天然裂缝压裂液滤失模型

在裂缝性储层水力压裂过程中,天然裂缝在水力裂缝的作用下产生剪切滑移或张开,使压裂液的滤失量显著增加,从而增大了施工风险.目前的压裂液滤失模型大多是针对均质储层的,不适用于裂缝性储层.为此,从天然裂缝内压裂液的动态滤失过程出发,描述了压裂液滤失的物理过程;根据压力连续及流体体积守恒原理,建立了天然裂缝压裂液滤失模型;结合模型求解思路和方法,编制了计算程序.研究结果表明,压裂液性质、天然裂缝性质和施工参数等对压裂液的滤失影响较大,重点模拟分析了充填带对滤失量的影响.天然裂缝压裂液滤失模型计算结果表明:当最大缝宽较窄时,存在最小滤失量的临界缝宽;当最大缝宽较大时,累积滤失量与临界缝宽成反比;增大充填物的体积浓度可减小压裂液滤失量;而增大充填带临界厚度会增大滤失量,但存在最佳临界厚度.     

页岩储层水力裂缝网络多因素耦合分析

为优化压裂设计、提高页岩储层的改造效果,基于室内真三轴水力压裂模拟实验、现场压裂实践和理论分析的方法,从页岩绪层岩石的脆性指数、水平应力差、天然裂缝的力学特征和发育程度、液体黏度和施工参数等方面分析了页岩储层压裂形成缝网的受控因素。结果表明:页岩储层的水力裂缝网络发育程度受到地质因素和工程因素的双重作用;从储层地质因素上看,岩石的脆性指数越高、天然裂缝越发育、天然缝胶结程度越差,越有利于形成缝网;从压裂作业的因素看,压裂液黏度越低以及压裂规模越大,越有利于形成充分扩展的缝网。在分析单个因素的基础上,建立了多因素耦合的缝网发育指数来表征页岩储层水力裂缝网络发育程度,并用于评价页岩储层压裂后水力裂缝的复杂程度。     

考虑压裂缝网动态滤失的停泵压降模型

通过在传统主裂缝物质平衡方程中引入主裂缝-基质、次裂缝-基质、主裂缝-次裂缝耦合流动表达式，建立了“主裂缝-次裂缝-基质”滤失耦合流动模型，同时将主、次裂缝缝宽的应力敏感方程和井筒注入量方程进行压力-流量连续性耦合求解，实现了滑溜水体积压裂改造停泵后井底压降和缝网闭合的模拟计算。研究表明：停泵井底压降导数双对数曲线呈现5个特征斜率段，反映了停泵后“缝间窜流控制”、“缝网滤失控制”、“缝网闭合控制”和“残余滤失控制”4个主控阶段。水平井体积压裂改造停泵初始时刻，主、次裂缝间的窜流现象明显，随后滤失占据主导，主、次裂缝的滤失呈现出非均匀的递减趋势：主裂缝滤失速度慢，次裂缝滤失速度快，缝网整体呈现先快、后慢，直至接近于零的滤失规律。缝网导流能力对停泵压降曲线形态的影响相对弱于缝网规模；缝网导流能力与滤失量、裂缝闭合程度正相关；次裂缝规模与滤失量、次裂缝闭合程度正相关，但与主裂缝闭合程度负相关。经现场施工数据检验，该模型能够有效地反映缝网的闭合特征，解释结果可靠且能够反映实际水平井各压裂段的非均匀改造效果。     

页岩储层超临界CO2压裂液滤失规律实验研究

压裂施工过程中,压裂液的滤失量是影响压裂裂缝几何形态和压裂效果的主要因素,但目前中国还没有对页岩储层超临界CO₂压裂液滤失规律实验方面的报道。因此,结合中国典型页岩气储层特征,研究了非线性滤失条件下,不同初始相态的CO₂压裂液在地层岩心中的滤失规律,在此基础上分析了CO₂压裂液滤失规律的主要影响因素,以及不同实验条件下CO₂压裂液的滤失机理。实验结果表明,CO₂压裂液的滤失规律受注入压力、压差、裂缝开启度及压裂液黏度等因素的影响,随着注入压力、压差、裂缝开启度的增大,CO₂压裂液滤失速率增大;不同滤失实验条件下,影响CO₂压裂液滤失规律的主导因素不同,当CO₂压裂液处于超临界状态(7.38 MPa,31.1℃)时,由于黏度较大,超临界CO₂压裂液的滤失系数相对较小。      

济阳坳陷陆相页岩油气藏组合缝网高导流压裂关键技术

济阳坳陷页岩油气藏具有埋藏深、构造复杂、沉积相变化快、纹层发育、原油黏度高等复杂特征，采用常规缝网压裂技术时改造效果普遍不理想、压后产量低且衰减快，亟待攻关能形成与之相适应的长期高导流能力复杂缝网的压裂新技术。为此，基于地质工程一体化思路，开展了地质—工程双甜点评价、四级组合缝网构建、主裂缝脉冲加砂理论与技术研究，形成了组合缝网高导流压裂关键技术，并实现了规模应用。研究结果表明：(1)充分考虑页岩油气富集、可动性、页岩纹层发育情况等特征，建立了考虑“岩屑—岩心—井眼—储层”的“地质—工程”双甜点评价模型，井位布置、压裂层位及射孔位置优选更加精准；(2)构建了CO₂与酸液联合降低破裂压力，低黏度压裂液造复杂缝、高黏度压裂液促缝高的组合压裂液新模式，增加了压裂后缝网的复杂性；(3)形成了多层叠置储层压裂后的“大缝宽主裂缝+分支裂缝+自支撑裂缝+酸蚀蚓孔缝”四级组合缝网体系，提出了主裂缝脉冲加砂、分支裂缝连续加砂的高导流缝网加砂压裂新方法，提升了缝网的长期导流能力。结论认为，“双甜点布缝+CO₂与酸液降破促缝+压裂液变黏高黏+主裂缝脉冲加砂”的组合...     

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裂缝储层压裂与普通均质储层压裂存在明显的差异，最主要的差别就是流体的滤失。现有的压裂液滤失模型是针对均质储层而建立的，不能用于裂缝性储层压裂液的滤失计算。文章建立了裂缝性储层压裂液滤失计算的数学模型，采用正交变换法给出了模型的精确解，并讨论了其收敛性，对于裂缝性储层压裂设计和压裂压力分析具有重要的意义。实例计算表明，裂缝性储层压裂液滤失速度计算不能采用滤失速度与滤失时间的平方根成反比的经典滤失理论。     

压裂施工闭合过程压裂液滤失分析

基于压开裂缝闭合过程中压裂液向储层中渗流的物理过程分析，建立了裂缝闭合过程中压裂液滤失量的数值计算方法。考虑了闭合过程中压裂液与岩石之间的热交换，通过建立水力裂缝温度场的计算模型，求出了闭合过程中温度场的变化，结合温度对压裂液流变性能影响的实验数据，给出了用有限差分方法求解的算法，实现了对压裂液滤失量的计算。从而为用数值模拟的方法研究垂直裂缝井闭合过程的压裂压力分析提供了理论依据。     

页岩储层多段压裂后裂缝自然闭合压力递减规律

页岩储层具有低孔隙度、超低渗透率的物性特征,目前通过水平井分段多级压裂对储层进行增产改造是高效开发页岩等非常规储层的关键技术。但由于流体在水平井多条裂缝同时闭合时的流动特征与单条裂缝时明显不同,导致现阶段针对压裂直井成熟的压力递减分析方法不能直接应用于页岩储层分段多级压裂后的压力递减分析。考虑裂缝自然闭合时引起的应力敏感效应和页岩储层中天然微裂隙发育的地质特征,采用双重孔隙介质渗流模型,分析压裂液在页岩储层中的滤失,并结合以弹塑性力学理论为基础的拟三维裂缝模型,建立裂缝体积守恒方程,得到针对页岩储层分段多级压裂后关井期内裂缝自然闭合条件下的压力递减模型。分析结果表明,储层中基质孔隙度、裂缝渗透率和应力敏感系数是影响关井时压力递减的主要因素。     

有限厚度地层中水平缝滤失计算模型研究

压裂液向地层的滤失速度是压裂设计和压后评估分析时确定裂缝几何尺寸最关键的因素之一.现有的水平缝滤失计算模型是针对均质储层而建立的,不能用于裂缝性储层压裂液的滤失计算.基于裂缝性储层的流体渗滤理论,建立了有限厚度裂缝性地层中通过水平缝的压裂液滤失模型,采用付氏正交变换原理对模型进行求解,获得了便于实际应用的解析解.应用表明,裂缝性油藏水平缝滤失速度随滤失时间而降低,但等效的综合滤失系数却随滤失时间的增加而增加.采用滤失速度与滤失时间的平方根成反比的经典滤失理论计算水平缝中受净压力影响的压裂液滤失速度会带来较大误差.论文模型和计算结果对于水平缝的压裂设计具有一定指导意义.     

非连续铺砂裂缝动态闭合实验

采用脉冲式高频段塞压裂进行储层改造时,缝内支撑剂砂团在压后裂缝动态闭合过程中能否保持非连续有效分散,是工艺成功的关键因素。通过研制裂缝动态闭合过程模拟评价装置,对缝内压裂液滤失条件下的裂缝动态闭合过程开展了实验研究,分析了累计滤失量、缝宽及缝内流体压力等参数随裂缝动态闭合时间变化的情况。实验结果表明:压后裂缝动态闭合过程分缝内流体承压、承压过渡、支撑剂砂团承压3个阶段,且各阶段主控影响因素不同,分别受流体滤失、支撑剂砂团受压形变及局部嵌入破碎等因素控制;闭合过程各阶段缝宽变化及累计滤失量随闭合时间的增加,呈现出前期平缓、中期激增、后期平缓的阶段特征;同时结合非连续铺砂裂缝缝内支撑剂的分布状态,定义了缝内孔道率和缝宽持有率,可作为数学表征的参考值,能够精确描述非连续铺砂裂缝缝内孔道特征及动态缝宽特征。利用实验结果修正了滤失系数、支撑剂砂团高度及裂缝形变量等参数计算模型,可用于指导压裂参数优化设计以获取最优缝内孔道率。     

东营凹陷页岩油储层层间干扰及裂缝扩展规律研究

东营凹陷页岩油储量丰富,但储层物性差,纵向含油层系多而薄,多为灰泥岩互层.为了准确描述东营凹陷页岩油储层层间应力干扰机理及水力压裂裂缝的扩展规律,利用非线性有限元法建立了基于渗流–应力–损伤耦合的多薄互层分层压裂模型,模拟分析了不同排量、压裂液黏度及不同上、下隔层厚度下的裂缝扩展形态、规律和诱导应力场,研究了裂缝扩展形...     

陆相页岩储层水力裂缝穿层扩展规律

陆相页岩储层垂向非均质性强,层间岩性与应力差异大,层间弱界面发育,水力裂缝穿层扩展困难,导致压裂改造效果不佳。基于有限元+黏聚力单元法建立了陆相页岩水力裂缝穿层扩展流固耦合模型,与解析解和室内实验结果对比验证了模型的准确性。基于此模型,采用单因素和正交实验分析法开展算例研究,揭示了各项地质与工程参数对陆相页岩储层水力裂缝穿层扩展行为的控制机理与影响规律。研究结果表明,层间界面剪切滑移改变水力裂缝垂向扩展路径,限制缝高增长;水力裂缝宽度较大,削弱缝高扩展能力。高层间界面胶结强度、高垂向应力差、低层间应力差、低抗拉强度差、低弹性模量差、高压裂液黏度、高注入排量,有利于水力裂缝实现穿层扩展,各因素影响程度的主次顺序为层间界面胶结强度>层间应力差/抗拉强度差>压裂液黏度/注入排量>垂向应力差>弹性模量差。研究成果进一步完善了陆相页岩储层水力压裂穿层扩展基础理论,为陆相页岩储层水力压裂选井、选层和施工方案优化设计提供了理论依据。     

双重介质储层压裂技术在河南油田梨树凹区块中的应用

梨树凹区块属中低渗、中低孔储层,天然裂缝发育不均,属双重介质储层,压裂时易产生早期砂堵.压裂施工所形成的人工裂缝极易沿天然裂缝延伸形成多裂缝,难以形成具有一定缝宽的主裂缝,因压裂液过量滤失导致早期砂堵,制约了该区的有效开发.针对梨树凹储层特征应用高粘压裂液体系、“一升一降”变浓度压裂液优化设计技术、前置粉陶多级降滤技术...     

长岭凹陷腰英台低渗储层压裂工艺

松南盆地长岭凹陷腰英台区块低渗透储层微裂缝发育,在地层原始状态下微裂缝呈闭合状,压裂过程中随着压力升高,微裂缝开启形成诱导缝,大大提高储层渗流能力,导致压力下降,压裂液大量滤失,裂缝宽度变小引起脱砂,最终导致压裂失败。通过室内研究和现场试验,采用"悬塞"控缝、高砂比小陶粒控缝等配套技术,有效地控制了微裂缝在压裂过程中的影响,提高了压裂成功率。     

提高深层页岩裂缝扩展复杂程度的工艺参数优化

埋深大于3 500 m的深层页岩储层具有高水平主应力差、发育层理裂缝、低脆性指数等特点,在压裂改造时难以形成复杂裂缝。为了充分认识其水力裂缝扩展规律,采用三维离散格子方法对四川盆地下志留统龙马溪组深层层理性页岩12 MPa水平主应力差下的真三轴压裂物理模拟实验结果开展了离散元数值模拟分析,其结果与发育单一层理的页岩露头室内压裂物理模拟的裂缝扩展规律相吻合;进而对发育多层理的深层页岩储层开展排量、压裂液黏度、层理强度和压裂液交替注入等影响下的裂缝扩展规律数值模拟。研究结果表明:①高排量注入和提高压裂液黏度能够增强深层页岩储层裂缝深穿透改造能力,当排量达到90 mL/min或压裂液黏度达到60 mPa·s时,水力裂缝可连续穿过4条层理并贯穿整个试样;②在高水平主应力差下,低黏度压裂液倾向于激活水平层理,而高黏度压裂液则倾向于直接穿过层理形成垂直主缝。结论认为:①采用前置高黏度/后置低黏度压裂液交替注入压裂工艺可以最大限度地提高深层页岩储层压裂裂缝复杂程度;②当井筒附近存在薄弱层理时,应及时调整压裂工艺和压裂参数,比如尽可能地增加施工排量、采用瓜胶压裂液等,以使水力裂缝突破近井薄弱层理抑制进而实现深穿透改造。     

致密砂岩储层压裂有限离散元分析

利用传统数值模拟方法评价致密砂岩储层压裂效果时,存在裂缝不能交叉的问题。有限离散元（FDEM）法结合了有限元和离散元的优点,能够将有限元建立的连续性材料模型转变为离散元的非连续性材料模型,可模拟储层岩石的变形、破裂和裂缝的萌生及扩展,可解决该问题。基于某致密油气藏的地质资料,运用有限离散元方法研究水平地应力差和压裂液黏度对水力压裂裂缝形态的影响。结果表明：水平地应力差为0～8MPa时,随地应力差的增大,缝长呈现先增大后减小的趋势,平均缝宽会不断增大;压裂液黏度为40～120mPa·s时,缝长会随黏度的增大先增大后减小,平均缝宽则会先减小后增大。通过真三轴水力压裂物理模拟实验对数值模型进行了验证,数值计算结果与实验结果吻合良好,证明了该模型的适用性。该研究成果可为致密油气藏开发提供技术指导。     

玛湖风城组高含盐储层水力压裂裂缝扩展规律

玛湖风城组地层含盐量高,导致压裂施工压力高、水力裂缝穿透盐层扩展难度大、加砂难度大等问题。基于相似准则制备等效含盐岩样开展真三轴压裂实验,并基于有限元法和内聚力单元法开展含盐储层裂缝扩展数值模拟研究,探索了含盐量、黏度、排量等因素对裂缝扩展行为的影响。研究结果表明,与常规砂岩相比,含盐储层破裂压力更高,塑性更强,纯盐隔层的存在会阻碍裂缝纵向扩展;压裂液黏度越小,对含盐储层的溶蚀越强,施工压力就越低;排量越高,压裂摩阻越高,施工压力越高。现场应采用清水配置高黏（120 mPa·s）压裂液和大排量（单簇排量5 m3/min）施工,实现水力裂缝有效穿透纯盐隔层并形成较大缝宽。研究成果对玛湖地区含盐储层的改造具有重要指导意义。     

煤层压裂裂缝延伸及影响因素分析

为提高煤层压裂效果,采用拟三维裂缝延伸模型,系统全面分析了岩石物性参数(弹性模量、泊松比、断裂韧性)、地应力差、产层厚度、施工条件(排量、黏度、压裂液滤失性)等对裂缝几何形态的影响。、结果表明：应力差、排量、产层厚度等与缝长、缝宽成正相关;弹性模量、泊松比、断裂韧性、排量、黏度等与缝高成正相关;滤失与缝高、缝长、缝宽三者成负相关,此研究结果对获取理想的裂缝几何形态有重要的理论指导意义。     

页岩储层钻井液-压裂液复合损害机理及保护对策

为了分析钻井液与压裂液复合作用导致的储层损害,考虑油基钻井液侵蚀页岩矿物诱发的裂缝延伸,建立钻井液动态侵入深度预测方法,评价页岩裂缝面力学性质弱化、裂缝闭合与岩粉堵塞导致的天然/水力裂缝损害,提出钻井液-压裂液复合作用储层损害模式,揭示页岩油气层钻完井损害机理并提出保护对策。研究表明,钻开储层过程中,钻井液通过页岩诱导裂缝和天然裂缝深度侵入储层,侵蚀页岩矿物并导致侵入带页岩力学性质普遍弱化;水力压裂过程中,钻井液-压裂液复合作用进一步弱化页岩力学性质,导致生产过程裂缝更易闭合并发生岩粉脱落,诱发天然/水力裂缝应力敏感损害和固相堵塞损害,造成钻井液-压裂液复合作用带裂缝导流能力大幅降低,制约页岩油气井高产稳产。提出了防塌防漏加速储层段钻进、化学成膜防止页岩裂缝面力学性质弱化、强化页岩裂缝封堵减少钻井液侵入范围、优化压裂液体系保护裂缝导流能力的页岩储层保护对策。     

多裂缝煤岩储层水力压裂裂缝动态扩展研究

考虑多裂缝煤岩储层裂缝发育特性,基于简化的N-S方程和连续性方程建立了水力压裂裂缝尖端动态扩展模型。采用坐标变换的方法简化缝内流体连续性方程,计算得到多裂缝煤岩储层任意时刻压裂液的滤失速度。应用3D-CBMulti-Fracture软件,对山西某区块WS-10煤层气井水力压裂主裂缝及次生裂缝动态扩展过程进行研究。研究结果表明,当携砂液注入次生裂缝时间超过5 min后,压裂液滤失速度出现波动,随着裂缝尖端砂堵区渗透率增大,压裂液滤失系数增大;当次生裂缝砂堵区渗透率较小时,裂缝尖端变得短而粗,携砂液进入次生裂缝10 min后,裂缝最大宽度增加了2.2倍;增大裂缝尖端砂堵区渗透率,裂缝长宽比变化均匀,裂缝截面形状不会发生突变;当裂缝尖端砂堵区渗透率为0时,水力裂缝动态扩展体积误差为5%~25%。