页岩气水平井暂堵球运移特性数值模拟研究

水平井暂堵压裂技术是提高非常规储层改造效果的关键,而暂堵球在水平井中的运移及封堵特性的准确预判是水平井暂堵压裂成功实施的关键。因此,需要利用数值模拟方法模拟暂堵球在水平井的运移和封堵特性。由于CFD-DEM耦合模型能够将暂堵球颗粒视为旋转的球体,实现颗粒与流体之间的双向耦合,因此基于CFD-DEM耦合方法建立了页岩气水平井井筒暂堵模型,分析了暂堵球粒径、压裂泵注排量和暂堵球密度对暂堵球运移和封堵性能的影响,结果表明,对于?139.7 mm的单簇8孔螺旋分布式套管,孔眼与暂堵球直径之比为0.97左右时井筒暂堵效果最好;暂堵球的坐封效率随着泵注排量增大呈先升高后降低的趋势,泵注排量低于6 m³/min时,随着泵注排量增大,暂堵球坐封效率升高;泵排量为4～7 m³/min时,暂堵球的坐封效率较高;低密度暂堵球的坐封效率最高,高密度暂堵球的坐封效率最低;暂堵球最容易坐封在射孔簇后半段孔眼上,也能够坐封在第1个孔眼上。研究结果表明,基于CFD-DEM耦合的页岩气水平井井筒暂堵模型能够实现暂堵球在水平段运移过程的可视化,利用其可预测暂堵球的运移速度及坐封...     

水平井投球暂堵压裂炮眼封堵的有效性及影响因素研究

水平井投球暂堵压裂封堵炮眼技术是油气增产的重要技术之一,可有效地提高非常规油气资源开发效率。水平井中暂堵球运动和封堵炮眼过程较为复杂,存在井下暂堵位置不确定、暂堵球易脱落等问题。文章采用DEM—CFD耦合方法建立水平井投球暂堵数值模型,分析了水平井筒流场特性及暂堵球封堵炮眼的过程,以及不同工况参数对暂堵球封堵炮眼有效性的影响。结果表明：水平井压裂中射孔分流能力具有差异性,改变压裂液排量、黏度对改善簇内射孔分流均匀性不明显;当暂堵球在炮眼处满足封堵临界力学条件,可有效封堵炮眼,反之则脱离炮眼;只增加注入排量对封堵炮眼效率提高不明显,进入射孔簇前减小暂堵球与炮眼垂直距离,有利于暂堵球封堵炮眼;通过增大直径比、投放浮力球或悬浮球可以有效提高暂堵球封堵炮眼效率。该研究对认识水平井投球暂堵压裂工艺过程具有指导意义,为优化水平井炮眼封堵工艺提供理论和技术支撑。     

段内多簇暂堵压裂中暂堵球直径优化研究

段内多簇暂堵压裂过程中，持续加砂造成孔眼冲蚀，直径变大。按照初始孔眼尺寸设计暂堵球粒径对封孔封堵效果差，段内多裂缝难以实现均衡扩展，造成水平井整体改造效果不理想。为优化暂堵球直径，提高孔眼封堵效果，开展了地面矿场孔眼极限冲蚀试验，结合井下鹰眼成像监测结果，明确了极限冲蚀下孔径增大幅度。通过三维建模几何匹配方法，优化了暂堵球直径并通过地面暂堵试验和井下暂堵压裂矿场试验加以验证。研究结果表明：极限冲蚀情况下，孔眼内部冲蚀程度远大于外部，孔眼形状由规则的圆形通孔变为喇叭形孔，极限冲蚀后内径介于区间30～35 mm,优化暂堵球直径区间为15～22 mm,为避免暂堵球缩径飞出孔眼，确定暂堵球最佳直径为22 mm;地面矿场暂堵试验证实了22 mm暂堵球可以卡封孔眼不脱落且起压速度快。研究成果可为现场选择暂堵球直径提供指导，提高暂堵球坐封效率与压裂改造效果。     

裂缝型碳酸盐岩储层暂堵转向酸压实验评价与工艺优化

四川盆地茅口组储层天然裂缝发育程度不同,非均质性强,均匀布酸困难,导致储层目标层段改造不均匀,影响单井储层改造效果。为提升强非均质裂缝型储层的整体改造效果,基于3D打印裂缝岩板模拟技术,模拟研究了不同完井方式下非机械方式暂堵转向工艺,优选了耐温、承压能力的暂堵转向材料,评价了不同裂缝下暂堵转向材料含量、粒径组合等设计参数及其封堵能力。实验结果表明:优选的暂堵材料承压达15 MPa,150 ℃降解率＞98%,适用于四川盆地茅口组裂缝型储层条件;针对射孔完井的暂堵球投球总数需为炮眼数的1.1~1.3倍,暂堵纤维和2 mm暂堵颗粒组合可有效封堵3 mm裂缝,并明确了暂堵纤维及暂堵颗粒设计加量。暂堵转向实验评价丰富了强非均质裂缝型储层非机械方式均匀改造技术,为提高单井储层改造效率及现场施工提供了理论依据。      

暂堵转向分层压裂工艺在薄互层油藏中的应用研究

针对因井筒条件或隔层封挡能力达不到机械分层压裂要求的薄互层油藏,提出用暂堵转向分层压裂工艺来实现非均质油层逐层充分改造。建立了暂堵球坐落并有效封堵射孔孔眼的数学模型,分析了暂堵球封堵不同压裂油层厚度所需的最低施工排量条件,评价了Z-1型暂堵球封堵承压和溶解性能,在W-55井实际应用中实现了两个非均质油层的逐层改造。     

浅层页岩气投球转向压裂工艺及应用

水力压裂过程中,投暂堵球封堵孔眼是一种低成本的限流转向工艺,能有效提高改造体积。本文通过研究暂堵球在水平井段的运动规律,分析了影响暂堵球座封孔眼效率的因素,得到了泵送排量、暂堵球直径、孔眼数量与座封效率的关系。分析结果表明：常规施工排量以及暂堵球粒径都满足使暂堵球稳定座封于孔眼的条件,并且提高施工排量、合理选取暂堵球直径有利于提高暂堵球封堵孔眼效果。现场投球暂堵转向应用表明,暂堵后地层开启新破裂,同时也增加了裂缝的条数。通过对暂堵球座封孔眼效率影响的分析,可为现场投球转向工艺提供工程指导。     

水力压裂暂堵转向栓塞体渗透率性评价装置研究

暂堵转向压裂技术已成为致密油气藏形成高导流能力复杂缝网以及老井重复改造重要增产措施之一。前人已对暂堵剂在裂缝中承压规律及铺置形态进行了研究,但对暂堵剂栓塞体渗透率性研究较少。文章自主设计和制造了一种可调缝孔的栓塞体渗透性评价装置,探究不同种类暂堵剂在封堵过程中对不同大小孔隙的封堵及承压规律;通过微观观察栓塞体形态,探究暂堵剂的运移及聚集规律,为暂堵剂性能、暂堵转向等研究提供实验参考。实验研究结果表明,良好封堵性能的暂堵栓塞体必须具有较低的渗透率,才能确保暂堵转向压裂液开启有效裂缝;组合暂堵剂与粉末暂堵剂形成了承压性能良好的暂堵栓塞体,而颗粒暂堵剂未能形成可承压的暂堵栓塞体;组合暂堵剂对中孔径模拟缝孔的封堵能力更强,而粉末暂堵剂对小孔径模拟缝孔的封堵能力更强;通过栓塞体形态观察可知组合暂堵剂聚集形态较为松散,而粉末暂堵剂聚集形态比较紧实,这是影响暂堵栓塞体形成长度主要原因。     

水平井分段多簇压裂暂堵球运移封堵规律

投球暂堵转向技术是水平井分段多簇压裂实现多簇裂缝均衡扩展的主要技术之一，由于暂堵球在水平井筒内的运移封堵规律尚不明确，该技术应用效果并不佳。基于此，文中采用CFD+DEM耦合方法建立暂堵球水平井筒运移封堵模型，分析暂堵球密度、施工排量、压裂液黏度、投球数、暂堵球直径和孔眼出口应力分布状态对暂堵球井筒运移封堵行为的影响规律，并结合室内实验结果验证模型的准确性。模拟结果表明：增大暂堵球密度与压裂液黏度，封堵效率先减小后增大，密度与黏度的转折点分别为1 300 kg/m³,20 m Pa·s；增加施工排量与投球数，封堵效率持续增大，但增大幅度渐缓，排量达到16 m³/min后，封堵效率基本稳定，投球数为24个时暂堵球有效利用率最高；暂堵球直径越小，封堵效率越高，使用1.25倍孔眼直径的暂堵球坐封效果最佳；压裂段内应力非均匀分布导致各簇孔眼出口流速不同，合理的施工参数方案有利于增强单簇孔眼封堵效果与出口流速的正相关性。基于上述模型优选出的施工参数方案，现场应用效果良好，验证了模型的工程应用价值。     

塔河油田水平井三层暂堵酸压工艺设计

针对塔河油田碳酸盐岩储层非均质性强,机械式封隔改造难度大、效率低,导致裸眼水平井笼统酸压过程中酸液的利用效率较低、储层改造波及范围难以控制等问题。暂堵酸压是一种有效解决该问题的工艺方法。文章通过室内实验,筛选出适合塔河油田酸压施工时发挥复合暂堵作用的纤维和暂堵颗粒。在研究测试了不同量纤维和不同量暂堵颗粒组合下承压能力的基础上,结合塔河油田地质特征,提出了转向酸预暂堵、暂堵颗粒和纤维架桥形成主暂堵层、高浓度纤维填封堵缝口的三层暂堵技术,可实现复合暂堵承压能力9～10 MPa。该类暂堵材料在施工后可实现完全降解,对储层无伤害。现场应用表明,三层暂堵技术封堵效果明显,酸压改造增产效果显著。     

水平井转向压裂用暂堵球运移封堵规律研究

常规压裂优先沟通高渗透层,对增产改造极其重要的低渗透层很难产生作用。针对这种现状,转向压裂技术应运而生。为了探讨水平井转向压裂用暂堵球运移封堵规律,采用数值模拟的方法,利用统计学规律,考虑暂堵球密度、液体黏度及泵送排量等参数,得到暂堵球在水平段内的运移轨迹,以及对不同位置孔眼的封堵效率。研究结果表明:在水平段射孔孔眼的封堵过程中,暂堵球密度与流体密度相同时,其封堵效率达到90%;延长暂堵球的投放时间间隔,有助于暂堵球从射孔段尾部逐渐向前封堵;随着流体黏度的增大,暂堵球对孔眼的封堵效率先降低后增加,泵送液体的黏度在施工要求范围内应尽量高,但排量高于6 m~3/min时,封堵效率提升不明显。研究结论可为优化暂堵球转向压裂施工参数提供参考。     

一种页岩气水平井均匀压裂改造工艺技术的应用与分析

我国页岩气资源量丰富,与美国页岩气资源量相当。压裂改造形成复杂裂缝是页岩储层获得工业油气流的关键。针对页岩的非均质性特征,页岩水平井均匀改造技术主要通过封堵已改造区域,进一步改造未压裂区域,实现改造段全覆盖,增加裂缝接触面积,提高裂缝复杂程度与作业时效的改造技术。结合组合粒径暂堵球、暂堵球+暂堵剂、暂堵颗粒+暂堵粉末等多种技术手段,优化相关关键参数,形成了3种不同的页岩储层均匀改造工艺模式:段内均匀改造工艺模式、多段均匀改造工艺模式、加密射孔均匀改造工艺模式。暂堵剂较暂堵球到位响应弱,封堵效果显著,泵送排量与封堵效果无直接关系。暂堵压力响应值最高达9 MPa。压裂施工曲线与微地震监测显示,井段均匀改造效果明显,高/低应力区域得到有效改造,监测事件响应点覆盖率100%,单段SRV体积提高40.2%~44.8%,微地震事件数量增长30.4%~53.6%。     

基于光纤监测的段内多簇暂堵方案优化

为了实现段内簇间均匀改造,需要对优势进液簇进行暂堵。目前主要根据室内暂堵试验制定暂堵方案,但室内暂堵试验条件与实际压裂工况有一定差距,导致暂堵效果不理想。为给段内多簇压裂暂堵方案优化提供依据,优选新疆油田一口水平井（A井）,针对5个压裂段设计了12套暂堵方案,利用管外光纤监测技术监测段内各射孔簇在暂堵前后进液量的变化,据此判断暂堵效果。A井实施12套暂堵方案后,未监测到簇间转向分流现象,说明暂堵无效。分析导致暂堵无效的原因为：暂堵球直径与孔眼直径不匹配;孔眼朝向具有随机性,高边孔眼难以封堵;为避免射孔刺断光纤,选用了圆形通孔的破裂盘,但对暂堵球封堵孔眼不利。为此,提出了暂堵方案改进措施：采用直径与孔眼直径相同的暂堵球封堵孔眼,并添加纤维和小粒径暂堵剂或采用绳结暂堵剂;进行定向射孔,射低边孔;采用锥形孔的破裂盘。     

合川—潼南地区投球暂堵限流酸压工艺

合川-潼南地区海相储层埋深4 000～4 500 m,属于深层海相酸性气藏，具有储层温度高、非均质性强、水平应力差值较大、部分层位厚度大等特征，难以实现均衡酸压改造，需采用暂堵等措施来提高纵向上改造程度，以达到各小层酸液均匀进液的目的。结合暂堵限流酸压工艺需求，评价了研制的耐高温暂堵球，该暂堵球在120℃条件下8 h内完全降解，封堵强度达40 MPa以上；优化了暂堵球大小、用量、泵送排量及投注方式，形成了投球暂堵限流酸压工艺技术。现场试验及推广应用表明，泵注压力上升了2～4.2 MPa,暂堵限流效果明显，有助于酸液进入最小水平主应力相对较高的射孔段，从而实现均衡改造。     

暂堵球封堵效果影响因素分析及其在Z油田的应用

本研究从投球后暂堵球运行过程、受力情况、影响暂堵球坐封的关键性因素等方面进行了研究,并编制了相应的模拟计算软件,结合现场实际数据,得出了排量、密度差、封堵孔眼数、流体黏度等参数对暂堵球封堵效率的影响。经过对比分析知,暂堵球能否封堵成功对排量和需封堵孔眼数较敏感,高排量、较少孔眼数和较低密度差有利于提高封堵效果。该结论能够直接应用于现场投球选层酸压施工,为提高封堵效果和单井动用程度具有指导性意义。     

水溶性冲砂暂堵球的应用研究

针对胜坨油田开发后期油井冲砂作业漏失普遍严重的问题，以特种树脂、催化剂及防老剂混合后，通过注塑机注塑，研制开发了水溶性冲砂暂堵球。通过室内试验，确定了水溶性暂堵球的直径、水溶性、暂堵强度等性能指标：暂堵球直径为13mm和19mm，分别应用于不同直径的炮眼，暂堵球的耐压强度可达到20MPa以上，50℃时暂堵球溶解时间为8h，可以满足冲砂暂堵的需要。通过室内模拟试验确定了该暂堵球的现场应用工艺和冲砂施工工艺。现场试验2口井，结果表明，2口井冲砂由严重漏失到基本不漏失，在施工过程中暂堵球没有因溶解而失去暂堵能力，并提出了改进方向。     

可降解绳结暂堵剂性能评价及应用

针对常规暂堵剂封堵不规则形状射孔孔眼用量大、封堵效果差的问题,以聚乳酸材料、可降解树脂为原料制备了绳结暂堵剂,对其综合性能进行了室内实验评价,并研究形成了绳结暂堵剂施工工艺。室内性能评价结果表明：绳结暂堵剂具有较好的溶解性能和承压性能,模拟地层温度90℃下,在清水及聚合物滑溜水中26 h内完全溶解。绳结暂堵剂直径为18 mm以上时,承压强度达到50 MPa。该绳结暂堵剂在5口井12段的密切割多簇压裂中进行了施工,施工成功率100%,暂堵效果稳定,平均升压4.9 MPa。研究结果表明,绳结暂堵剂能达到大幅度提高孔眼暂堵效果、促进施工井段内射孔簇均衡起裂的目的,具有良好的推广应用前景。     

一种复合暂堵剂在重复压裂中的应用

文章通过室内实验和现场应用,证实一种复合暂堵剂能够更加有效的提高重复压裂效果,其关键技术是复合暂堵剂以及组合使用方式。复合暂堵剂由纤维状暂堵剂和颗粒状暂堵剂组成,其暂堵机理是首先利用纤维状暂堵剂实现裂缝缝口或缝内架桥,再利用颗粒状暂堵剂的可自身膨胀性形成有效封堵,达到裂缝重定向的净
压力,从而形成不同于老裂缝方向的新裂缝,更大范围的沟通原裂缝未波及区域的油气,同时两种暂堵剂均为可控降解材料,不会对储层造成新的伤害,进而能最大限度的提高油气产量。室内实验结果表明,通过“架桥+封堵”的暂堵技术可有效实现封堵,其封堵强度可达38Mpa, 现场施工压力分析表明“架桥+封堵”暂堵工艺有效,新裂缝起裂明显,压后增产效果显著,这种复合暂堵剂为提高重复压裂转向的可控性提供了手段,并能有效提高重复压裂成功率和改造效果。     

新型可溶金属孔眼暂堵球的研究及应用

孔眼暂堵工艺作为缝口暂堵工艺的一种,具有施工简单、经济、对储层伤害低等优势。文章针对现有暂堵球承压强度低、不可溶等缺点,根据微观原电池原理,在牌号为AZ33M的商用镁合金基础上通过添加Fe金属、X金属等元素,控制其加量和冶炼工艺,研制出一种抗压强度达到264～380 MPa的可溶合金材料,采用该材料加工的孔眼暂堵球抗压强度达到60～90 MPa。文章对影响该暂堵球溶解速率的各种因素进行了研究,分析得出该可溶孔眼暂堵球溶解速率随Fe金属、X金属等元素含量的升高、温度的升高、p H值降低、氯根含量的增加而加快。通过该类型暂堵球在川西中浅层气井及页岩气井9口井的现场应用证明,暂堵球施工暂堵效果良好,施工后返排畅通,溶解速度较快。     

层间暂堵转向工程模拟可视化实验研究及应用

塔里木A区块具有超深、超高压、超高温、储层巨厚、层间非均质性强等特点,采用传统机械分层工艺存在管柱入井过程风险大、费用高、周期长且不利于后期修井作业等缺点,目前该区块的主体改造工艺为暂堵转向酸压,采用不同粒径大小的可降解暂堵颗粒剂及纤维进行层间转向,在不下入分层工具的情况下,达到提高全井段动用程度的目的。但目前该工艺存在暂堵情况不明、效率难确定等问题。针对上述问题,从暂堵转向原理理论出发,创新性地研制了长度达到4 m的暂堵转向工程模拟可视化大型实验装置,并形成了相应的实验流程。实验评价了不同暂堵方式、材料、形状、粒径组合的暂堵剂进行层间转向的效果。实验结果表明,将暂堵球组合应用,才能实现有效暂堵,其中"纤维→3 mm暂堵球→(1 mm颗粒+粉末+纤维)"+"8 mm暂堵球"复合暂堵剂的层间转向效果最佳。通过实验结果优选出了针对库车区块最佳复合暂堵剂及施工参数,现场应用效果显著,有力地支撑了该区块储层改造工作,在类似区块也具有较好的推广应用意义。     

多尺度暂堵剂粒度参数优化及应用

为提高多尺度暂堵剂封堵效果,提出了一种基于粒度组成调控封堵层渗透率及强度的粒度优化方法。首先将d1/2理论和5/6匹配原则相结合,确定出不同缝宽下暂堵剂稳定堆积的粒度分布基线;然后,在考虑暂堵剂性能参数的基础上,基于Kozeny-Carman模型,通过分形理论建立了封堵层渗透率模型;最后,综合考虑摩擦和剪切失稳准则,建立封堵层强度模型,优化暂堵剂粒度分布和封堵层长度。根据优化设计方法开展室内封堵效果评价,设计了代表粒径为1.14 mm的暂堵剂对缝宽为3 mm的岩心进行封堵。结果表明：在闭合压力为40 MPa的条件下,封堵层的承压能力为33 MPa,渗透率为2.2×10-3μm2,渗透率和封堵强度实验值与建立的理论模型预测值相对误差分别为9.09%和6.06%,表明优化设计方法可靠。现场应用结果显示,加入暂堵剂后,施工压力从88.4 MPa上升到93.2 MPa,微地震表明暂堵剂的加入促使裂缝转向开启,有效提高了裂缝复杂程度并增加了改造体积。研究成果可为暂堵剂粒度参数优化提供理论支撑。