射孔孔眼磨蚀对分段压裂裂缝扩展的影响

非常规油气藏分段压裂施工中常利用射孔限流法促进段内多条水力裂缝均匀发育,压裂过程中,支撑剂会逐渐磨蚀射孔孔眼,致使射孔孔眼的限流作用失效。为研究射孔孔眼磨蚀现象对分段压裂中多裂缝发育的影响情况,耦合了孔眼磨蚀模型和水力裂缝扩展模型,建立了考虑射孔孔眼磨蚀的水平井分段压裂裂缝扩展模型。模拟结果表明:随着支撑剂磨蚀破坏射孔孔眼,孔眼的限流能力显著下降,导致压裂段内各水力裂缝尺寸差距增大。基于所建立的数值模型,研究了不同支撑剂浓度、压裂液排量条件下射孔孔眼磨蚀对压裂段内多条水力裂缝扩展的影响。结果表明:(1)压裂液内支撑剂浓度越高,射孔孔眼初期的磨蚀速度越快;(2)支撑剂浓度变化对段内裂缝扩展延伸的影响较小;(3)压裂液排量越高,射孔孔眼限流效果越好,压裂段内各裂缝发育越均匀。最后建议在分段压裂施工中尽可能提高压裂液排量,这将有助于压裂段内各裂缝的均衡发育。     

水力压裂支撑剂运移与展布模拟研究进展

研究水力压裂支撑剂在井筒和压裂裂缝中的分流、运移和展布规律,可以为压裂工艺和压裂材料优选、压裂施工参数优化提供理论支撑,进而提升压裂改造效果。为此,通过调研分析大量的室内实验、数值模拟和理论分析研究成果,归纳了室内试验与数值模拟方法各自的优缺点,总结了支撑剂在井筒和压裂裂缝中的运移和展布特征。研究结果表明:①室内实验能直观地观测和分析支撑剂在井筒和压裂裂缝中的分流、运移与展布特征,是研究支撑剂在井筒和压裂裂缝中运移与展布特征的重要手段,但现有的实验仪器还有改进和完善的空间;②基于计算流体动力学的数值模拟技术是研究压裂支撑剂运移与展布规律的有效补充,其中计算流体动力学—颗粒元(CFD-DEM)法能够更真实地模拟支撑剂运移情况,是未来研究支撑剂运移与展布特征的重要方法之一;③对于单簇射孔,支撑剂更容易进入水平井筒下方射孔孔眼沟通的压裂裂缝;④对于分簇射孔,支撑剂更容易进入射孔相位角和方位角最优的裂缝,并且在压裂液黏度较低时,支撑剂容易进入跟端射孔簇,而压裂液黏度和注入排量增大能够大幅度降低射孔簇间支撑剂分流差异性;⑤对于单一平面裂缝,压裂液黏度、支撑剂粒径与密度、施工排量及裂缝参数是影响支撑剂运移与展布特征的重要因素;⑥较之于单一平面裂缝,复杂压裂裂缝的形态和次级裂缝角度对支撑剂运移与展布的影响更加复杂,需要开展针对性研究。     

水力压裂支撑剂运移与展布模拟研究进展

研究水力压裂支撑剂在井筒和压裂裂缝中的分流、运移和展布规律，可以为压裂工艺和压裂材料优选、压裂施工参数优化提供理论支撑，进而提升压裂改造效果。为此，通过调研分析大量的室内实验、数值模拟和理论分析研究成果，归纳了室内试验与数值模拟方法各自的优缺点，总结了支撑剂在井筒和压裂裂缝中的运移和展布特征。研究结果表明：①室内实验能直观地观测和分析支撑剂在井筒和压裂裂缝中的分流、运移与展布特征，是研究支撑剂在井筒和压裂裂缝中运移与展布特征的重要手段，但现有的实验仪器还有改进和完善的空间；②基于计算流体动力学的数值模拟技术是研究压裂支撑剂运移与展布规律的有效补充，其中计算流体动力学—颗粒元（CFD-DEM）法能够更真实地模拟支撑剂运移情况，是未来研究支撑剂运移与展布特征的重要方法之一；③对于单簇射孔，支撑剂更容易进入水平井筒下方射孔孔眼沟通的压裂裂缝；④对于分簇射孔，支撑剂更容易进入射孔相位角和方位角最优的裂缝，并且在压裂液黏度较低时，支撑剂容易进入跟端射孔簇，而压裂液黏度和注入排量增大能够大幅度降低射孔簇间支撑剂分流差异性；⑤对于单一平面裂缝，压裂液黏度、支撑剂粒径与密度、施工排量及裂缝参数是影响支撑剂运移与展布特征的重要因素；⑥较之于单一平面裂缝，复杂压裂裂缝的形态和次级裂缝角度对支撑剂运移与展布的影响更加复杂，需要开展针对性研究。     

定向分簇射孔技术在煤层气水平井的应用

为满足煤层气水平井分段压裂改造及减少煤粉产出和支撑剂返吐的需要,创新设计解决了射孔器360°范围任意相位定向、簇间动态导电、簇间密封等难题,并优选射孔弹、优化射孔管串结构,形成了1套水平井电缆泵送定向分簇射孔技术,并在多个煤层气区块成功应用。应用效果表明,该技术定向准确、簇间射孔孔眼相位一致,在煤层气储层压裂增产改造、减少煤粉产出及支撑剂返吐、保证排采连续性等方面具有明显优势。     

水平井限流压裂射孔参数优化

水平井限流压裂主要是经过射孔孔眼产生的节流摩阻实现的,因而,裂缝所对应的射孔参数是实现限流压裂的关键。目前,国内外文献关于限流压裂的射孔优化大部分没有结合压裂模型,也没有给出各个射孔簇之间参数的定量关系。文中通过给定水平井段地层和压裂参数,使用拟三维模型计算每一条裂缝所吸收的排量和缝口压力,再结合限流压裂的流量平衡和压力平衡关系,得出了各个射孔簇有效孔眼当量直径间的关系式。计算结果表明:在压裂段储层力学性质和裂缝尺寸设计相同时,每个射孔簇的有效孔眼当量直径从水平井的跟端到趾端依次增加,在孔眼直径相同的情况下,相应的孔眼数和射孔簇的簇长也需要增加;当储层性质变化或者设计缝长不相同时,各个射孔簇的最优孔眼数和簇长可以定量确定。研究结果为限流压裂射孔参数的优化和射孔枪的选择提供了指导。     

水平井压裂多簇射孔孔眼动态开启过程分析

针对分簇射孔压裂水平井,研究清楚多个裂缝的起裂过程,有利于优化簇间距离;采用何种工艺措施能够降低施工压力,促进多簇射孔孔眼开启,也是水平井压裂需要解决的关键问题.本文采用理论与实例分析相结合的方法,剖析了某口水平井第一段裂缝起裂过程.分析表明:早期注液阶段,第一个射孔眼优先破裂开启后,第二个开启的射孔孔眼位于不受应力干...     

用新的生产剖面方法评价气井压裂

转向压裂处理的常用方法是限流压裂技术，但这一技术的一个可能的缺点是由支撑剂侵蚀射孔孔眼，无效射孔孔眼或因处理而堵住射孔孔眼造成导流不足。     

水平井限流压裂对射孔孔眼冲蚀的影响

水平井限流压裂中存在携砂液冲蚀射孔孔眼现象，导致段内多簇改造不均衡，不利于地质储量的充分动用，亟需认识清楚孔眼冲蚀过程。基于孔眼摩阻公式，推导了段内多簇多孔的孔眼冲蚀模型，考虑初始孔径差异和簇间应力差，采用孔径、流量分配和孔眼摩阻的变化来量化分析孔眼冲蚀规律。研究结果表明，平均初始孔径较大、应力较小的射孔簇易产生过度冲蚀；随着孔径的增大，孔眼摩阻迅速减小，限流作用减弱，不利于缝控储量均衡动用；单纯地提升排量并不能明显减小簇间的孔眼冲蚀差异；在相对较低的携砂液浓度下，簇间孔眼冲蚀和流量分配更均匀。这说明初始孔径差异和簇间应力差是导致孔眼冲蚀不均匀的主要因素，在限流压裂设计中可通过采用等孔径射孔工艺、适当增加前置液量、优化布孔位置和数量等方法，改善施工段携砂液分配。本研究为优化水平井限流压裂设计提供了支撑。     

压裂泵入流体在射孔孔眼处的压力损失计算

压裂过程中压裂液流体在泵入所压开裂缝过程中的压力是诊断、分析压裂施工效果及裂缝性质的重要信息，而压裂液流过措施井的射孔孔眼时的压降对裂缝中的压裂压力分析有着一定的影响。本文应用非牛顿流体的基本特性和研究方法，基于管流中液体流动的分析思路，对压裂过程中泵入流体在射孔孔眼中流动的压力损失的进行理论计算；对不同的压裂液流体在孔眼处的压降损失与射孔段的密度、射孔孔眼的孔径的关系做了定性分析；同时对压裂液流变性、舍砂液的支撑剂浓度等对所孔眼处压降损失的影响进行了计算分析。所得到的分析结果从理论上给出了压裂液在射孔孔眼处的压力损失的影响规律。     

水力压裂摩阻类型及降阻措施

水力压裂摩阻引起施工压力增加,施工风险增大。水力压裂摩阻包括沿程摩阻和近井摩阻。近井摩阻产生机理最为复杂,其中射孔数不足、孔眼清洁度差以及孔眼堵塞产生孔眼摩阻;射孔相位不当、固井质量差以及多裂缝竞争延伸产生裂缝弯曲摩阻。降低压裂摩阻的工艺措施主要包括定向射孔、支撑剂段塞磨蚀、增大压裂液黏度、压裂液延迟交联等。     

页岩储层多簇限流射孔裂缝扩展规律

在多簇密集切割压裂情况下,多缝间诱导应力干扰现象严重,使得优化射孔簇参数促进多簇均衡改造变得尤为重要。采用耦合岩石变形和流体流动的多簇限流射孔裂缝扩展模型,结合裂缝形态定量评价指标,展开限流射孔参数对裂缝扩展影响规律研究。结果表明:段内六簇射孔压裂时,密集切割使得多簇间诱导应力场影响区更为复杂,高孔密、均匀布孔时多裂缝非均匀扩展严重,应力阴影效应对段内中部裂缝延伸抑制明显。小孔径等孔径射孔及低孔密限流射孔策略可有效促进段内多簇裂缝均衡扩展;且非均匀限流布孔时,保持段内总孔数不变,增加段内中间两簇布孔数,同时降低段内两端孔数的限流射孔策略可有效优化裂缝形态,提高多簇射孔簇效率。     

非均匀应力场影响下的裂缝扩展模拟及投球暂堵优化

水平井投球暂堵是实现致密油气藏压裂段均匀改造的关键技术,但目前针对压裂施工中实施不同投球暂堵工艺措施后多簇裂缝扩展形态的研究成果却较少,致使现场投球暂堵工艺措施的制订缺少相关的理论支撑,影响了该工艺在压裂施工现场的应用效果。为此,基于边界元方法建立了水平井"井筒—孔眼—裂缝扩展"全耦合模型,提出了暂堵球分配的计算方法,进而模拟在初始非均匀应力场条件下进行段内暂堵转向时暂堵球的投球数量、投球时机、投球次数及其对多簇裂缝扩展的影响。研究结果表明:(1)压裂过程中,射孔孔眼摩阻的限流作用会平衡诱导应力干扰带来的进液量差异,使得各簇裂缝中流体流动受到的阻力差距缩小;(2)当考虑初始应力场非均匀分布的影响后,各簇裂缝进液量发生明显的变化,高应力区域甚至出现不进液的无效射孔簇,而实施投球后,无效射孔簇会产生新的裂缝;(3)当初始最小水平主应力差(?σ_h)超过3 MPa时,在施工中期适当增加投球数量(大于单段总射孔数的一半),或者在中前期进行投球暂堵(包括在中前期分批次投球),有利于降低各簇裂缝的非均匀扩展程度;(4)当初始?σ_h低于2MPa时,应减少投球数量或在施工中后期投球,否则会加剧各簇裂缝的非均匀扩展。     

深层页岩油水平井密切割裂缝均衡扩展数值模拟

中国页岩油储层非均质性强、粘度高和可改造性差,水平井分段多簇射孔体积压裂难以形成复杂的裂缝网络,单缝“缝控储量”低,必须寻求新的工艺突破。通过增加单个压裂段内的射孔簇簇数,使多个射孔簇裂缝在射孔段内均衡扩展,对页岩储层进行密切割,实现页岩油储层的充分改造,是中国页岩油高效开发的关键。考虑数千米长压裂管柱与射孔孔眼的摩阻以及多裂缝之间流体的竞争分配,建立页岩油水平井密切割多裂缝动态扩展的渗流-应力-损伤模型,并通过现场压裂施工数据验证其正确性。根据胜利油田页岩油储层的地质工程特征,开展射孔簇簇数、射孔孔眼数量、压裂施工参数等对多裂缝流体流量分配、应力干扰及裂缝几何形态影响的数值模拟研究发现：单簇裂缝扩展时,裂缝诱导应力最优波及距离为10 m左右;簇间距为10 m时,三簇裂缝均衡扩展射孔密度为20 孔/m,施工排量为12 m³/min,压裂液粘度为30 mPa·s;4个射孔簇时,压裂液均匀分配和裂缝均衡扩展的簇间距为10 m。此项研究为胜利油田页岩油勘探开发的突破奠定了理论基础。     

致密砂岩油藏体积压裂裂缝扩展数值模拟研究

体积压裂是提高致密砂岩油藏产量的关键技术。应用有限元和离散元的混合方法建立了体积压裂扩展模型,对长庆油田长7致密砂岩油藏水平井多簇压裂进行了裂缝扩展模拟研究。结果表明,应力差小于4 MPa时有利于体积裂缝形成高于5 MPa时主要形成平面裂缝;天然裂缝密度仅在较低应力差条件下对体积压裂改造效果影响显著;在应力差为3 MPa时增加射孔簇数、降低簇间距,改造面积增加并不显著,簇间裂缝干扰严重,局部裂缝出现合并现象;应力差为5 MPa时,簇间裂缝干扰相对较弱,增加射孔簇利于沟通天然裂缝,提高体积裂缝发育程度和扩大改造面积。     

水平井“多段分簇”压裂簇间干扰的数值模拟

水平井"多段分簇"压裂是开发低渗透和非常规油气藏的关键技术,能够大幅度提升压裂改造的体积,达到提高油气产量和最终采收率的目的。为了研究水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝的干扰规律,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,利用零厚度黏结单元模拟压裂过程中压裂裂缝起裂、延伸造成的损伤,建立了低渗透油气藏水平井"多段分簇"压裂裂缝扩展的三维有限元模型。利用该模型研究了射孔簇数、射孔簇间距、储层参数、施工参数等对水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的影响。模拟计算结果表明:射孔簇数和射孔簇间距是影响水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的最大的影响因素。利用该模型对某水平井压裂的射孔簇间距进行了优化,使得该井的油气产量比邻井明显提高,证明了模型对于水平井"多段分簇"压裂优化的可行性和可靠性。     

基于序列二次规划算法的水平井射孔优化

射孔孔眼沿水平井井筒合理分布能提高其开发效果,达到稳油控水的目的。考虑钻井污染和射孔损害对油藏渗流的影响及摩擦损失和加速损失对水平井井筒内压降的影响,建立了油藏渗流和水平井井筒内流体流动耦合模型,扩展了Landman的油藏-井筒稳态渗流耦合模型。基于射孔位置分布对水平井产能和流入剖面的影响,建立了以孔眼位置分布为决策变量、沿井筒流入剖面为约束条件,水平井产量为目标函数的射孔水平井产能优化模型。采用序列二次规划算法对该优化模型进行了求解,得到射孔孔眼沿水平井井筒的最优分布。优化结果表明,射孔孔眼沿水平井井筒存在最佳分布:为得到最大产量,水平井跟部和趾部的射孔孔密较大,中部最小;要使沿井筒入流剖面均匀,射孔孔密沿跟部到趾部方向先增大后减小,约在井筒长度的3/4位置处取得最大值。      

致密砂岩气藏水平井分段压裂优化设计与应用

针对川西沙溪庙组致密砂岩气藏水平井开展了分段压裂优化设计及现场应用研究。采用水平井分段压裂诱导应力场模型,以提高储层整体渗流能力为目标,优选了裂缝起裂次序、裂缝间距和射孔参数,通过优化压裂施工净压力和排量沟通了主裂缝周围的天然裂缝。现场实施结果表明:优化后的水平井压裂8~13段,每段内射孔2~3簇,每簇长度为0.5 m,相同压裂段内簇间距为30~60 m;采用中间为12~16孔/m、两端为16~20孔/m的变密度射孔,优化排量为3.5~6.5 m³/min;采用优化设计技术实施的5口井平均稳定产量为5.3×10⁴m³/d,较优化前有明显提高,取得了显著的经济效益,为同类型致密砂岩气藏的水平井分段压裂优化设计提供了借鉴。     

射孔参数对薄煤层群压裂起裂的影响研究

薄煤层气藏较高的应力敏感性和互层性导致其改造效果受射孔参数影响尤为突出。将渗流-应力-损伤耦合模型应用于薄煤层群射孔参数优化研究中,结合现场测井与施工资料,模拟了各射孔参数下薄煤层压裂裂缝的起裂与拓展,基于储层损伤体积定量评价射孔参数对改造效果的影响;分析了影响煤层产能的因素和间接压裂的增产机理,并开展了薄煤层顶底板间接压裂的数值模拟。模拟结果表明:射孔数对损伤体积的影响最大,射孔深度和相位角次之,射孔间距影响最小;与常规压裂相比,顶底板射孔的间接压裂需要更长的泵注时间和压力。本研究建立的有限元数值模型可用于分析近井筒裂缝起裂问题,对现场射孔和压裂优化设计具有指导意义。