海拉尔盆地人工隔层控缝高压裂技术研究

海拉尔盆地大部分井隔层/产层应力差小,有效控制压裂裂缝高度是保证施工成功的关键技术.假定浮式、沉式控缝剂在裂缝端部分别形成具有一定厚度和应力强度(梯度)的人工隔层获得了裂缝剖面上的应力分布.应用线弹性断裂材料的I型裂缝静态延伸准则,首次建立了人工隔层条件下的裂缝高度延伸控制方程,可以定量描述缝流体压力对裂缝高度的控制作用和人工隔层对裂缝高度延伸的影响.通过编制计算机程序模拟,研究了控缝剂对裂缝高度延伸的控制作用,模拟表明使用控缝剂形成人工隔层可以有效控制压裂缝高度.现场应用证明了采用人工隔层遏制海拉尔盆地压裂裂缝高度延伸是可行的.该方法可以用于现场控缝高压裂设计.     

东胜气田人工裂缝高度影响因素分析与应用

东胜气田主力开发层位盒2储层底部普遍含水,有效控制人工裂缝高度是实现气田高效开发的关键。人工裂缝高度影响机理研究表明影响裂缝高度延伸的因素主要有可控和不可控因素2类。修正裂缝扩展模型,考虑储隔层地应力差、施工排量等因素,对裂缝垂向延伸规律的影响因素进行分析,给出了不同条件下的控缝高压裂设计思路,有效指导了压裂设计施工参数的优化。     

水压裂缝缝内流场的理论研究

水力压裂过程就是地层在受到压裂液作用后裂缝向前延伸扩展的过程。水力压裂过程中，缝内流体的流动特征对裂缝的延伸和形态具有很大的影响。要确定水力压裂过程中的缝宽变化，首先应根据流体力学理论，找出缝内流体压力的分布规律，得出它与裂缝宽度的关系，再根据岩石力学和断裂力学理论，寻求二在裂缝宽度或压力方向的流固耦合，从而科确定出裂缝的几何形态。通过缝内流场的理论研究，推导出了一个新的描述缝内流场的理论模型，为求解全三维裂缝几何形态打下了理论基础。     

压裂裂缝拟三维延伸的数值模拟

为了使压裂设计更符合实际情况,近年来倾向于使用裂缝三维延伸的数学模型。本文以I D Palmer缝高模型为基础,应用线弹性断裂理论,建立了适合层状分布油气层压裂时裂缝拟三维延伸动态尺寸计算的数学模型,模拟了裂缝三维延伸过程中裂缝尺寸随时间的变化关系。     

利用横波各向异性评价含煤页岩气储层压裂缝高度——以新场地区须家河组五段为例

对比井筒内压裂前后地层横波各向异性的变化,能够直观、有效地评价及检测压裂缝高度。因此,采用该方法对川西坳陷新场地区须家河组五段含煤页岩气储层压裂缝高度进行了评价,结果显示,岩石脆性矿物含量高、岩石弹性模量高、天然裂缝发育程度高的储层段容易被压裂,压裂缝系统产生的地层横波各向异性更强,同时压裂缝也更容易发生垂向延伸,而脆性弱的煤层、碳质页岩层对压裂缝的垂向延伸具有较强的终止作用。建议在类似地质条件下的储层改造方案中充分考虑煤层及碳质页岩层的发育情况,优选射孔及压裂施工深度段,最大程度地改造储层。     

压前测试评价在异常高压致密气藏应用研究

压裂测试技术的选择及其分析对压裂设计原则和规模大小的确定至关重要,开展气藏压前测试评价技术可以达到认识储层应力特征、滤失特征和裂缝延展特征的目的,验证裂缝垂向延伸高度与软件模型的一致性.以沙特阿拉伯鲁卜哈里盆地X-2S井为例,针对储层物性认识不清的问题开展了注入/压降测试,求取储层有效渗透率;针对交叉偶极声波测井数据解释储层地应力剖面表现出缝高难控制的特征,开展了小型压裂测试及井温测井,计算储层应力剖面和缝长、缝高延展特征;针对侧钻斜井的问题开展了阶梯测试,求取了孔眼摩阻和近井筒摩阻.系统的压前测试评价技术可获取探井致密气藏改造的重要井层资料,对指导主压裂安全施工具有重要作用,为国内异常高温高压致密砂岩气藏压裂提供了借鉴.     

水平井多级脉冲气体加载压裂及产能评价

基于三向地应力和气体压力作用下水平井筒周围围岩的受力特点,通过引入加权函数,并采用与时间相关的爆生气体压力分布方程,应用弹性力学、断裂力学理论给出了多级脉冲气体加载压裂水平井裂缝尖端应力强度因子计算式,建立了多裂缝起裂扩展准静态方程,该方程可以模拟爆生气体驱动下缝长、缝宽的变化过程。根据产能方程分析了不同裂缝参数对产能的影响。结果表明,多级脉冲气体加载压裂可沿着水平井筒轴线产生多条径向裂缝,裂缝沿着与射孔相位一致的方向延伸直到止裂,止裂后裂缝会发生一定程度的闭合形成残余缝宽;不同的裂缝条数会产生不同的最终缝长;多级脉冲气体加载压裂水平井能够显著增加油井产量,裂缝的长度对油井产量的增加起决定作用,在现场施工中应对此压裂工艺进行优化设计与控制,增加裂缝长度,减少裂缝条数。     

裂缝性储层中水力裂缝扩展规律的数值模拟研究

在对裂缝性储层进行水力压裂过程中,天然裂缝的存在会对水力裂缝的扩展产生十分重要的影响。通过建立水力裂缝遭遇天然裂缝的二维平面应变计算模型,采用数值模拟的计算方法,对裂缝性储层中水力裂缝的扩展规律进行研究。结果表明,在水力裂缝扩展过程中,水力裂缝的入射角、远场主应力比以及天然裂缝的胶结强度是影响水力裂缝扩展的主要因素。在低入射角,低远场主应力比的情况下,水力裂缝更易于转入天然裂缝并在缝内延伸;在高入射角,高远场主应力比的情况下,水力裂缝更易于直接穿过天然裂缝;天然裂缝胶结强度越低时,水力裂缝越容易转入天然裂缝并在天然裂缝内延伸。     

江陵凹陷薄互层压裂技术研究与应用

江陵凹陷薄互层为低渗透储层,是勘探的主力区块。平面上断层分布复杂,纵向上砂泥交互隔层差,储层纵向上应力差异小,导致压裂缝高易失控、加砂困难。特殊储层特征影响压裂施工规模与裂缝匹配性,通过对薄互层裂缝延伸方向及压裂缝高扩展影响因素分析,结合压裂缝高扩展规律形态,开展缝高预测及综合控制技术研究,认为影响缝高的主要因素为缝内净压力,采用组合压裂液、组合排量,支撑剂段塞配套工艺,以及增效压裂液和防盐敏压裂液两种低伤害压裂液体系等压裂改造技术,可增强压裂效果。江陵凹陷薄互层7井次的压裂实践验证了这一认识,为预计控制储量1 150×10~4 t的有效动用提供技术支撑。     

基于动态演化的深层页岩裂缝延伸规律研究

由于埋深、应力环境、力学性质等的显著变化,深层页岩较中浅层页岩缝网形态发生了明显变化。针对深层页岩储层特点,结合利用DFN计算模型和Kaiser声发射-莫尔库伦圆室内试验,通过多因素分析,研究了深层页岩不同阶段裂缝起裂及延伸扩展的形态,并以此为基础,揭示了深层页岩裂缝系统形成过程中,各主要阶段的动态演化规律,即:主干裂缝→分支裂缝→微裂缝的变化过程。根据不同阶段裂缝特征,制定合理的压裂工艺,对于提高深层页岩改造效果具有重要指导作用。     

交会图在控缝高压裂影响因素分析中的应用

江汉油田潜4^3油组普遍具有油层薄、隔层薄的特点,属于低渗透油藏的第二、三类差储藏,压裂控制缝高难度较大。统计现场压裂施工效果,结合储层岩性特征并应用交会图图版法分析压裂因素,发现影响缝高控制的因素很多,除地应力、储层的杨氏模量、断裂韧性等地质参数外,施工排量、压裂液黏度、前置液量、支撑剂量等因素也可影响裂缝高度的增长。不能仅考虑地质因素或工程参数某一个影响因素,应综合多种因素分析研究。     

水力压裂井井温资料在河南油田的应用

井温测试作为诊断水力压裂缝高最有效的一种手段,在全世界得到广泛应用,由于各地储层特征千差万别所以解释方法和应用范围也各不相同。本文根据河南油田压后井温曲线特征结合储层压力和测温时间,总结了判断裂缝高度的四种方法;用停泵后不同时间录取的温度,统计出停泵时目的层温度,为压裂液的优选提供了可靠的依据;用砂层厚度与隔层厚度交会的方法统计出了安棚油田能够有效阻挡人工裂缝延伸的最小纯泥岩隔层厚度,为压裂选层、压裂施工设计、压后效果分析提供了可靠的第一手资料。     

路44区块二次加砂压裂工艺的分析及应用

对于低渗透薄差层的改造,控制缝高是影响改造效果的关键因素。华北油田路44区块薄差层砂泥互层严重,上下隔层应力较弱,常规的加砂压裂工艺适应性较差,因此决定采用二次加砂压裂工艺。通过建立裂缝沿缝高扩展模型,论述了二次加砂压裂具有控制缝高的作用。并根据路44区块油井的地质参数和施工参数,利用FracproPT软件进行二次加砂压裂施工模拟,将其与常规加砂压裂对比,结果表明在加砂量相同的情况下,油井在二次加砂压裂后裂缝高度较小。最后结合数值模拟结果对加砂量、第二次注入前置液的比例、停泵时间和排量4个施工参数进行分析,确定出最佳的施工参数范围。研究对于油田现场二次加砂压裂的施工具有一定的指导意义,将研究结果应用于现场其他井中,增产效果较好。     

体积压裂裂缝对地应力场干扰规律的研究

为了研究体积压裂在低渗透油藏的开发效果,采用有限元分析并利用Comsol对体积压裂过程中的地应力扰动进行模拟,分析了地应力的分布、裂缝长度、裂缝的净压力、简单缝和复杂缝对地应力扰动的影响,以及裂缝长度、弯缝与直缝的应力扰动及影响分析,获得了地应力扰动的影响因素与影响规律。研究表明:裂缝长度、裂缝净压力和裂缝形态是影响应力扰动的主控因素,应力扰动的幅度值与这些因素呈现正相关;同时建立了不同裂缝长度,最大和最小主应力扰动差值的图版,可用此图版来确定不同裂缝长度条件下复杂缝网产生的位置;直缝对弯缝的扰动值较直缝更小。     

基于均匀设计法的水压致裂模拟试验优化研究

水压致裂技术作为一种绝对应力测量方法广泛地运用在原地应力测量领域,在其测量过程中影响岩石破裂值的流体力学影响因素主要是压裂液的注液速率、黏度和密度等,因此应开展流体力学影响因素的室内模拟试验,定量分析各因素对于原地应力测量准确度的影响。由于因素数量较多且该试验对于岩芯试块为破坏性试验,因此试验设计较为复杂且次数较多,全面试验或正交试验方案将严重影响试验实际操作和试验效果。本文在理论分析流体力学因素对于裂缝扩展和破裂压力影响基础上,提出一种基于混合水平均匀设计方法的水压致裂模拟试验优化方案,根据压裂液的注液速率、黏度和密度等影响因素及其参数值（水平数）构建均匀试验设计方案,利用DPS数据处理软件获取最优混合水平的均匀设计表,然后根据最优均匀设计表选择不同流体力学参数的典型点进行试验。最后将试验结果与部分全面试验结果进行对比分析,证明优化试验的岩石破裂值均处于全面试验测量区间内,印证了不同流体力学因素对于岩石破裂值的影响效应。本文中优化算法试验方案通过较少的试验次数简化了试验流程,试验次数仅为正交试验的四分之一,因此显著提高了水压致裂多影响因素模拟试验效率,对于后续建立不同流体力学影响因素的破裂压力修正公式与补偿模型提供了一种快速有效的试验方法,对原地应力进一步精确测算具有一定的积极意义。     

GRJ-11压裂基液性能的研究

就压裂基液配制的6个因素通过现场实验研究，对其结果进行了分析，将其因素的影响机理进行了阐释，通过正交试验确定了压裂基液配制的最佳条件。优化条件配制的压裂基液投入现场压裂施工应用后，效果显，达到了对油层改造的目的。     

斜井压裂大型真三轴模拟试验研究

通过大型真三轴模拟试验,研究了井斜角,井眼方位角、射孔方式对斜井压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝延伸规律的影响,得到了不同参数条件下裂缝起裂和延伸的直观认识.探索通过定向射孔形成一条平整大裂缝的途径,从而降低水力压裂地层的破裂压力,改善裂缝形态,提高压裂成功率,为优化斜井地层射孔方案及水力压裂设计提供依据.实验结果对于提高斜井水力压裂技术水平,改善压裂增产效果具有重要作用.     

压裂基液配制及再生工艺系统的研制与应用

对压裂施工剩余压裂基液回收再利用的可行性进行了现场实验研究,对其结果进行了分析,找到了不同黏度的压裂基液（清水以黏度为1mPa．s计）相混合,其混匀后的黏度的计算方法。该技术全年共创116．17万元的经济效益。回收再利用的压裂基液投人现场压裂施工应用后,效果显著,达到了对油层改造的目的。     

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加，大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段，大位移井水力压裂裂缝起裂与直井，普通定向井有显差别，其起裂模式不仅与井眼轨迹（井斜角，方位角等）有关，而且还与地应力方位密切相关，以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件，压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响，建立了大位移井井筒周围应力场分布模型，提出了裂缝起裂压力和起到方位预测模型，并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响，计算结果表明，建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。     

油气井压裂裂缝高度分析

按二维线弹性断裂力学理论,分别用解析法及有限元法分析了水力压裂过程中,原地应力、岩层性质和压裂液密度等因素对裂缝扩展的影响,提出了预测裂缝高度的方法和计算程序。