压裂液残渣及支撑剂嵌入对裂缝伤害的影响

运用ZCJ-200型导流能力试验装置测试了3种不同压裂液在相同支撑剂类型、铺置浓度、不同闭合压力下对支撑剂充填裂缝导流能力的伤害程度；用蒸馏水作为介质测试了2种支撑剂在不同闭合压力及不同温度下对导流能力影响的差别。通过研究不同压裂液对支撑缝的伤害程度，发现残渣对支撑缝的伤害程度影响显著，应选择低残渣压裂液；对同一种体系，闭合压力升高会导致导流能力、渗透率的降低，通过对两者与闭合压力的关系表达式，总结出其衰减规律；支撑剂颗粒大小、温度变化对导流能力都有很大影响。     

致密砂岩储层水力加砂支撑裂缝导流能力

裂缝的导流能力对于水力加砂压裂效果影响很大,分析裂缝导流能力影响因素、研究如何增加裂缝导流能力,对于提高压裂增产效果具有重要意义。针对长庆油田安83区块致密砂岩储层的特点,使用Meyer软件对裂缝的各项参数进行模拟预测,考察了支撑剂类型、粒径、铺砂浓度、嵌入以及压裂液残渣对砂岩储层裂缝导流能力的影响,并进行了增产效果预测。结果表明:陶粒的导流能力远大于石英砂和树脂砂;低闭合压力下,粒径越大,导流能力越高,随着闭合压力的增大,大粒径支撑剂导流能力下降幅度较大;不同粒径组合支撑剂的导流能力下降幅度相比较于单一粒径支撑剂要平缓得多;铺砂浓度越高,裂缝导流能力越高;当闭合压力为70 MPa时,支撑剂的嵌入可使导流能力下降30.1%;压裂液残渣可使不同粒径支撑剂的裂缝导流能力出现不同程度的下降;增产倍数与裂缝导流能力成正比,当陶粒筛选目数10/20、20/40和40/60组合且比例为1∶3∶1时,增产倍数最大。在低渗透储层压裂现场应用,增产效果较好。     

页岩气藏压裂支撑裂缝的有效性评价

为了了解、掌握页岩气藏清水压裂缝网能够提供的导流能力大小及裂缝的有效性,利用四川盆地某构造的页岩进行了室内裂缝导流能力测试。实验结果表明：支撑剂浓度不足单层的情况时,闭合压力低于30 MPa,导流能力可与一定量的高浓度（多层）情况相当,但支撑剂嵌入和破碎显著增加,其导流能力不稳定,随时间增加可持续降低,闭合压力40 MPa时,20/40目陶粒嵌入程度可达71.8%,闭合压力进一步增大,裂缝将闭合失效;较低硬度的页岩支撑剂嵌入严重,导致低支撑剂浓度裂缝残余支撑缝宽不足,仅增加支撑剂粒径不足以克服嵌入影响,裂缝内需要有足够的支撑剂浓度,形成的缝网不能过于复杂;页岩黏土含量高,支撑剂充填层泥化严重,对支撑裂缝有效性的伤害不容忽视,可变形的树脂覆膜砂在一定程度上解决了支撑剂嵌入和充填层泥化问题。     

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运用FCES-100长期裂缝导流仪，在国内首次进行了地层岩心的支撑剂嵌入实验研究，考察了不同类型支撑剂、不同铺砂浓度对不同岩心的嵌入程度以及对导流能力的伤害程度。找到了影响支撑剂嵌入的主要因素和规律，并提出了克服支撑剂嵌入这一不良影响的有效方法。通过实验发现由于支撑剂的嵌入会使导流能力产生很大程度的下降；铺砂浓度越大，嵌入对导流能力的伤害程度越小；只有当闭合压力达到一定值时，嵌入的伤害才表现出来；铺砂浓度对导流能力的影响也很大，铺砂浓度增大一倍，导流能力将成数倍增加；在相同地层条件下，支撑剂在砾岩中的嵌入最为严重，泥岩其次，粉砂岩最小。文中还根据实验结果回归出了导流能力随闭合压力以及随时间变化的关系表达式，可以用来预测支撑裂缝导流能力的衰减趋势，对现场压裂有一定的指导意义。     

防回流纤维对支撑剂导流能力影响实验研究

水力压裂裂缝内的导流能力是影响油气井压后产量的重要因素.为研究防回流纤维对裂缝内支撑剂导流能力的影响,运用FCES-100裂缝导流仪,对不同粒径支撑剂在纤维以及压裂液影响下的导流能力进行实验测试,掌握了其影响规律.实验结果表明,纤维对不同粒径支撑剂导流能力的影响具有相似规律,在闭合压力较低时几乎无影响,而随闭合压力的增高其影响逐渐增大,当闭合压力达到70MPa后由于纤维的影响可导致导流能力下降30%～40%.压裂液残渣可导致支撑剂导流能力下降50%以上.而在较高闭合压力下由于纤维和压裂液残渣的共同影响可导致支撑剂导流能力下降70%以上.因此对于闭合压力较高的地层应慎重使用纤维防止支撑剂回流.     

支撑剂嵌入对煤岩水力裂缝导流能力的影响

为了研究煤层气井压裂中支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响,应用FCES-100裂缝导流仪,针对不同类型支撑剂嵌入对煤岩裂缝导流能力的影响进行了测试.实验表明,与砂岩地层不同,煤层的硬度较小,在较小的闭合压力下压裂中支撑剂嵌入情况较严重,导致导流能力降低.10 kg/m2铺砂浓度下,闭合压力为35 MPa时石英砂嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降36.4%,闭合压力为25 MPa时核桃壳嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降34.8%.当煤层闭合压力低于20 MPa时,应该优先选择核桃壳作为支撑剂;当煤层闭合压力高于25 MPa时,应优先选择石英砂作为支撑剂.所得出的结论对今后煤层气的研究工作及现场施工具有一定的指导意义.     

裂缝充填模拟试验装置的研制

鉴于常规裂缝导流仪无法有效开展如压裂充填防砂、防支撑剂回流和压裂液在裂缝条件下的破胶过程以及对导流能力的伤害等试验研究问题,研制了裂缝充填模拟试验装置。该装置通过铺置岩板和支撑剂,可以针对不同闭合压力、温度、流体、流速、射孔孔径和孔密,更加全面准确地模拟地层内裂缝前端和两侧壁面的流体渗流、地层砂侵入,支撑剂回流状况,基于出砂量、裂缝导流能力、裂缝缝宽变化或支撑剂回流量等测试结果,可全面地评价优化支撑剂的嵌入程度、防砂和防支撑剂回流效果及裂缝充填层的伤害等指标。该装置为水力压裂中各种参数的优化评价构建了一个合理而有效的平台。     

支撑剂嵌入及对裂缝导流能力损害的实验

对于岩石较软的地层，在压裂过程中的支撑剂嵌入会降低压裂充填后的裂缝宽度，同时嵌入区地层碎屑也会损害支撑剂充填层的导流能力，因而有必要对支撑剂的嵌入进行研究，并为压裂施工中的支撑剂优选提供依据。为此，运用API标准导流室和基于API标准导流室自行研制的测试仪器，对地层岩心的支撑剂嵌入情况进行了实验研究，并在支撑剂嵌入的基础上，考虑了地层碎屑对裂缝导流能力损害的影响。在国内首次对支撑剂嵌入后的岩心进行了微观分析，更加直观地反映了嵌入程度和嵌入状态。实验考察了不同铺砂浓度、不同压力下对不同岩心的支撑剂嵌入情况。实验表明：由于支撑剂的嵌入，会使支撑裂缝宽度有较大程度的减小；铺砂浓度越低，地层岩石越软，嵌入越严重。还模拟了支撑剂嵌入后不同碎屑浓度对同一种岩心的导流能力伤害程度，并发现在嵌入后的碎屑达到一定浓度后会直接堵塞孔道。     

通道压裂支撑裂缝影响因素分析

为了检测通道压裂所能提供导流能力大小及裂缝的有效性,利用某地层构造的砂岩、页岩进行室内导流能力测试。实验结果表明:通道压裂纤维用量为0.6%比较合适;支撑剂粒径对裂缝的导流能力影响较弱,在相同铺砂浓度下,不同粒径间支撑剂的导流能力差别很小;铺砂浓度对通道压裂导流能力影响较大,大量的支撑剂嵌入对低铺砂浓度导流能力伤害较为明显,高闭合压力下易造成明显的导流能力损失;陶粒、石英砂、覆膜砂3种支撑剂,在相同铺砂浓度下,随着闭合压力的增加,导流能力逐渐下降,覆膜砂的导流能力优于陶粒、石英砂;在相同铺砂条件下,支撑剂在砂岩中的嵌入程度高于页岩,导致其导流能力低于页岩中的导流能力。同时全面分析总结了在通道压裂中,影响支撑剂嵌入的各种因素,从而对优化通道压裂具有一定指导意义。     

影响支撑剂嵌入的因素研究

运用FCES-100裂缝导流仪,进行了大量地层岩心的支撑剂嵌入实验研究.通过对比导流能力,全面考察了不同类型、不同铺砂浓度、不同粒径及不同常规性能的陶粒支撑剂在不同岩心和闭合压力条件下的嵌入程度.通过实验发现:支撑剂的嵌入使导流能力大幅度降低;不同类型的支撑剂在相同条件下嵌入程度不同,嵌入程度从大到小依次为石英砂、陶粒...     

基于压裂返排数据的有效破裂体积计算方法

压裂裂缝破裂体积是评价压裂效果的一个重要参数,常用的微地震裂缝监测无法区分有效和无效破裂的微地震点,解析模型对复杂裂缝不适用,且这些方法评估的破裂体积与压裂产能相关性低。为此,利用压裂返排初期的动态数据,建立了有效破裂体积的计算模型,通过对压裂井返排初期的动态数据变换,找出拟稳定流动阶段并拟合出线性关系,确定返排阶段的物质平衡时间段,结合压裂裂缝的综合压缩系数,确定有效的破裂体积。利用该模型计算了10口直井与水平的有效破裂体积,计算结果表明,有效破裂体积越大,压裂产能越高,两者相关性在0.9以上,所建立的方法可以准确地评价有效破裂体积并进行压裂产能预测。     

多相非达西流对裂缝导流能力伤害研究

对影响支撑裂缝导流能力的两个重要因素非达西流效应、多相流效应进行了系统实验研究,考虑了不同粒径、不同闭合应力、不同支撑剂类型以及不同含水饱和度对多相、非达西流效应的影响。研究表明:非达西流效应与充填层孔隙度、渗透率、支撑剂圆球度、分选度以及表面光滑度有关;多相流主要与含水饱和度以及渗透率有关。非达西流效应使充填层渗透率降低近1倍,多相流效应使充填层渗透率降低了6倍,两种效应同时存在使渗透率下降了近一个数量级。所以,压裂设计前必须对充填层实际导流能力有清醒的认识,才能取得更好的压裂效果。     

压裂气井产能模拟研究

非达西效应在压裂气井生产过程中必然存在 ,引入与气水流动速度相关的非达西流动校正系数 ,建立了一套压裂井气水两相数值模拟模型 ,考虑了地层非均质性以及裂缝导流能力随位置和时间变化 ,并研制了预测压裂气井生产动态的数值模拟软件。应用研制的软件对影响压裂气井产能的地层及裂缝参数进行了大量的实例对比计算 ,模拟结果对于气井压裂方案优化设计具有重要的指导意义     

生产过程中裂缝内压力分布的模拟研究

根据压裂后油气渗流机理,考虑裂缝闭合压力和裂缝导流能力的变化,建立了生产过程中裂缝内压力分布模型,包括地层系统渗流模型、裂缝系统渗流模型、闭合压力方程和导流能力方程等,并以变步长网格,对地层系统渗流数学模型采用交替方向隐式格式、对裂缝系统渗流数学模型采用预测-校正格式,进行了迭代求解。在此基础上研制了裂缝内压力分布模拟软件,可准确预测和模拟裂缝内压力分布、裂缝闭合压力和裂缝导流能力的动态变化,用于指导并修正压裂设计及施工材料、施工参数的选取。     

大庆高台子油层闭合酸化技术

闭合酸化技术是碳酸盐岩酸化压裂后,对人工裂缝进行再改造的补救性措施,通过解除对裂缝造成的伤害,提高裂缝的导流能力,增大扫油效率,提高油井产量。针对大庆西部高台子复杂岩性地层的特征及水力支撑压裂情况,进行了措施方案分析,扩大了常规闭合酸化技术的应用范围,提出了在水力支撑裂缝中进行酸化解堵的新观点,研究了适应该地层的压裂液配方和酸化解堵剂,现场进行2口井试验,闭合酸化效果较水力压裂效果明显,产量平均增加50%以上     

压裂液返排模型的建立及应用

压裂液返排过程中通过合理控制返排时间和流量,可使支撑剂在产层区获得较好的铺置,从而使裂缝具有较高的导流能力。目前压裂液返排工作制度的确定一般依靠现场工程师的经验,缺少可靠的理论依据。为此建立了包含考虑二维滤失的裂缝扩展模型,停泵后即刻返排、停泵后关井闭合返排的数学模型,模拟了返排期间压力、排量随时间的变化规律,建立了压裂液返排模型,得到压裂液返排控制的优化设计方法,并编制了计算程序,指导现场选择合适的返排时间和返排流量。现场实例表明,应用编制的压裂液返排计算软件得到的结果,可为压裂液返排时间和流量的确定提供依据,有助于现场返排的科学化和定量化。     

变排量压裂技术及其现场应用

提出了一种变排量压裂技术,对其机理和应用条件进行了探讨。认为通过排量的瞬间跃变,可在控制压裂裂缝缝口高度向下延伸的同时将支撑剂输送至裂缝更深处,增大支撑缝长;同时快速提高砂比会在缝口形成楔形砂堤,降低近井油流阻力。对13口井的应用效果进行了统计分析,原油平均增产83.31%,含水平均升高9.56个百分点,有效地实现了增油控水。该项技术现场操作简单,增产效益显著,是生产层与上下隔层间地应力差值小的薄油层、底水油帽油藏的有效增产措施,具有一定的推广价值。     

TP区裂缝孔洞型碳酸岩储层复合改造技术研究

TP区是塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏主力产油区块之一,在高温、高闭合压力条件下,常规酸压形成的酸蚀裂缝穿透距离受限且易发生闭合,酸压投产后表现出快速递减特征。通过实验研究开发了水力加砂压裂+酸压复合改造技术,前期利用冻胶携砂以提高人工裂缝远端导流能力,后期采用酸液刻蚀来提高近井导流能力和改造范围,从整体上提高人工裂缝导流能力及其保持率。水力加砂压裂+酸压复合改造技术在TP区现场实施6井次,建产率达到83.3%,累产油3.76×104 t,表明该技术在低品位裂缝孔洞型碳酸盐岩油藏具有较强的适应性。     

波动注入压裂下井筒中不稳定流动的压力特性

为了准确地揭示波动注入水力压裂引起的井筒中不稳定流动的压力行为,考虑流体重力和摩阻的影响,根据膨胀管-弹性流体理论,建立了波动注入水力压裂下垂直井筒中不稳定流动的压力波动数学模型,指出压裂泵组与井筒之间存在波动干涉效应,研究了稳定和不稳定流动下环空压力的变化规律及其影响因素。研究结果表明:波动注入水力压裂作业中,井筒中产生了明显的不稳定流动,这种不稳定流动引起的压力波沿井筒呈现压力衰减现象;井筒中实际环空波动压力的振幅取决于井口处"变频压裂泵"强迫激励的波动压力振幅和波动排量振幅;与稳定注入相比,采用波动注入方式可以增加井底环空压力和降低井口环空最高压裂作业压力;井底环空压力会以脉动压力波的形式在裂缝中传播,不断加剧岩石疲劳损伤断裂,增加岩石微裂缝。研究结果对于更好地研究和应用波动注入水力压裂工艺具有重要的理论价值和现实意义,可为非稳态水力压裂工艺的先导性试验和规模化应用奠定理论基础。     

氮气泡沫压裂液流变特性试验

利用高参数泡沫压裂液试验回路详细研究了模拟实际压裂条件下N2硼交联泡沫压裂液的流变特性,得到了模拟实际压裂条件下N2泡沫压裂液流变参数的计算关联式,从而为低渗、低压油气藏N2泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据。研究表明,在实际施工条件下,N2泡沫压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型来描述;其有效黏度随温度的增高而减小,随压力、泡沫质量的增大而增大;相对而言,温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响要明显,在该试验范围内,温度和泡沫质量对流变参数的影响均呈指数规律变化。