致密油藏体积压裂水平井参数优化研究

“水平井+体积压裂”技术是获取致密性储层中工业油流的重要手段。为了对影响体积压裂水平井开发效果的参数进行优化设计,基于离散裂缝模型的数值模拟方法,采用更为灵活的非结构化网格,建立了体积压裂水平井模拟模型,经Eclipse软件及矿场实际井资料验证该模型可靠性较高,可准确地表征复杂裂缝的几何参数和描述流体在裂缝中的流动。利用长庆油田某致密油藏实际参数,对水平井方位、布缝方式、段间距、簇间距、改造体积等参数进行了优化设计,结果表明：当水平井方位与天然裂缝平行时,开发效果最好;根据累计产量的大小,哑铃型布缝方式优于交错型、均匀型、纺锤型布缝方式;段间距应大于相邻2段的泄油半径之和,避免段间干扰;簇间距应尽可能大,但要小于天然裂缝平均缝长;当改造体积一定时,细长形状的改造区域比短粗形状的改造区域开发效果更好,当工艺上难以增加压裂裂缝长度时,可通过增加段内簇数改善开发效果,簇数越多,初期累计产量越高,但最优簇数取决于开采时间的长短。研究结果可为致密油藏体积压裂水平井造缝设计提供依据。     

低渗透油藏分段压裂水平井布缝方式优化

为提高压裂改造效果,须优选出合理的裂缝参数。目前国内外优选裂缝参数时,只对裂缝务数、长度、间距、导流能力进行优化研究,没有考虑水平井裂缝布放方式对压裂水平井产能和含水率的影响.为此,文中以某低渗透油藏七点注采井网单元为例．采用数值模拟方法,在水平井分段压裂裂缝参数单因素分析基础上进行水平井布缝方式优化研究,评价了裂缝参数时井网单元开发指标的影响,最后优选出合理的水平井分段压裂裂缝参数。研究结果表明：考虑注水井的影响,为避免水突进,水平井布缝时,裂缝要错开注水井排布,靠近注水井的裂缝要短些,可以不等间距、不等长度排布,在获得较高产能的同时保证含水率也较低：合理的水平并布缝方式可提高单井产量和区块采出程度,使含水率上升缓慢,可提高水平井分段压裂改造效果和经济效益．该研究为同类油藏压裂施工设计提供了有效依据。     

致密砂岩水平井组同步压裂过程中诱导应力场变化规律

水平井组同步压裂过程中多井多裂缝导致的诱导应力对压裂设计、复杂裂缝的形成有重要影响,但目前对诱导应力场变化规律的研究相对较少。为此,建立了双井多缝诱导应力场数学模型,并利用线性叠加原理和矢量表征方法,得到了不同裂缝参数及井距时两井中间位置处诱导应力场的变化规律。研究发现,布缝方式、裂缝宽度、裂缝长度和井距对诱导应力场的影响程度各不相同:诱导应力场对裂缝长度与井距的变化最为敏感;相邻两井中间位置处产生的诱导应力最大,井筒井壁位置产生的应力最小,欲使压裂裂缝转向形成复杂裂缝系统,需要布缝方式、裂缝长度、裂缝宽度与井距相互匹配。大牛地气田DP43井组现场井下微地震监测结果证实了上述研究成果,从而也解释了水平井组拉链式布缝同步压裂可以获得高产的原因。水平井组诱导应力场变化规律的清楚认识,为致密砂岩水平井组合理设置井距与优化压裂设计方案提供了依据。      

非常规气藏压裂水平井缝网—井网自动优化方法

非常规气藏已经成为中国油气增储上产的主要阵地,压裂水平井缝网—井网自动优化技术是实现非常规气藏高效开发的关键技术。基于油气藏数值模拟方法,采用同步扰动随机逼近算法建立了压裂水平井单井自动优化模型,对水平井位置、水平井长度、水平井倾角、裂缝与水平井夹角、裂缝条数和裂缝导流能力等关键参数进行自动连续性同步优化,并在典型非均质气藏中对压裂水平井单井参数进行了优化应用。采用该优化方法可以自动优化初始开发方案,得到经济净现值最佳的开发方案。在此基础上,对压裂水平井和裂缝的位置进行约束,建立了压裂水平井缝网—井网自动优化模型。并将该方法应用于典型非均质气藏,优化后的最佳开发方案经济净现值比初始开发方案增加了2 699.688万元。研究表明该压裂水平井缝网—井网自动优化方法能够自动同步优化井网形式、布井数目、水平井倾角和长度、射孔位置及裂缝属性等参数,并得到与地质情况相匹配的最优压裂水平井井网分布。     

鄂尔多斯盆地低渗透致密砂岩气藏水平井分段多簇压裂布缝优化研究

鄂尔多斯盆地杭锦旗区块属于典型的低渗透致密砂岩气藏,水平井分段压裂是最有效的增产改造方式。水平井分段多簇压裂裂缝布局对于压裂后产能具有重要影响,为使水平井压裂后产能最大化,运用位势理论和势叠加原理,考虑缝间干扰、启动压力梯度、耦合储层渗流与裂缝流动,建立低渗透致密砂岩气藏压裂水平井非稳态产能预测模型,利用该模型可以同时计算平直裂缝以及弯曲裂缝的产能。以杭锦旗区块锦58井区盒3层为例,利用正交设计方法研究了压裂段内不同裂缝簇数条件下裂缝参数对水平井压裂产能的影响规律。结果显示,每段3簇裂缝以及4簇裂缝所得结果一致,即裂缝参数对压裂产能的影响由强到弱依次为总裂缝半长、缝长比、裂缝导流能力、间距比,推荐在该区块采用"U"型布缝以及非均匀布缝模式。     

水平井整体压裂软件开发与应用

目前的水平井压裂仅立足于单井,没有考虑注水和井网的影响,仅仅以提高水平井单井压裂的产能为目的,具有很大的局限性。以提高整个区块的采收率为目标,以整个油藏为研究对象,建立了水平井整体压裂理论模型,充分考虑水平井、直井联合布井的情况,设计了多种水平井、直井联合布井井网,开发了一套水平井整体压裂优化设计软件。在优选水平井整体压裂井网基础上,考虑不同的水平段长度,对裂缝条数、裂缝长度、导流能力、裂缝间距、裂缝不对称分布等参数进行了设计,得到了最佳的裂缝参数,并预测了压裂水平井的生产动态（日产量、累积产量、含水率、采出程度等）。该方法和软件对提高油田水平井整体压裂效果具有一定的指导意义。     

压裂水平井裂缝参数优化实验

压裂是开发低渗透油气藏的有效技术手段,人工裂缝参数是影响水平井产能的主要因素,因此压裂前需分析裂缝参数对压裂水平井产能的影响。针对低渗透油藏井网产能以及单缝贡献率物理模拟研究成果甚少的现状,利用电解模拟实验,分析了水平段封闭条件下交错排状井网中水平井不等缝长压裂、人工裂缝数以及裂缝穿透比对单条裂缝及井网产能的影响规律。结果表明:在总缝长一定时,不等缝长压裂对井网产能影响很小;在固定水平段长度和固定裂缝间距两种情况下增加压裂水平井人工裂缝数,单井产量递增,但缝数增加到3条后,增产幅度逐渐变缓;增大人工裂缝穿透比,中缝贡献率减小,端缝贡献率增大,但井网产量增幅不明显。      

致密油压裂水平井电模拟实验研究

在致密油水平井压裂中,描述裂缝网络、优化裂缝参数是提高产能的关键所在,针对水平井压裂裂缝参数难以确定的问题,利用水电模拟方法对分段多簇压裂水平井近井压力分布及裂缝参数(包括簇间距、裂缝长度、天然裂缝数量等)对单井产能的影响进行了电模拟实验研究。实验结果表明,分段多簇压裂改善了近井地带储层的流通性,人工裂缝与天然裂缝形成缝网有利于改善原油流动能力。在压裂裂缝长度和段间级距一定时,随着天然裂缝数量的增加,单井产量增加;垂直裂缝比斜交裂缝更能提高单井产量;水平井两端的裂缝产量贡献最大,向中间依次递减,最中间的裂缝产量贡献最小。本研究为合理、有效开发致密油提供理论支持。     

水平井分段压裂产能影响因素研究

水平井压裂是开发特殊和难动用储量的重要技术手段,在油气田开发过程中得到了越来越广泛的应用。以矩形油藏中压裂水平井为研究对象,在水平井压裂不同裂缝形态的基础上,建立了油藏与裂缝的物理模型和数学模型,并对其进行了差分求解、编程。分析了裂缝长度、数量、间距和不均匀分布等因素对产能的影响,绘制了各个因素取最佳参数时的地层压力分布等高线图。结果表明,裂缝长度和裂缝数量对产能的影响最大,裂缝间距及分布情况对产能的影响相对要弱一些,可以增大裂缝间距以减小彼此之间的干扰作用。这对水平井进行压裂优化设计具有一定的指导作用。      

正交试验法在多裂缝水平井产能影响因素分析中的应用

压后多条裂缝水平井产能预测新模型中考虑了裂缝条数、裂缝长度、缝间距、裂缝导流能力、裂缝方位角对压后产能的影响,但哪些因素对产能影响比较大、什么样的压裂方案最优是个比较棘手的难题.引入正交试验设计和分析方法,对压后多条裂缝水平井产能的各个影响因素进行了分析,结果表明裂缝条数对产能的影响最大,裂缝长度影响不显著.正交试验法不仅能够定性研究裂缝参数对压裂水平井产能的影响趋势,更重要的是能够定量研究裂缝参数对压裂水平井产能影响的主次顺序和显著程度,进而可以确定出最佳的裂缝参数组合,用来指导压裂施工设计.     

储层裂缝描述与预测研究进展

在多年裂缝研究实践的基础上,结合国内外裂缝研究的相关成果,简要分析了储层裂缝研究存在的问题、目前的研究现状和发展趋势,分析总结了储层裂缝研究的基本思路,提出了储层裂缝研究的时间序列、并扼要介绍了储层裂缝描述和预测的主要技术方法。     

镇泾区块长8层油藏人工裂缝特征分析

统计了镇泾区块长8层油藏水平井水力压裂裂缝监测结果,分析了人工裂缝形态、延伸方向、缝长、缝高等特征,研究结果表明:该区人工裂缝主要为两翼基本对称的等长垂直缝。同时,分析了影响人工裂缝延伸形态的因素,包括断层、天然裂缝及相邻层段压裂的影响等,为该地区水力压裂方案设计提供依据。     

埋藏过程中泥页岩非构造裂缝的形成演化模式

通过归纳总结前人研究成果,同时考虑到泥页岩普遍具有层理发育、非均质性、力学性质各向异性、欠压实作用和烃类生成等本身固有的特殊性质,划分了泥页岩非构造裂缝的主要类型,分析了泥页岩非构造裂缝分布的深度区间。依据覆压条件下的孔隙度、渗透率测试数据,获得了泥页岩裂缝覆压闭合的临界围压和对应的深度范围。综合分析认为：泥页岩非构造裂缝主要有干裂裂缝、水下收缩裂缝、成岩层理裂缝、超压裂缝（欠压实超压裂缝和生烃超压裂缝）和现代表生裂缝5种类型。泥页岩覆压渗透率测试数据揭示,当上覆岩层的垂直有效压力达到15 MPa时,常压泥页岩的天然缝裂缝（水平方向）将发生闭合。裂缝覆压闭合门限深度为870～1 138 m,平均为1 000 m。超压泥页岩底界深度与泥页岩裂缝（水平方向）覆压闭合深度一致,超压带底界之下的泥页岩裂缝通常不再保持开启状态。埋藏过程中泥页岩非构造裂缝形成演化具有时序性/阶段性,即从沉积开始到最大埋藏深度的不同阶段,泥质沉积物或泥页岩形成不同类型的非构造裂缝,由浅至深依次形成表层干裂裂缝—浅层水下收缩裂缝—中深层欠压实超压裂缝—深层生烃超压裂缝—超深层闭合裂缝。     

利用测井技术识别和探测裂缝

在测井新技术中用于裂缝识别与研究的主要是地层微电阻率扫描成像、声波成像和方位侧向成像等成像测井系列.常规测井技术与成像测井技术结合,不但可以识别裂缝,计算裂缝的几何参数,还能给出裂缝的有效性、发育程度等参数,进一步分析裂缝网络的横向展布情况.给出的实例说明了测井技术在探测裂缝方面的实用性.     

准噶尔盆地夏40井区风城组储集空间特征

准噶尔盆地夏40井区储层致密。根据大量岩心、镜下薄片观察认为，风城组储集空间类型以裂缝型为主、孔隙不发育为特征。发育的裂缝类型有泄水缝、构造缝、层间缝和颗粒内微裂缝等类型，其中泄水缝和构造缝较为发育，颗粒内微裂缝次之。裂缝发育与构造、岩性有着密切的关系，夏40井区风城组勘探的关键是寻找裂缝发育带。由于基质孔隙不发育，酸化措施不能从根本上改善储层性质，建议对地层采取压裂改造。     

裂缝三维地质建模的难点与对策

裂缝三维地质建模通常包括裂缝强度建模、离散裂缝网络建模和裂缝属性建模3个主要步骤,在这3个步骤中面临着如何将裂缝信息和成果归一化以及如何三维量化描述裂缝开度和渗透率属性参数等诸多难点.对上述问题进行了初步探讨,并总结出具体的解决方法.首先,利用成像测井或常规测井裂缝解释的数据作为基本数据点,以动态分析及地震检测等资料为约束条件,选用合适的地质统计学方法建立裂缝强度模型;其次,综合利用岩心、测井及动态监测等研究成果,建立离散裂缝网络模型;最后,运用岩心裂缝分析和经验公式相结合的方式获得初步的裂缝属性模型,并根据试井分析等方法获得的裂缝渗透率等参数进行调整,得到最终的裂缝属性模型.运用上述方法结合国际主流的裂缝研究与建模软件,可定量描述裂缝的三维分布,为油藏数值模拟及油藏研究提供更好的支持.     

考虑尖端塑性的垂直裂缝延伸计算

基于断裂力学、弹塑性力学,对水力压裂裂缝延伸过程中的尖端塑性区进行了研究,给出了裂缝尖端塑性区的定量表达式,推导了缝尖塑性区影响下的缝高扩展方程,建立了考虑缝尖塑性屈服的裂缝三维延伸数学模型,模拟分析了缝尖塑性屈服对水力裂缝扩展的影响.研究表明,在缝尖塑性屈服影响下,缝长延伸略有增加,缝高延伸得到比较明显的遏制;缝尖塑性屈服导致裂缝扩展所需作业压力增加,作业压力增加的同时会导致缝宽方向扩展的增加,越靠近裂缝端部,缝尖塑性屈服对作业压力及缝宽扩展的影响越明显.     

储层裂缝发育等级划分研究

为避免由非裂缝因素引起单个裂缝参数响应所导致的裂缝储层误判,综合考虑裂缝参数对裂缝发育等级划分进行研究.对裂缝分维、裂缝概率、裂缝孔隙度和次生孔隙度等4个参数进行了深入研究.给出这4个参数的计算公式,通过对比分析得出裂缝发育的分级标准,将4个参数相结合对裂缝发育程度进行等级划分.依据裂缝发育的划分标准对邛西A井致密砂岩储层裂缝参数进行评价,评价结果与成像测井识别的裂缝符合率为72％,取得了较好的效果.     

裂缝性储层水力裂缝扩展机理试验研究

采用大尺寸真三轴实验系统,探讨了天然裂缝与水力裂缝干扰后水力裂缝走向的宏观和微观影响因素,分析了压力曲线,提出了天然裂缝破坏准则,分析了不同地应力状态下裂缝的形态。试验结果表明,在常规应力状态下,水平主应力差和逼近角是水平裂缝走向的宏观影响因素;天然裂缝界面摩擦系数和缝内净压力无因次量是微观影响因素。给出了确定天然裂缝破坏边界线的回归公式,揭示了裂缝性油气藏水力裂缝与天然裂缝的干扰机理。局部构造应力状态对水力裂缝扩展的影响大于对天然裂缝的影响。     

元坝地区中部珍珠冲段储层裂缝综合预测

为了探明川东北元坝地区中部珍珠冲段砂砾岩储层裂缝的发育特征和分布情况,采用野外露头调查、岩心观侧以及成像侧井等手段对珍珠冲段储层裂缝进行了研究。结果表明,珍珠冲段储层裂缝以高角度缝为主,裂缝发育的优势方位为近EW向和NWW向,优势方位的裂缝走向与现今最大水平主应力方向大致一致,且高角度缝和直立缝的充填程度较低,说明工区裂缝的有效性较好。综合运用AVAZ裂缝检侧技术、构造曲率法和古构造应力场数值模拟法,结合现场生产资料对珍珠冲段储层的裂缝分布进行预侧,可知裂缝发育的有利区主要为断鼻构造、多组断裂带的交会部位及断裂转折端。