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。      

滨南油田水力压裂模拟试验研究

地应力场、岩石物性、孔隙压力、射孔和天然裂缝是控制水力压裂裂缝起裂和扩展的主要因素。根据滨南油田660区块和853区块的实际工况,通过数值模拟和真三轴水力压裂物理模拟,结合岩石的抗拉破坏准则,模拟了射孔方位角和地应力状态等因素对水力压裂过程中起裂压力和裂缝扩展过程的影响,结果表明射孔方位角和地应力场控制着起裂压力、裂缝扩展方位和形态,成果可对油田水力压裂设计、施工提供参考。     

斜井及水平井在不同构造应力场水力压裂起裂研究

水力加砂压裂是储层特别是低渗透储层改造的重要手段。压裂施工时,储层破裂压力直接决定水力压裂的成功与否。影响储层破裂压力的因素较多,例如射孔相位、密度、孔径等,但对于斜井或水平井,构造应力场及其与井身结构之间的匹配关系对破裂压力和初始起裂方向影响更为显著。在压裂施工中,由于缺乏对上述因素的认识,常常导致施工因压力过高而中止。基于线弹性断裂力学结合岩石的抗拉破坏准则,对构造应力场进行分类,展开了不同构造应力场下斜井和水平井压裂施工中破裂压力及裂缝起裂方向研究,为水力压裂起裂及优化设计提供参考依据。     

COMPUTATING MODEL OF TOTAL STRESS FIELD OF THE STAGED FRACTURING FOR HORIZONTAL WELL

当多条裂缝依次压开时,裂缝间存在着相互干扰,随着压裂液性质、注液量、压开裂缝条数和裂缝位置的不同,裂缝的起裂压力也不同.针对长庆油田分段压裂水平井裂缝起裂压力计算问题,综合考虑了井筒内压、原始地应力分布、压裂液渗滤效应、现有水力裂缝的诱导应力等影响因素,根据叠加原理及弹性力学理论,建立了水平井分段压裂总应力场计算模型,分析了水力裂缝的起裂规律.计算了实际油田区块1口压裂水平井的各条裂缝起裂压力,理论计算值与现场实测值吻合较好.该计算模型不仅能够定性研究先压裂缝对后续裂缝起裂压力的影响趋势,而且能够定量计算出各条裂缝破裂压力值,进而用来指导压裂施工设计.     

天然裂缝地层中垂直井水力裂缝起裂压力模型研究

受天然裂缝走向和倾角的影响,水力裂缝在井壁处起裂可能有3种方式,即:沿天然裂缝面张性起裂,沿天然裂缝面剪切破裂,从岩石本体起裂。确定水力裂缝在井壁处起裂的压力和方式,对水力压裂设计和施工有重要的作用。根据天然裂缝产状和地层地应力状态,建立了水力裂缝3种起裂方式的起裂压力计算模型,给出了水力裂缝起裂方式和起裂压力的判别方法。现场实例证明,该模型较为成功地解释了天然裂缝性地层的破裂压力。     

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。     

岩石脆性对水力压裂裂缝影响的数值模拟实验

水力压裂裂缝起裂与拓展轨迹对致密油气储层水力压裂改造效果的影响至关重要。基于胜利油区某区块埋深为3200m的致密砂岩储层岩石试样的单轴压缩物理实验结果,应用数值模拟软件RFPA~(2D),对单轴压缩数值模拟实验中的岩石力学参数进行标定,建立数值模拟模型,研究岩石脆性指数及残余应力水平对水力压裂裂缝拓展轨迹的影响。研究结果表明:岩石脆性指数越大,越有利于水力压裂裂缝的拓展,并且产生的裂缝越宽,起裂压力越小,形成有效复杂裂缝网络的面积越大,水力压裂改造的效果越好;岩石残余应力水平越低,水力压裂产生裂缝的发育程度越高,并且压裂裂缝的宽度越宽,起裂压力越低,水力压裂改造的效果越明显。     

压裂参数对煤储层水力压裂裂缝的影响

以沁水盆地南部为研究对象,以流体连续性方程和裂缝内的压降方程为依据,以有限元软件ANSYS为平台,模拟了注入压力和压裂液黏度等压裂施工参数对煤储层水力压裂起裂压力和裂缝扩展的影响。模拟发现,裂缝起裂瞬间,射孔尖端受到的张应力等于煤岩的抗拉强度,且随着远离裂尖而逐渐减小;最大缝长和最大缝宽都随着注入压力的增大而近似线性增大;随着压裂液黏度的增大,最大缝长逐渐减小,最大缝宽逐渐增大,裂缝的起裂压力不变化。     

致密砂岩储层CO2压裂裂缝扩展实验研究

为提高天然裂缝和层理不发育致密储层压裂裂缝的复杂性,基于真三轴压裂模拟实验系统,开展了致密砂岩储层CO₂压裂实验研究,分析了水平应力差、压裂液类型和排量对压裂裂缝扩展规律的影响。研究表明,超临界CO₂压裂形成的水力裂缝形态最复杂,液态CO₂次之,滑溜水压裂产生的水力裂缝形态简单;采用液态CO₂压裂时,低水平应力差（≤3 MPa）有利于提高水力裂缝的复杂程度;液态CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低22.1%,超临界CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低28.2%;提高排量会加快井筒内流体增压速率,起裂压力升高。实验证明超临界CO₂压裂能够有效提高裂缝复杂性。     

重复压裂时水力裂缝的垂向延伸

利用长源距声波测试资料,对油层上、下隔层之间的最小主应力差值进行了量化分析研究。依据最小主应力差值的计算结果,应用三维水力裂缝模拟软件,对压裂施工中所形成的水力裂缝延伸状态进行了研究,通过施工后的井温测试资料,经与第一次压裂时的裂缝延伸状态进行对比,度为重复压裂与第一次压裂所形成的裂缝是不同的,在地层压力相对于第一次压裂时降低的情况下,裂缝高度小于第一次水力裂缝的高度。     

多功能分层压裂开关在分层压裂管柱中的应用

为解决多油层分层压裂作业管柱一旦砂埋封隔器难以解封的难题,研制了多功能分层压裂开关。该开关集喷砂节流器、补偿器和冲砂器三大功能于一体,具有结构简单,功能齐全的特点。重点解决了异常情况下砂埋封隔器的处理问题,实现了下1次管柱、用1趟压裂车组实施2层分层压裂的目的。该管柱包括两级可洗井封隔器和1个分层压裂开关等井下工具,较好地解决了压裂过程中砂堵和砂埋封隔器的问题,在吐哈油田3口井的现场应用中取得了理想的效果。     

水力喷射压裂技术在火山岩水平井压裂中的应用

针对无法进行传统的水平井分段压裂施工的筛管完井的火山岩水平井,吐哈油田引进、应用了水力喷射压裂技术改造牛东火山岩水平井。系统介绍水力喷射压裂原理、施工参数优化、施工工艺设计和施工情况,现场应用结果证明该技术适应筛管完井的水平井压裂工艺要求,取得较好的效果。     

微地震监测技术在暂堵压裂工艺中的应用

暂堵压裂工艺在三叠系油藏的推广试验已取得实际成效,但各实施区块尚未针对性开展井下裂缝监测以明确压裂裂缝是否转向,导致该工艺的实施缺乏一定的技术支持和依据。对此,2015年在具有代表性的D1油藏实施井中微地震裂缝监测5口,笔者通过对测试资料的分析,详细描述了压裂过程中裂缝产状、形态、走向等裂缝参数,明确了通过暂堵压裂工艺能够实现裂缝转向、开启地层微裂缝,验证了通过控制堵剂投加时机来优化主向缝延伸规模的设想,最后对升压幅度、泵注程序等工艺参数针对性的提出了优化方向。该研究成果使暂堵压裂工艺在三叠系油藏的设计思路得到实践证实,对同类油藏暂堵压裂设计及现场实施具有较好的指导意义。     

浅层致密气压裂用低温压裂液优选及现场应用

针对埋藏浅的低温致密气藏,优选了适用于该气藏的低温压裂液体系。通过对改性胍胶、多效添加剂、交联剂的优选,确立了低温压裂液配方:0.3%GW-3+0.5%DT+0.5%KCl+0.3%JL,并对体系的综合性能进行评价。结果表明:该低温压裂液属于假塑性流体、具有较好的耐剪切性能,在60℃、170 s^-1条件下剪切120 min后,黏度保持在145.6 mPa·s以上。通过破胶剂加量优化可以实现在低温下控制破胶时间和破胶效果,达到快速破胶目的,破胶液具有返排率高、储层伤害小的特点。现场应用效果较好。     

重复压裂机理研究

重复压裂的井由于初次压裂形成的裂缝以及油层生产导致的压力衰减等原因,近井地带的应力场将发生变化,从而在重复压裂过程中引起裂缝的重新定向。通过合理的假设,把进行重复压裂的井简化到弹性力学中的无限大平板上圆孔周围的应力集中问题,然后经过理论分析推导出判断裂缝发生转向的公式,分析了影响裂缝重新改向的几个主要因素。     

页岩气压裂优化探讨

我国页岩气资源基础雄厚,对页岩气藏的高效合理开发越来越重要,但由于低渗透油藏的渗透率低、渗流阻力大、连通性差,有时水平井的单井产能也较低,满足不了经济开发的要求。     

关于对井下试油压裂新工艺的探讨

在石油勘探过程中,试油是最后一项任务,也是尤为关键的一项任务。本文通过对传统试油压裂技术弊端进行分析,提出井下试油压裂新工艺技术的应用与发展,从而提高石油企业的经济效益。     

LPG无水压裂技术

大多数低渗透、低产油气藏均不同程度的含有泥质,普遍存在水敏、水锁污染,常规水力压裂增产改造后返排率低,存在一定的污染,导致压裂改造效果不如人意。而国外新近研发的LPG无水压裂技术,采用液化石油气作为压裂液,对地层无任何伤害,是一种适用于低渗低产非常规气藏的新兴高效压裂技术。为此,在调研加拿大GasFrac公司LPG压裂技术的基础上,对LPG压裂液物理特性及优势、LPG压裂工艺、LPG压裂应用等方面做了重点介绍。LPG压裂作业时基本不需要水,作业全过程储层不与水接触,压裂后产生的有效裂缝面积大,返排快速彻底,投产速度快;作业时采用安全高效的全闭式注入系统,自动遥控操作,采用可视摄像头与热成像相机,实时监控整个增产作业过程中系统压力的意外变化,提供强有力的安全保障;作业后也无须投入资金进行后期废水处理,极大地缓解了环境和水资源压力。结论认为:该项具有经济、环保双重效益的压裂技术,值得引进并推广应用到页岩气"井工厂"作业中,以促进中国页岩气产业化的快速发展。     

煤层气压裂技术综述

本文通过大量调研国内外煤层气压裂技术,总结各种压裂技术应用的优缺点,为我国煤层气开发压裂技术的研究提供可靠的指导。     

缝网压裂施工工艺的现场探索

为进一步提高缝网压裂现场实施的有效性，首先分析了以往采用蜡球实现缝内封堵的不足之处，认为主要在于影响泵效、封堵强度不够和蜡球溶解致裂缝导流能力降低。然后通过筛选对比多种暂堵剂的性能，并结合室内支撑剂性能及导流能力实验，提出选用大粒径支撑剂作为缝内封堵剂。此外将端部脱砂压裂作为缝网压裂的实施技术应用到现场中，现场实施了9口井16层。压后分析显示2种方法都有效地提升了缝内净压力。缝网压裂试验井效果显著，与邻井相比，投产前3个月的日产油量分别提高了101.2%、103.8%、133.3%。该技术为低渗/特低渗储层的有效动用提供了有效的手段。