气井重复压裂前应力场分析

重复压裂是针对初次压裂作用失效,或具备提高油气产量潜力的井进行再次压裂改造的工艺措施。研究重复压裂造缝机理及裂缝转向机理可以提高重复压裂的成功率和大幅度提高油气井产量。四川盆地川西地区作为重要的天然气生产基地,目前有相当多的压裂井失去了增产功能,需要重复压裂提高气井产能。为此,基于应力场分布理论,以川西地区某井为例,结合气井地质特征,采用有限元分析方法建立模型对井筒周围应力场、初次人工裂缝产生的诱导应力场以及生产过程中孔隙压力改变产生的诱导应力场进行仿真。结果表明:(1)诱导应力集中位于裂缝尖端,离裂缝越远诱导应力越低;(2)不考虑流固耦合情况下,孔隙压力增大,应力转向距离减小;(3)井眼周围应力场转向范围随着原地应力差的增大而减小;(4)生产压差越大越容易产生地应力转向;(5)缝宽越大、裂缝越长越容易发生地应力转向。本模型可快速模拟井筒及裂缝周围应力场转向范围,确定重复压裂是否产生新裂缝和重复压裂的最佳时机,对优化压裂施工设计、提高重复压裂成功率具有十分重要的作用。     

裂缝型致密砂岩油藏缝网压裂技术试验

缝网压裂技术是非常规油气藏改造的关键技术之一。泾河油田属于裂缝型致密砂岩油藏,为了实现水平井的高效开发,提高油藏的最终采收率,分析了缝网压裂工艺在该油田裂缝型致密砂岩油藏中的适用条件,认为储层天然裂缝发育,脆性特征指数在38.4%~42.4%,水平应力差异系数小,净压力大于水平最大、最小主应力之差,满足实现缝网压裂的必要条件。在此基础上,优化了压裂液、支撑剂及施工参数,并在JH69P25井进行了试验,净压力分析表明压后形成了复杂的缝网系统,日产油2.55 t,取得了较好的改造效果。     

高应力差裂缝储层缝网压裂技术可行性研究及应用

柴达木盆地内多个油田储层具有主应力差值大、天然裂缝发育等特点。针对上述储层,文章提出了高应力差裂缝储层缝网压裂的可行性研究。采用应力分析方法,研究了天然裂缝的起裂条件,同时建立了天然裂缝张性起裂和剪切起裂的数学模型。通过模型计算和单因素分析方法,给出了主应力差、缝内净压力对天然裂缝剪切破起裂影响规律:水力裂缝遇到天然裂缝时,提高缝内净压力可以促使更广泛角度的天然裂缝开启;随着最大、最小应力差增加,使天然裂缝发生剪切破坏所需要的缝内净压力降低。根据上述结论,在某高应力差裂缝发育储层,采取多级脉冲暂堵提高缝内净压力的工艺措施。施工结果和压降曲线G函数分析显示,压裂施工过程出现了多裂缝开启的现象,验证了高应力差裂缝储层进行缝网压裂的可行性。     

绒囊暂堵转向压裂裂缝转向能力及其力学机理分析

现场已用绒囊转向剂实施造缝转向,其转向力学机理尚未研究。室内利用7枚?25 mm致密砂岩天然岩心人工造缝模拟压裂后初始裂缝,选择其中3枚注入绒囊转向剂实施封堵,利用三轴试验机测量7枚岩心径向应力-应变曲线,计算绒囊转向剂封堵后岩心水平应力差值5.33MPa,相对未封堵岩心水平应力差值8.57 MPa下降37.81%。绒囊转向剂封堵后岩心脆性系数0.45降至0.16,下降64.44%。实验表明,利用绒囊转向剂封堵裂缝可提高岩石整体强度,降低岩石水平应力差,为重复压裂后新缝转向提供力学环境。室内以300 mm×300 mm×300 mm大尺寸岩心模拟地层,在真三轴压裂模拟系统中利用胍胶压裂形成初始裂缝后,注入绒囊转向剂实施暂堵,再注入胍胶模拟二次压裂。测试二次压裂破裂压力相对初次压裂升高约10 MPa,剖开岩心定性观察暂堵后二次压裂岩心中新缝与初始裂缝方向差异明显,未封堵岩心中新缝与初始裂缝方向重合。研究认为,绒囊转向剂通过提高含裂缝岩石破裂压力,降低地层水平应力差值,增大新缝起裂角度,促使裂缝转向。     

大庆外围油田裂缝转向重复压裂技术

外围三低油田经过多年开发,单井及油田产量逐年递减,初次压裂失效后单井及油田产能的恢复必须通过重复压裂才能得以保证.随着同井同层重复压裂次数增多,常规复压技术增油效果和有效期大幅度下降,油井储量动用程度差.这是由于常规同井同层重复压裂只能张开老裂缝,可以部分恢复老缝导流能力,但受老缝壁面的压实作用和井网条件限制,即使规模增大,增产效果也不理想.为此,针对外围油田压裂形成垂直裂缝的特点,研究应用了裂缝转向重复压裂新工艺,形成了以重复压裂裂缝转向机理、储层地应力场变化规律、转向裂缝参数设计优化、转向裂缝监测识别及裂缝转向重复压裂施工工艺为核心的配套工艺技术.通过实施可实现压开一条与原缝方向不同的水力裂缝,增加了新的泄油面积,提高了外围重复压裂井效果.     

浅层裂缝性致密油藏缝网压裂技术

缝网压裂技术在基质渗透率极低、天然裂缝发育的致密油藏开发中有独到优势。利用数理分析方法研究了缝网压裂工艺的适用条件,认为储层天然裂缝发育和净压力大于水平最大、最小主应力之差是实施缝网压裂的必要条件。优化了压裂液、支撑剂、施工参数,并在J-10井进行了试验。净压力拟合结果表明,压裂后形成了裂缝网络系统,试验井日产油2t,取得了较好的改造效果。     

低渗透油气田重复压裂诱导应力场模拟研究

重复压裂井中新裂缝重定向的主要影响因素有人工裂缝、孔隙压力变化、地层温度变化。应用弹性力学、孔隙弹性理论以及热弹性理论建立三者相应的诱导应力场数学模型,并用ANSYS软件进行诱导应力的计算。结果表明：诱导应力在最大水平主应力方向和最小水平主应力方向的改变量不同,在最大水平主应力方向上应力变化值高于最小水平主应力方向上的变化值;如果诱导应力差大于初始水平应力差,则初始最大水平应力方向将变为目前最小水平应力方向,重复压裂新裂缝将垂直于初始裂缝方向起裂。     

水平井压裂裂缝起裂及延伸规律模拟实验研究

应用水平井多级压裂技术对油气储层进行体积压裂缝网改造,已经广泛应用于非常规油气资源开采中,但较少研究水平井井筒走向与地应力方位的关系对压裂裂缝起裂及延伸的影响,以及主应力差对裂缝复杂程度的影响等问题研究。根据现场水平井压裂施工要求,通过物模压裂实验模拟了低孔低渗砂泥岩地层水平井在裸眼完井与套管射孔完井2种完井方式下,主应力差为10MPa和4MPa,水平井井筒方位角分别为0、30、45、60、90°时的裂缝起裂和延伸规律。结果表明：主应力差对裂缝起裂影响很大,应力差越小起裂压力越高,裂缝起裂和延伸越复杂;裂缝沿井筒轴向起裂,在井筒两端裂缝最终转向垂直于最小水平主应力方向延伸;水平段井筒沿最小水平主应力方向时,压裂能够形成横断缝。该研究对理解不同方位角的水平井压裂裂缝的起裂及裂缝延伸规律具有重要意义。     

河南油田地应力场变化趋势研究

初次人工裂缝和孔隙压力的变化产生的诱导应力将改变油气藏中的应力分布状况，当这种变化超过地层中的初始应力差时，即产生应力反转，水平最小主应力方向可能转变为水平最大主应力方向，那么重复压裂时，裂缝可自然转向，生成不同于原裂缝方向的新裂缝，而大幅度提高压裂增产置。针对长期开发的河南油田稀油油藏，应用断裂力学理论，通过建立流固耦合数学模型，预测研究了一次裂缝存在及长期生产对地应力变化的影响，为河南稀油油田重复压裂技术方案优化选择提供了重要依据。     

页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展规律模拟

暂堵转向压裂技术是提高非常规油气产能的重要方法之一,在非常规油气藏储层改造中已经得到了广泛应用。为进一步认识威远地区页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展特征,文中通过真三轴大物模实验研究了暂堵转向压裂压力响应与岩样破裂形态,验证了暂堵产生复杂缝网结构的可行性,明确了在不同应力差条件下的暂堵后裂缝起裂规律;同时采用ABAQUS软件黏结单元模拟裂缝的起裂与扩展,研究了不同水平应力差、不同偏转角下暂堵转向压裂裂缝扩展规律。研究结果表明：水平应力差对初次裂缝与暂堵转向裂缝的开启与扩展均具有显著的影响,水平应力差越小时,一次和二次压裂时岩样的破裂压力就越大,岩样越不容易被压碎。裂缝扩展阻力的不断增加,提升了缝内净压力与裂缝宽度;相交缝二次扩展后开启的新裂缝与一次压裂夹角越小,新裂缝扩展效果越好。该研究对威远地区现场压裂和缝网形态预测具有一定的理论指导和借鉴意义。     

暂堵压裂造多缝工艺技术在姬塬油田的研究与应用

姬塬油田属超低渗储层,随着开发时间的延长、采出程度的增大、剖面矛盾的加剧,油藏含水上升速度加快。低产低效井和高含水井已是制约姬塬油田剩余油挖潜的主要因素。近年来通过酸化、水力压裂、补孔改层等重复改造措施,恢复油井产能,其中常规水力压裂改造工艺占比最大。但常规水力压裂改造措施含水上升风险大,不能有效控制缝长、造多缝,因此不能有效挖潜剩余油。本文,首先从裂缝转向机理及姬塬油田油藏地应力适应性分析出发,得出可实现裂缝转向形成复杂缝网的方法;其次分析姬塬油田暂堵工艺不同模式的适应性及裂缝扩展特征;最后现场试验表明暂堵压裂重复造多缝技术能有效抑制含水的上升,提高单井产能,对姬塬油田剩余油有效的开采具有重大意义。     

页岩储层压裂应力阴影效应对缝网形成的影响

为深化认识页岩水平井多段压裂过程中的缝间应力阴影效应,提高缝网形成效率,基于离散元法建立复杂裂缝扩展模型,开展了多裂缝延伸数值模拟研究。重点分析了缝间干扰的影响因素,包括水平应力差、杨氏模量、缝间距、净压力和裂缝形成顺序,以及单条水平井交替压裂过程中水力裂缝与天然裂缝的相互作用行为。数值模拟结果表明：①水平井多段顺序压裂不易形成近间距裂缝,由于应力阴影效应,后继裂缝将偏离水平最大主应力方向,无法改造远井筒区域;②储层杨氏模量决定应力阴影作用距离,而净压力决定着裂缝周围产生的“应力阴影”效应的强度,高杨氏模量,低水平应力差地层,施工净压力越大,发生干扰的缝间距越大;③通过优化水力裂缝形成顺序,利用多裂缝应力干扰,可使得当前改造区域内水平地应力差显著地降低,有利于后继水力裂缝开启天然裂缝系统,从而提高缝网复杂性。研究结果可为页岩储层缝网压裂设计优化提供理论依据。     

重复压裂气井热—固耦合应力场拟三维模型

初次人工裂缝周围的应力场变化是影响重复压裂气井裂缝转向的关键因素。为研究人工裂缝和低温液体热—固耦合作用下应力场的变化情况,采用位移不连续法(DDM)与热源函数理论,考虑远场地应力作用、缝内压力非均匀分布及热效应,建立了重复压裂气井热—固耦合拟三维模型并得到其半解析解,可用于重复压裂气井的裂缝扩展模拟,计算结果明确了压裂液注入后裂缝周围应力场的分布及参数的影响情况。模拟计算表明,垂直裂缝面方向最小水平主应力增加值与增加范围均大于最大水平主应力,使应力转向区主要分布在裂缝壁面附近,有利于应力场发生转向,但同时该区域的破裂压力也相应增加。压裂液的注入在裂缝周围产生了很小的张性应力,对新裂缝的起裂与转向帮助不大,应力重定向的关键影响因素是缝内净压力。因此,封堵初次裂缝尖端不仅能阻止新裂缝沿原裂缝方向延伸还能提高缝内净压力,为重复压裂气井的定向射孔及缝内暂堵技术提供了理论依据。     

姬塬油田H117区块长8油藏重复压裂技术研究与应用

重复压裂技术在造缝机理、选井评层原则、工艺设计等方面均取得了重大进展,并获得良好的矿场效果。文章考虑裂缝诱导应力场、生产诱导应力场,根据应力叠加原理模拟确定姬塬油田H117区块长8储层重复压裂仍然以延伸原有水力裂缝为主(小角度转向)。采用油水两相渗流数值模拟结合数理统计方法确定该区长8油藏重复压裂技术界限为:地层压力>19MPa、Sw<50%、Ke>0.5×10-3μm2。基于要求的裂缝参数和储层特征参数优选重复压裂施工工艺参数,推荐压裂施工排量3～4m3/min;基于地应力分布特征和储层厚度进行裂缝模拟,推荐加砂量50～60m(310m厚度)和50～70m(320m厚度)。现场应用效果良好,为实现该区增产稳产和提高采收率具有重要的指导作用。     

多缝压裂新技术研究与试验

受到注采井网和压裂工艺双重限制,单纯增加缝长来提高超低渗透油藏产量效果已不明显,为此提出了定向射孔多缝压裂技术思路,通过定向射孔诱导定向起裂,迫使初始裂缝转向,最终形成相互独立的多缝,进一步提高油层横向动用程度,扩大泄油面积。通过物模研究,认识到射孔方位和水平应力差是影响多缝形成的关键因素,在此认识上,优化了压裂工艺。华庆地区现场试验2口井,通过净压力拟合和微地震裂缝监测等手段分析,初步证实层内形成了独立多缝。投产初期,试验井相比邻井井均日增油0.91t(增幅约26%),实践证明通过多缝压裂提高泄油面积可以达到增产的目的。     

页岩储层的改进拉链式压裂裂缝间距优化

针对改进拉链式压裂优化设计的要求,在假设岩石为均质、各向同性材料的基础上,建立诱导应力计算模型,得出近井地带最大诱导应力差计算公式及最佳裂缝间距表达式,确定了中间裂缝最佳起裂位置,并建立多裂缝缝间诱导应力差计算模型。研究表明:随着泊松比的增加,诱导应力差最大值减小,缝间最佳间距增大;随着缝内压力的增加,诱导应力差最大值增大,缝间最佳间距不变;裂缝高度增加,诱导应力差最大值不变,缝间最佳间距增加;当裂缝间距增加时,近井地带诱导应力差先增大后减小,井间裂缝交汇处的诱导应力差逐渐减小,诱导应力差值分布趋于均匀化。进行压裂设计时,在满足裂缝转向条件的前提下,可根据实际情况适当扩大缝间距离,增加远场裂缝网络的复杂性,提高改造体积。     

水平井缝网压裂裂缝间距的优化

为了让致密油气藏分段压裂时形成的水力裂缝和天然裂缝相沟通,形成复杂缝网,提高水力压裂增产效果,采用数值模拟方法研究了水平井缝网压裂的缝间距优化问题。建立了均质、各向同性储层内二维水力裂缝的诱导应力差模型;根据裂缝转向机理,推导出了缝间最大诱导应力公式,确定了最优间距。结合现场数据,计算了泊松比为0.2~0.5、缝间距为40~90 m时的缝间诱导应力。计算结果表明:地层的泊松比越小,裂缝的诱导应力差越大,诱导应力的传播距离越远;随着与裂缝距离的增加,诱导应力差呈现先增大后减小的趋势;当2条裂缝之间的距离为最优间距时,缝间的诱导应力差最大。研究表明,优化裂缝之间的缝间距,可以使裂缝之间的诱导应力差达到最大值,形成复杂的裂缝网格,提高油气与井筒之间的连通性。研究结果为低渗透油气藏缝网压裂时的裂缝优化设计提供了参考。      

多级暂堵转向重复压裂技术探索及在河南油田的应用

重复压裂改造是维持老井产能的一种重要手段,但随着重复压裂次数增多,增油效果和有效期大幅度下降。暂堵转向重复压裂可以在老缝中实现新的裂缝,沟通更大的泄油面积,从而提高油井产量。结合河南油田重复压裂改造实际需要,根据裂缝转向机理物模实验,认识了转向裂缝的造缝延伸机理。实验结果表明,重复压裂裂缝以沿老缝延伸为主,实现老缝强制转向的地应力差界限为8 MPa。现场试验效果表明,评选出的高强度、低伤害裂缝转向剂,成功实现了裂缝的多级转向,应用效果较好。     

致密油藏长缝压裂直井基质-裂缝耦合流动模型

致密油藏长缝压裂压力动态和产量变化规律目前尚未明确,开发方案设计缺少理论模型指导。针对长缝压裂基质-裂缝复合流动问题,建立了考虑储层启动压力梯度、裂缝内高速非达西渗流影响的长缝压裂直井基质-裂缝复合流动模型,并运用Laplace变换、点源函数、Stehest数值反演等方法进行求解,明确了致密油藏长缝压裂井压力响应特征和影响因素。研究结果表明,无因次压力及压力导数随启动压力梯度的增加而增大,但启动压力梯度对无因次压力及压力导数的前期影响较小,后期影响较大;非达西渗流系数对无因次压力及压力导数曲线的前期影响较大,随着非达西渗流系数的增大,无因次压力及压力导数增大;裂缝中非达西渗流系数越大,压裂井的产量越低,且压裂井的最佳裂缝半长越小。研究成果为致密油藏长缝压裂方案设计、试井分析等工作提供理论指导。     

重复压裂前诱导应力影响新裂缝转向规律

随着重复压裂技术现场应用的日趋成熟,如何产生不同于原裂缝走向的转向新裂缝成为目前重复压裂技术研究的热点问题。由于新裂缝的扩展方向主要由井周应力分布情况控制,重复压裂前初次裂缝、油井生产以及注水影响等因素产生的诱导应力是影响新裂缝形态的主要因素。应用多物理场耦合软件COMSOL建立了重复压裂井有限元模型,分析了重复压裂裂缝转向的机理和影响因素;建立了注水开发区块模型,研究了注水开发中注入水诱导应力的分布规律,以及注水量、注采井网分布等因素对新裂缝转向的影响。研究结果表明:裂缝转向受储层应力状态、油井生产情况和初次裂缝长等因素影响明显;注水井周边会产生应力集中,且在一定的井距下会影响新裂缝转向规律。此研究可以应用于预测重复压裂效果,优化重复压裂的选井选层,并指导现场重复压裂方案设计。