增大后覆膜砂的导流能力反超陶粒,低铺砂浓度下反超趋势更加明显;分支裂缝存在时,等量支撑剂多条分支裂缝的等效导流能力小于单一裂缝,高闭合压力下分支裂缝中不同分支铺砂浓度的差异越大,导流能力与单一裂缝越接近。     

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.     

滑溜水压裂支撑剂在水平井筒内沉降规律研究

为了研究支撑剂在水平井水平段内沉降规律,自主设计了实验装置及实验方法,分别研究了水平井直径、排量、砂比、压裂液黏度等参数对临界沉降速度和临界再悬浮速度的影响。实验结果表明:支撑剂的临界沉降速度和临界再悬浮速度随着砂比、水平井直径的增大而增大,随着压裂液黏度的增大而减小;临界速度受水平井筒直径、压裂液黏度影响较大,受砂比影响较小;在相同条件下,临界再悬浮速度比临界沉降速度大。基于实验数据,通过多元非线性拟合,建立了临界速度计算模型,该模型考虑了支撑剂、压裂液、水平井直径、砂比等影响因素,能较准确预测临界沉降速度和临界再悬浮速度。     

通道压裂支撑剂缝内分布规律研究

通道压裂是低渗透致密油气藏高效、低成本开发的关键技术,通过采用非连续簇团铺砂的方式,使裂缝中形成具有高导流能力的通道,但目前关于通道压裂的理论研究仍然处于起步阶段.因此,基于计算流体力学建立欧拉-欧拉固液两相流模型,对通道压裂过程中支撑剂的分布状态进行模拟,通过与实验结果进行对比,证明了所建立模型的有效性,并系统研究了不同中顶压裂液(纯压裂液脉冲段)黏度、支撑剂密度、泵注排量对通道压裂通道率的影响.结果表明,中顶压裂液的黏度从1 mPa·s增加到20 mPa·s,通道内平均通道率增加5%;支撑剂密度从1400 kg/m³增加到2000 kg/m³时,缝内通道率减小了7%;排量由3 m³/min增加到7 m³/min时,通道率由28%增加到33.5%后减小到31%.现场应用过程中应使用较高黏度中顶压裂液、较低密度支撑剂和合理的泵注排量以保证裂缝中形成有效支撑通道.     

粗糙裂缝内支撑剂运移铺置行为试验

为了定量预测粗糙裂缝内支撑剂覆盖率,开展不同工况下粗糙裂缝内支撑剂覆盖率的试验研究.基于自主设计的粗糙裂缝试验装置,通过控制变量方法进行不同壁面粗糙度、泵注排量、支撑剂质量分数、压裂液黏度等条件下的输砂试验,定性揭示不同施工参数对支撑剂在粗糙裂缝中输送的影响规律,并基于试验结果提出粗糙裂缝内支撑剂覆盖率计算模型.结果表...     

裂缝性储层压裂技术的研究与应用

裂缝性储层无需人工裂缝,能否沟通更多的储层区域和天然裂缝是保证油井压后产量和效率的关键。同时,还应有效控制压裂液向天然裂缝的滤失,以保障裂缝性储层水力压裂处在最适宜的水平。该文主要介绍了支撑剂优选,压裂液优化,施工工艺优化等这几方面的问题,通过对此三项问题的研究,并以辽河油田为例,结合现场施工实践,优化了施工参数,实现了较理想的效果,对裂缝性储层压裂工艺技术进行了详细分析。     

定向射孔体积压裂复杂裂缝扩展机理试验研究

基于线弹性岩石力学和定向射孔增产理论,提出了利用定向射孔诱导地层形成复杂体积裂缝的增产设计思路。通过大型真三轴水力压裂物理模拟实验对其压裂机理进行了研究,分析了射孔方位、水平地应力差、射孔深度等对破裂压力以及裂缝扩展形态的影响。结果表明:定向射孔方位角和水平地应力差对破裂压力的影响最为明显;并且控制着裂缝转向半径。随着射孔方位角的增大,破裂压力逐渐升高;随着射孔深度的增加,破裂压力逐渐降低;同时存在一个最佳射孔方位角范围,在此范围内可以诱导地层产生"S"型、"X"型等复杂裂缝形态。研究成果可为定向射孔压裂施工参数优选提供理论支撑。     

自聚剂控制支撑剂回流技术研究

针对水力压裂后支撑剂回流的问题提出一种基于降低支撑剂颗粒表面Zeta电位的支撑剂自聚处理技术,实现控制支撑剂回流。从自聚剂改性支撑剂的自聚性、再聚性及自洁性对其聚砂性进行评价,从支撑剂聚集体的流速敏感性和人工岩心的抗压强度验证改性支撑剂的自聚强度。结果表明:当流速为80 m L/min时,流动压差降低63.95%;80℃条件下制备的人工岩心抗压强度可达2.36 MPa;30 MPa的闭合压力下裂缝最大无砂流速增大96.51%;聚集体自身的抗压强度和再聚性可阻止粉砂运移,裂缝导流能力得到明显改善,平均提高96.48%。     

单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力实验研究

为了深入研究煤岩压裂裂缝导流能力,运用FCES-100裂缝导流仪测试了低铺砂浓度尤其是单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力,并考虑了嵌入作用、天然裂缝等因素的影响.实验结果表明:在较低闭合压力下单层铺砂能够支持煤岩裂缝,获得理想的导流能力;不同煤岩由于力学性质的不同,单层铺砂导流能力存在较为明显的差异,在高闭合压力下支撑剂嵌入对质软的煤岩裂缝导流能力伤害严重;时间和实验煤岩板上存在的天然裂缝对单层铺砂煤岩裂缝导流能力存在影响.     

页岩水化作用对支撑剂嵌入影响实验研究

页岩压裂改造过程中大量压裂液进入储层后滞留于孔隙或微裂隙中,滞留的流体与页岩发生复杂的物理-化学作用,会改变储层物性和力学性能,加剧压裂裂缝的支撑剂嵌入程度,从而影响压裂裂缝的导流能力。采用页岩自渗吸测试与支撑剂嵌入实验测试,明确了页岩自渗吸量变化特征以及吸水软化对支撑剂嵌入程度的影响。通过实验研究发现：页岩储层的自渗吸量与黏土矿物含量呈正相关,黏土矿物含量越高,单位体积页岩自渗吸量越大。滑溜水中的助排剂和防水锁剂能降低页岩与压裂液的表界面张力与毛细管力,导致页岩自渗吸量降低。页岩弹性模量越小,相同闭合应力条件支撑剂嵌入深度越大。页岩吸水导致弹性模量和强度降低,支撑剂嵌入深度大幅度提升。支撑剂嵌入深度与闭合压力线性相关,吸水后页岩的支撑剂嵌入深度与闭合应力关系的斜率大幅度提升。地应力对支撑剂嵌入的影响作用明显,围压增加,支撑剂嵌入深度大幅度降低,以期为页岩压裂效果评价和压后产能评估提供参考和理论支撑。     

高温高压碳酸盐岩地层酸蚀裂缝长期导流能力实验研究

酸蚀裂缝导流能力是评价酸化压裂效果的重要因素;而酸蚀裂缝在高闭合压力下闭合严重,导流能力很低,并且短期导流能力并不能代表生产时的导流能力,所以需要进行裂缝长期导流能力研究。结合托甫台奥陶系高温高压碳酸盐岩油藏的特征,运用高温高压酸化流动仪、FCES—100裂缝导流仪,进行了酸蚀裂缝、加砂水力裂缝、加砂酸蚀裂缝长期导流能力实验,考察了不同闭合压力下三种裂缝的长期导流能力的变化规律。实验所用酸液类型、酸岩接触时间、支撑剂尺寸和铺砂浓度都是通过前期实验优选得到,分别为稠化酸、60 min、40/70目陶粒及3.0 kg/m2。对实验数据进行分析对比,发现在高闭合压力下酸蚀加砂裂缝比酸蚀裂缝导流能力高,水力加砂裂缝比酸蚀加砂裂缝略高。     

压裂支撑剂球度与圆度测量分析

为了科学准确评价支撑剂的性能,采用理论分析和实验的方法,通过颗粒投影数字图像的面积和周长的求解过程,推导了压裂支撑剂球度与圆度的算法,揭示出它们的特征规律,为其分析技术的应用打下了基础,实验验证了压裂支撑剂球度与圆度的求解过程。研究结果表明,压裂支撑剂球度与圆度的测量与分析的算法能够成为颗粒图像识别分析系统的理论基础。研究结论突破了用传统手工和显微镜方法测量方法,为计算机图像分析技术的应用奠定了基础。     

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.     

煤层水力压裂裂缝导流能力实验评价

水力压裂技术是煤层气井增产的重要手段,而由于煤层气储层与常规石油天然气储层存在较大的差异,对煤层压裂裂缝导流能力的研究不能照搬常规石油天然气储层的研究结论,有必要开展煤层水力压裂裂缝导流能力的针对性研究。使用FCES—100裂缝导流仪,用从现场取出的煤块加工而成的煤板进行了裂缝导流能力实验研究。根据实验结果,研究了闭合压力、铺砂浓度、时间和天然裂缝对煤层裂缝导流能力的影响。研究认为:随着闭合压力的增加,煤层裂缝导流能力下降幅度达50%以上;高铺砂浓度下的导流能力明显高于单层铺砂浓度下的导流能力,提高铺砂浓度有利于形成高导流能力的裂缝;随着闭合压力作用时间的增加裂缝导流能力逐渐下降,降幅为20%—35%。煤层天然裂缝对导流能力有着直接的影响,这种影响在闭合压力较高的情况下表现的尤为明显。     

塔巴庙上古储层高角度裂缝测井识别及分布特征研究

利用双侧向电阻率和声波测井分析储层中高角度裂缝的测井响应特征,评价裂缝特征参数(裂缝宽度、裂缝孔隙度)的计算方法,并结合实际岩心观察和具体的测试资料,建立适合鄂尔多斯盆地塔巴庙地区上古储层的高角度裂缝测井响应参数场,在此基础上对研究区的高角度裂缝进行精确识别和定量预测,分析和评价了塔巴庙地区裂缝的发育特征和分布规律,认识到塔巴庙地区高角度裂缝在层位上的分布由下至上有变差的趋势,主要集中在山西组第二段和下石盒子组第一段.当计算裂缝宽度大于0.03 mm且裂缝孔隙度大于0.3%时,配合好的储层地质条件,一般都能获得工业产能.     

基于离散裂缝模型的复杂裂缝系统水平井动态分析

针对目前人工压裂裂缝存在倾斜、分支及不对称分布等情况,提出复杂裂缝系统下水平井渗流数值计算方法。首先对裂缝系统进行显式处理,分别建立基岩和复杂裂缝系统的数学模型,利用有限元方法对模型进行求解,并基于离散裂缝模型对裂缝系统进行显式降维处理,以减少数值计算量。与Odeh和Zerzar模型对比验证数值算法的正确性,并对复杂裂缝系统下的水平井进行计算。结果表明:压裂水平井除常见的4种流动形态(不包括外边界),早期还可能存在裂缝内的径向流动;定产量生产时早期裂缝内径向流动不再出现,且外部裂缝产量所占比例增大;水平井定井底流压生产时,裂缝分支增加了储层改造体积,能大幅度提高压裂水平井产量。