水力喷射分段压裂裂缝起裂模型研究

优化设计水力喷射分段压裂施工方案时,需要较为准确地预测不同位置的起裂压力。基于Westergaard理论,建立了考虑裂缝诱导应力场的水力喷射分段压裂起裂模型,分析了受第一条裂缝诱导应力影响的后续裂缝起裂压力,并与现场实际压裂数据进行对比;同时,分析了不同裂缝高度、裂缝净压力、原地最小水平主应力和与第一条裂缝的距离对第二条裂缝起裂压力的影响。计算结果显示,模型计算值与压裂试验数据吻合较好。在实际施工参数条件下,裂缝面净压力每增大5 MPa,后续压裂起裂压力增大3 MPa;第一条裂缝高度每增加10 m,后续裂缝起裂压力增加2 MPa,诱导应力场影响范围增加30 m;与第一条裂缝距离越近,后续裂缝起裂压力越高,最大增幅可达21%;原地最小水平主应力增大,诱导应力场的影响范围并不会增大。研究结果对优化设计水力喷射分段压裂施工方案具有一定的指导作用。      

渤海油田低渗储层开采技术研究进展与展望

海上低渗油田的高效开采已成为海洋油气增储上产的重要方向。从2006年开展低渗储层压裂先导试验开始,渤海油田经过十余年的攻关与实践逐步总结出适应于渤海低渗储层特征的开采策略,并针对常规低渗储层、低渗/特低渗储层和复杂岩性低渗储层特征形成压裂开采技术体系,包括常规低渗储层整体压裂技术、防砂卡精细分层压裂技术,低渗/特低渗储层复杂裂缝改造技术、分层暂堵压裂技术,复杂岩性低渗储层缝控压裂技术、水力喷射压裂及防砂技术、裂缝蚀孔酸压技术。“十四五”期间渤海油田将重点攻关特低渗储层注气开采、大规模低成本压裂和裂缝监测等核心技术,持续推动渤海低渗储量实现规模化高效开采,为中国海上低渗油田开采技术的进一步发展提供参考。     

页岩储层射孔水平井分段压裂的起裂压力

目前,页岩储层水力压裂裂缝起裂和扩展机理研究已成为国内外水力压裂研究领域的重要课题,射孔水平井分段压裂技术是其高效开发的主要手段。针对目前部分裂缝起裂压力模型在计算射孔水平井横向裂缝起裂时破裂压力过低、严重偏离实际的问题,基于Hossain模型和Fallahzadeh模型,建立了新的水平井射孔孔道表面的应力分布模型;同时开展了水平井分段压裂的诱导应力分布研究和不同压裂工艺条件下复合地应力的分析;进而针对页岩储层的岩性特征,建立了考虑诱导应力条件下,页岩储层射孔水平井水力压裂在岩石本体起裂、沿天然裂缝剪切破裂和沿天然裂缝张性起裂3种方式下的起裂压力计算模型,提出了页岩储层水力裂缝起裂方式和起裂压力的判别方法。该成果对于页岩储层水力压裂裂缝起裂机理的研究和现场应用具有一定的指导意义。     

页岩气水平井增产改造体积评价模型及其应用

目前,已有的水力压裂储层增产改造体积(SRV)评价方法主要包括微地震监测法、倾斜仪测量法以及数学模型计算法,其中,直接测量方法都存在着成本高、可复制性差的不足,而理论模型计算SRV可以降低成本,提高计算的速度和结果的准确性、可靠性。为此,在分析目前SRV评价模型局限性的前提下,基于水平井分段分簇压裂裂缝扩展理论、岩石力学理论和渗流力学理论,考虑页岩气水平井分段分簇压裂裂缝扩展过程中流体扩散渗流场和裂缝诱导应力场同时改变对页岩体天然裂缝的触发破坏机制,针对页岩气储层水平井分段分簇缝网压裂建立了一套SRV数值评价模型(以下简称新模型),并据此对分簇裂缝延伸行为、水力裂缝诱导应力场变化、水力压裂储层压力场抬升以及天然裂缝破坏区域的扩展进行数值模拟与表征,计算储层改造总体积,并在涪陵国家级页岩气示范区X1-HF井对新模型进行了矿场应用验证。结果表明:(1)新模型的计算方法与页岩压裂过程储层SRV实际物理演化机制相一致,可实现对SRV更准确地计算和定量表征;(2)新模型模拟所得SRV与现场微地震监测结果较为吻合;(3)示范区内水平井分段压裂形成的SRV能够满足页岩气高效开发的要求,压裂增产效果明显。结论认为,新模型具有较高的准确性和可靠性,对于涪陵页岩气示范区后期页岩气缝网压裂优化设计、井间距调整和加密井部署设计等都具有重要的指导作用,值得大规模推广应用。     

拖动式水力喷射分段压裂工艺在筛管水平井完井中的应用

为实现筛管水平井储层有效压裂改造和降低施工风险,对拖动式水力喷射分段压裂工艺进行了优化改进。根据水力喷射分段压裂工艺技术射流增压、射流密封和降低起裂压力的基本原理,结合筛管水平井的井况及特点,将拖动式水力喷射分段压裂工具与滑套式工具相组合,融合相应的施工工艺,降低了筛管井压裂管柱砂卡风险。成功对筛管水平井SA井实施3段加砂压裂,最高施工砂比达到40%,压裂规模72 m3,压裂管柱成功上提出井。裂缝监测结果表明,在水平段压裂位置产生了3条走向明显的裂缝,裂缝长度均为110~135 m,与设计长度吻合较好,实现了储层分段压裂目的。该井产油量由原来的4.0~5.0 t/d提高到25.9 t/d,压裂增产效果明显。      

页岩气储层水力压裂扩展有限元模拟方法及应用

页岩气储层低孔低渗,需用水力压裂等方法进行储层改造方可获得经济产能。储层改造中裂缝的形态和分布对体积改造效果至关重要。为了研究压裂裂缝的模拟方法,系统调研和对比了储层水力压裂模拟常用方法,开展了扩展有限元模拟,研究表明:①水力压裂物理模拟实验能够直观观测裂缝的形态及展布特征,但因试样尺寸等问题难以代表实际储层压裂情形;②常用的数值模拟方法有边界元法、非常规裂缝模型、离散化缝网模型和扩展有限元法等,这些方法各有优缺点,需做有针对性的改进才能更好地模拟真实页岩储层压裂情况;③应用扩展有限元法模拟水力压裂和分段顺序压裂过程中裂缝的延伸情况,得到射孔方向与最大水平主应力之间夹角和诱导应力对压裂裂缝的影响,夹角越大,裂缝偏转角度越小,偏转距离越大,初始破裂压力越高,裂缝稳定延伸的压力也越大,而诱导应力的存在会抑制压裂裂缝的延伸。对实际压裂工程中射孔方向的选择和分段压裂射孔间距的设计具有指导意义。     

安塞油田水平井水力喷射分段压裂技术研究

安塞油田三叠系存在"低渗、低压、低产"等地质特征,传统压裂工艺一般压裂1～2层,平均单井日产液量3.5 m3左右,单井改造效果较差,且选用直嘴+封隔器的简单压裂管柱施工,施工周期一般在10天左右,施工周期较长。安塞油田引进了水平井水力喷射分段压裂技术,对水平井水力喷射分段压裂机理、水力喷射及分层压裂中诸多参数进行了优化,并在现场进行了试验。2011—2012年此项技术在安塞油田成功应用22井次。该技术施工针对性强,工艺简单方便,适用各种完井方式及固井质量差的井况,为安塞油田及其它区块储层低渗油气藏水平井水力喷射及压裂改造工艺的实施奠定了基础。     

水平井分段压裂射孔间距优化方法

为了使水平井分段压裂形成更为复杂的裂缝网络体系,提高油气井产量,以均质、各向同性的二维平面应变模型为基础,建立了人工裂缝诱导应力场数学模型,并结合诱导应力场中水平最大、最小主应力方向发生转向作为裂缝转向判断依据,形成了射孔间距优化方法。研究结果表明,随着裂缝间距的增大,诱导应力分量逐渐减小;裂缝间距一定时,在最小主应力方向附加的诱导应力比最大主应力方向附加的诱导应力大,两者之差呈现先增大后减小的变化趋势。对川西水平井射孔簇间距进行了优化,压裂后输气求产,与邻井选取较大射孔簇间距压裂求产对比,增产效果明显。该射孔间距优化方法对低渗透储层水平井分段压裂设计有一定的指导意义。      

水力压裂设计的新模型和新方法

压裂设计是水力压裂技术的核心,由于非常规储层的特殊性,使得压裂设计面临一系列的挑战。为此,梳理了国内外压裂设计各环节的新模型和新方法,并分析了其发展方向。压裂设计的新模型和方法主要分布在储层描述、水力裂缝刻画、水力裂缝优化以及水力裂缝模拟等4个方面,其中储层描述主要是在创新参数获取基础上建立新的地质力学模型;水力裂缝刻画主要体现在开发新方法,并结合物理模拟实验认识,提高现有监测手段的准确性;水力裂缝优化方面主要进展是挖掘储层与流体的相互作用,并通过规律性描述,形成新型的油气藏数值模拟软件;水力裂缝模拟主要通过方法创新,研发新型的适用于水平井分段多簇压裂的裂缝数值模拟器。因此,建议国内同行在坚持工具、设备等硬件投入的基础上,加强基础研究,力争在各种评价模型和软件方面取得突破,从而提高压裂设计的科学性,进而实现非常规油气藏的高效经济开发。     

PSK多级滑套水力喷射分段压裂技术的应用——以镇北油田水平井为例

目前各油田应用的水平井分段改造技术中,水力喷射分段压裂技术由于入井工具较少、现场施工简单,近年来在长庆油田低渗透油藏水平井得到了广泛应用。但前期水力喷射钻具效率较低,施工中换钻具次数较多,影响了水平井试油压裂速度。文中在调研各大油田水平井水力喷射分段压裂技术的基础上,通过工艺改进和现场应用,形成了PSK多级滑套水力喷射分段压裂技术。现场试验表明,该套工具性能稳定,能够实现水平井多段有效分压,单趟钻具能够施工5~6段,大大缩短了施工周期,提高了施工效率。     

页岩储层水力压裂优化设计

含气页岩由间隙气和吸附气组成,水力压裂是提高这类储层有效动用的唯一手段.本文在分析研究页岩储层特征的基础上,对适合于页岩的水力压裂模型和工艺参数优化进行了分析研究.页岩储层天然裂缝和层理发育,储层流体主要是在层理及天然裂缝系统中进行,针对砂泥岩地层的水力压裂数值模型(包括全三维模型)不适用于页岩储层水力压裂分析.DFN离散裂缝压裂模型是基于连续均匀介质和多孔不连续非均匀介质力学理论的3D压裂数值模型,可用于模拟页岩和煤岩水力压裂中多裂缝、非对称缝和不连续缝,也可用于天然裂缝和断层发育地层中的不连续缝的模拟.在压裂工艺方面,对射孔方式、压裂液、支撑剂等进行了优选.研究结果也可用于裂缝性砂岩储层改造.     

裂缝性储层水力裂缝延展理论与应用

在裂缝性储层储层中,由于天然裂缝的存在,使得裂缝起裂和裂缝延伸规律异常复杂。总结传统水力压裂模型及裂缝性储层水力裂缝扩展理论,结合现场资料应用压裂设计软件设计红河油田某井的压裂,在考虑分析影响的前提下得出优化结果。     

致密储层水平井体积压裂段间距优化方法

目前致密储层的主要开发方式为水平井+体积压裂改造,但对于天然裂缝不发育的储层,通常难以形成复杂的裂缝网络系统,不能够达到预期的改造目标。针对这种情况,在研究压裂过程中诱导应力场变化的基础上,建立了诱导应力和原地应力相叠加的数学模型,结合缝间应力干扰分析结果,形成了体积压裂段间距优化方法。研究结果表明,利用水力裂缝之间的应力干扰中和原始地应力有利于形成复杂裂缝,并且在同样的原始地应力条件下,随着裂缝高度和裂缝内净压力的增加,形成复杂缝网的段间距会增加。现场实例计算验证了通过应力干扰确定水平井压裂段间距优化方法的可行性,该优化方法对致密储层水平井分段体积压裂设计有一定的借鉴意义。     

BZ油田水力裂缝在天然裂缝界面延伸行为

BZ油田沙三段低渗储层天然裂缝发育,水力裂缝垂向上与天然裂缝面相遇时的裂缝延伸方式直接影响水力压裂优化设计。基于岩层垂向上最小水平主应力分布近似相等的特征,将界面附近岩石简化为双层岩层受力分布;依据线弹性断裂力学理论,给出远场有效应力作用下垂直于水平岩层压裂裂缝的缝尖应力场;结合裂缝张性破坏和剪切破坏准则,建立了考虑岩层界面内聚力、摩擦系数(内摩擦角)及抗张强度影响下的水力裂缝滑移判据;根据储层原地应力场和岩石力学计算,分析了相应参数对水力裂缝穿越与滑移的影响。结果表明,BZ油田沙三段储层水力裂缝延伸到天然裂缝界面时表现为穿越现象,这对压裂优化设计具有重要指导意义。     

深层低渗水平井压裂改造技术

为解决中原油田深层低渗水平井压裂问题,引进水力喷射压裂技术,针对储层特点研制出适用于水平井压裂的抗剪切、携砂能力强、性能稳定的压裂液应用体系,结合水平井完井方式研发了水力喷射压裂工具,并在实际压裂施工中对水力喷射压裂工艺、管柱、设备、流程等进行优化、改进、完善,形成了适合中原油田的水平井水力喷射分段压裂技术.     

东北工区水平井分段压裂技术研究

针对东北工区七棵树油田和松南登娄库气田水平井增产的需要,通过建立水平井分段压裂产能模型,优化了致密油气藏水平井分段压裂裂缝条数、缝长等参数;通过岩石力学参数、隔层厚度和压裂参数优化,形成了七棵树油田水平井泥岩穿层压裂工艺技术和登娄库气田水平井缝高控制技术;建立的筛管完井或套管固井的水力喷射定点分段压裂工艺技术、裸眼封隔器分段压裂与完井一体化工艺技术,能够满足不同完井方式水平井分段压裂的需要,且经济效益显著,为东北油气分公司的增储上产提供了强有力的技术支撑。     

姬塬油田H117区块长8油藏重复压裂技术研究与应用

重复压裂技术在造缝机理、选井评层原则、工艺设计等方面均取得了重大进展,并获得良好的矿场效果。文章考虑裂缝诱导应力场、生产诱导应力场,根据应力叠加原理模拟确定姬塬油田H117区块长8储层重复压裂仍然以延伸原有水力裂缝为主(小角度转向)。采用油水两相渗流数值模拟结合数理统计方法确定该区长8油藏重复压裂技术界限为:地层压力>19MPa、Sw<50%、Ke>0.5×10-3μm2。基于要求的裂缝参数和储层特征参数优选重复压裂施工工艺参数,推荐压裂施工排量3～4m3/min;基于地应力分布特征和储层厚度进行裂缝模拟,推荐加砂量50～60m(310m厚度)和50～70m(320m厚度)。现场应用效果良好,为实现该区增产稳产和提高采收率具有重要的指导作用。     

水力喷射压裂关键技术分析

针对在低渗透油藏采用封隔器分层压裂工艺存在井下工具管串不能取出和封隔器在斜井段磨损密封不严,以及使用连续油管而施工排量达不到加砂压裂要求的问题,开展了水力喷射压裂工艺技术研究。该技术综合了水力喷射射孔、水力压裂和双路径泵入流体等多种技术,能较准确地在指定位置制造裂缝,无需机械封隔,可节省作业时间和降低作业风险。重点介绍了3种水力喷射分段压裂工艺管柱和为之配套的主要工具及技术特点。现场应用表明,该技术在1次施工过程中可完成水力喷射射孔和压裂,简化了工艺程序,节省了施工时间,提高了作业效率,能达到有效改造储层和提高单井产量的目的。     

页岩气井压裂工艺技术研究综述

在页岩气开发过程中,通过页岩气压裂改造技术能够形成较为复杂的网状裂缝,有效增大储层改造体积。本文主要介绍了国内外可钻式桥塞分段压裂、水平井裸眼封隔器分段压裂、水力喷射分段压裂、重复压裂、同步压裂、高通道压裂、井工厂压裂等多种页岩气压裂工艺技术,并详细分析了各自的特点及其适用范围,为国内页岩气开发提供技术参考。     

考虑应力场变化的水平井压后产能计算方法 ——水平井井筒沿最小主应力方向

低渗、特低渗油气藏水平井的分段压裂产能模拟计算，一般不考虑储层应力变化对裂缝形态的影响，计算误差较大。将二维诱导应力场计算模型与预估的每段分压时间间隔相结合，计算已存在的人工裂缝对应力场变化的影响，预测后续压裂人工裂缝形态，并根据预测结果建立地质模型，采用三维三相黑油模型计算水平井压后产能，从而建立了考虑人工裂缝存在时应力场变化后的水平井分段压裂产能计算方法。结果表明，在考虑应力场变化时，人工裂缝形态会发生明显变化，由预期的横切裂缝，变成类似于“T”形的人工裂缝，且横切缝部分会远离预定的射孔位置。JM 油藏实例分析得出，考虑8 条横切裂缝存在时水平井产能与不考虑应力场变化时所计算的产能相比， 5 年末的累计产量相差5.6%，验证了进行水平井分段压裂产能计算时考虑实施过程中应力场变化的必要性。