水平井设计的岩石力学研究

水平井井壁稳定(井塌、井漏）与直井的主要区别是井眼应力状态不同，不能简单地说水平井井壁稳定问题比直井严重，井眼轴线与三向地应力方向和岩石各向异性之间的相对几何关系不同，井壁应力状态会有较大差异。井壁应力状态影响井塌、井漏、原始地下裂缝张开、闭合和延伸，这与油层保护中的暂堵技术又有密切关系。本文分析了新疆火山喷发岩裂缝性油藏水平井井壁应力状态。     

基于裂缝诱导应力场的套管应力影响因素分析

水平井分段压裂形成人工裂缝,产生的裂缝诱导应力场影响套管应力分布。为研究在裂缝诱导应力场作用下套管应力影响因素,基于理论公式和有限元分析方法,建立套管应力力学模型和裂缝-地层-水泥环-套管三维有限元模型,借助力学模型验证有限元模型的可行性,模拟岩石弹性模量、套管内壁压力、水泥环弹性模量、地应力变化和施工排量对套管应力的影响,并针对徐深气田实际压裂段进行实例分析。研究结果表明：当岩石弹性模量低于15 GPa时,套管发生塑性形变,套管内壁无压力加剧了套管塑性变形程度;当套管内壁压力为100 MPa时,水泥环软硬程度对套管应力基本无影响;套管应力随着水泥环弹性模量的增大呈现增大的趋势,水泥环泊松比和软硬地层不改变套管应力变化趋势;随着地应力差值的增大,套管应力呈现减小的趋势;施工排量为16 m³/min时,套管存在塑性变形,达到极限施工排量18 m³/min时,套管完全失效。研究成果对压裂段套管的损坏防治具有一定的指导意义。     

基于孔弹性效应的水平井多簇压裂诱导应力及裂缝扩展分析

页岩等非常规油气储层水平井分段压裂改造用液规模大,返排效率低,其诱发的孔弹性效应不可忽视,然而孔弹性效应对缝间应力干扰、多裂缝竞争扩展的影响机理尚未明晰。为了揭示压裂液滤失诱发的孔弹性效应对地应力场及多裂缝扩展的影响规律,基于平面三维多裂缝模型,在考虑液体滤失诱发的孔弹性效应的基础上,建立了水平井压裂裂缝扩展数学模型,并开展了水平井多簇压裂裂缝扩展数值模拟研究,针对孔弹性诱导应力导致多裂缝扩展不均匀提出了解决的工艺手段。研究结果表明：(1)孔弹性应力与裂缝诱导应力具有相似的效果,其大小约为裂缝诱导应力的30%,影响范围约为裂缝诱导应力的40%;(2)孔弹性效应会增大缝内压力、强化缝间应力干扰、加剧裂缝不均衡扩展,与不考虑孔弹性效应的模拟案例相比,考虑孔弹性效应后裂缝宽度降低约8%,缝内压力升高约0.5 MPa,井底压力升高0.62 MPa,各簇瞬时进液差异系数升高6.5%、整体进液差异系数升高5%;(3)保持限流射孔摩阻为3～6 MPa可在一定程度上克服孔弹性效应对各簇均衡进液的负面影响。结论认为,孔弹性效应研究可为水平井多簇压裂诱导应力及裂缝扩展分析提供重要的理论支撑和依据,该成果可...     

裂缝干扰下水平井破裂点影响因素分析

为了解水平井分段压裂过程中先压开裂缝诱导应力干扰下后续裂缝破裂点位置的影响因素及其影响规律,指导水平井分段压裂射孔位置的选择,推导建立了非等裂缝半长、非等间距和任意裂缝倾角的水力裂缝诱导应力干扰数学模型,在此基础上形成了破裂点计算数学模型。结果表明包括裂缝条数、长度和净压力在内的先压开裂缝参数以及原始主应力状态、水平井方位角和完井方式等都会影响后续裂缝破裂压力大小,从而影响破裂点的位置,其中原始地应力、已压开裂缝条数和长度以及完井方式对破裂点位置存在较大影响,水平井方位角和已压开裂缝净压力对破裂点位置影响较小;对于原始水平主应力差较小的砂岩储层,裂缝间干扰严重会导致应力发生反转,增大后续起裂裂缝破裂压力,导致施工困难,因此应该尽量避免裂缝间干扰;对于页岩储层,目前采用的分段多簇射孔技术,段间距定为60 m左右破裂压力更低,更易于裂缝起裂。     

水平井缝网压裂裂缝间距的优化

为了让致密油气藏分段压裂时形成的水力裂缝和天然裂缝相沟通,形成复杂缝网,提高水力压裂增产效果,采用数值模拟方法研究了水平井缝网压裂的缝间距优化问题。建立了均质、各向同性储层内二维水力裂缝的诱导应力差模型;根据裂缝转向机理,推导出了缝间最大诱导应力公式,确定了最优间距。结合现场数据,计算了泊松比为0.2~0.5、缝间距为40~90 m时的缝间诱导应力。计算结果表明:地层的泊松比越小,裂缝的诱导应力差越大,诱导应力的传播距离越远;随着与裂缝距离的增加,诱导应力差呈现先增大后减小的趋势;当2条裂缝之间的距离为最优间距时,缝间的诱导应力差最大。研究表明,优化裂缝之间的缝间距,可以使裂缝之间的诱导应力差达到最大值,形成复杂的裂缝网格,提高油气与井筒之间的连通性。研究结果为低渗透油气藏缝网压裂时的裂缝优化设计提供了参考。      

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。      

页岩油气藏水平井井间干扰研究现状和讨论

低渗页岩储层难以自然形成工业油气流,常采用水平井和水力压裂建立人工缝网以保证商业化开采。然而,随着大规模加密布井和压裂,水平井间距缩小、储层改造体积增加,井间出现人工裂缝导致的干扰,影响邻井的井口压力和产量,甚至诱发井控、套损和支撑剂侵入等问题,严重时导致水平井报废,极大地影响生产效率。此外,老井亏空会导致储层地应力在原位地应力的基础上发生动态演化,形成复杂地应力状态,继而影响加密水平井和重复压裂井的储层改造效果,限制井平台产能表现。我国准噶尔盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等地的页岩油气资源开发已进入小井距和加密布井阶段,井间干扰已对正常生产产生明显影响,急需开展针对性研究。本文对国内外页岩油气藏的井间干扰现象、机理以及诊断方法进行全面、详细的介绍,并提出干预对策。研究认为:准确表征与预测压裂水平井井间干扰需要在地质工程一体化的框架下展开;对天然裂缝、断层、原位地应力和储层岩石力学特征的准确认识是评价井间干扰的前提;地层亏空诱发的动态地应力和复杂人工缝网的建模与表征是定量评价井间复杂缝网交互与连通的关键手段,也是定量预测井间干扰对于井平台最终可采储量(EUR)影响的有效方法;关井、老井注液、重复压裂、优化井距和压裂优化都是干预或减小井间干扰的手段。     

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...     

水平井分段分簇压裂缝间干扰和段间干扰建模 ——以昌吉油田吉7井区八道湾组油藏为例

昌吉油田吉7井区八道湾组油藏开发过程中直井水力压裂的储集层改造效果有限,产能受到限制,需要开展水平井多级压裂.针对吉7井区八道湾组的地质力学特征,采用扩展有限元法编制了非平面人工裂缝扩展模型,模型考虑了多簇裂缝同时扩展时的缝间干扰和分段压裂时邻近段的段间干扰,表征了吉7井区八道湾组水平井非平面裂缝扩展特征.结果显示,段...     

多级压裂诱导应力作用下天然裂缝开启规律研究

非常规储层多级压裂过程中,诱导应力是影响天然裂缝是否开启和压裂效果的重要因素。根据岩石力学理论和天然裂缝的受力状态,推导出压裂过程中地层应力分布计算模型,得到天然裂缝发生张性破坏和剪切破坏开启的力学条件。黑185井的模型计算结果表明:水平井压裂时存在诱导应力,由于诱导应力的影响,沿井筒方向的地应力增大1.70 MPa,地应力状态发生改变;考虑诱导应力的天然裂缝开启所需的压裂最小泵压为29.27 MPa;不考虑诱导应力的压裂最小泵压为26.31 MPa。研究结果表明,多级压裂产生的诱导应力使天然裂缝开启变得困难,诱导应力增大,天然裂缝开启所需的泵压增大,二者呈线性关系,实际压裂设计时应考虑诱导应力的影响。      

Productivity analysis of horizontal wells intercepted by multiple finite-conductivity fractures

Horizontal wells in the anisotropic reservoirs can be stimulated by hydraulic fracturing in order to create multiple finite-conductivity vertical fractures. Several methods for evaluating the productivity of the horizontal wells have been presented in the literature. With such methods, however, it is still difficult to obtain an accurate result. This paper firstly presents the dimensionless conductivity theory of vertical fractures. Then models for calculating the equivalent wellbore radius and the skin factor due to flow convergence to the well bore are proposed after analyzing the steady-state flow in porous reservoirs. By applying the superposition principle to the pressure drop, a new method for evaluating the productivity of horizontal wells intercepted by multiple finite-conductivity fractures is developed. The influence of fracture conductivity and fracture half length on the horizontal well productivity is quantitatively analyzed with a synthetic case. Optimum fracture number and fracture space are further discussed in this study. The results prove that the method outlined here should be useful to design optimum fracturing of horizontal wells.     

安塞油田提高水平井单井产能技术探索

水平井开采技术是提高低渗透、超低渗透油藏单井产能的主要手段之一,在安塞特低渗油田得到了推广应用。近几年安塞低渗透油田在开采过程中出现了产能下降、含水上升等问题,为此,在分析影响因素的基础上,开展了水平井机械堵水、水力喷射压裂、酸化等提高单井产能工艺技术探索与应用,取得了良好的增产效果。     

水平井多裂缝同步扩展数值模拟

为探究页岩气藏水力压裂复杂裂缝网络的形成机理,开展了水平井多裂缝同步扩展的数值模拟研究。考虑井筒和裂缝内流体流动,耦合岩体变形,建立了多裂缝同步扩展数学模型,利用裂缝尖端渐近解隐式求解裂缝扩展步长,并采用扩展有限元方法对模型进行了求解。通过与经典模型计算结果比较,验证了数学模型与算法的正确性,并将数值算法运用于2个算例。多裂缝同步扩展时,两侧裂缝的长度和宽度比中间裂缝的大。裂缝间距越小时,两侧裂缝偏离初始最大主地应力方向角度越大,中间裂缝宽度越小;地应力差越小时,两侧裂缝偏离初始最大主地应力方向角度越大。研究结果表明,应力阴影作用对多裂缝同步扩展轨迹和几何形态具有重要作用,且裂缝间距越小,地应力差越小,应力阴影作用越强,裂缝形态越偏离单裂缝扩展形态。     

多裂缝应力阴影效应模型及水平井分段压裂优化设计

针对页岩气藏水平井分段压裂中应力阴影的表征方法及影响因素不明确的问题,基于水平井分段压裂理论,借鉴水力压裂裂缝诱导应力产生机理,从单一垂直裂缝入手,利用应力叠加原理得出了多条裂缝应力阴影效应的数学模型。应用该模型分析了应力阴影的影响因素,结果表明:①泊松比与水平主应力方向的应力阴影呈线性关系,当泊松比为0.2~0.4时,最小水平主应力方向的诱导应力为0.36~0.72 MPa;②裂缝数量越多间距越小,应力阴影效应作用越强;③裂缝数量增加的同时也增大了施工难度,5条裂缝比3条裂缝的净压力增加了41.46%;④当裂缝间距小于100 m时,裂缝容易转向形成缝网;⑤裂缝间距是缝高的1.5倍时,应力阴影效应非常小,超过2倍后可以忽略不计。上述结论对合理利用应力阴影效应进行水平井分段压裂优化设计具有指导意义。     

Influence of sand production on pressure drawdown in horizontal wells: Theoretical evidence

Poorly consolidated reservoirs are susceptible to sand production that tends to increase the pressure drawdown along the well length. This problem, which has not received adequate attention in the literature of petroleum engineering, is quantitatively assessed in this paper. Different flow regimes typically encountered in two-phase transport systems of liquid and solid are discussed. In an effort to evaluate the degree of influence the presence of sand exerts on pressure drop, a suitable relation applicable for heterogeneous flow is employed to compute the energy gradient of the mixture. The difference in the energy gradient of pure oil and mixture is examined for horizontal pipelines in terms of volumetric solid concentration and flow velocity. The study demonstrates that for a specific sediment size and pipe roughness, the effect of sand movement on pressure drop cannot be ignored in many cases of poorly consolidated reservoirs, being 5.1–168% times greater than the pressure drop resulting from pure oil under the same flow condition.     

底水油藏水平井水淹规律影响因素

底水油藏往往表现为水体能量大,流体补给充足,开采原油所消耗的地层能量可由底水及时补充,在其开发过程中,水平井一旦见水,将严重影响产量。以油藏数值模拟为手段,研究了水平段长度、无因次水平段避水高度、生产压差与见水时间、无水期累积采油量及含水率的关系,并优化出合理的水平段长度、无因次水平段避水高度和生产压差,其值分别为375m,0.9和1.0MPa。应用正交设计试验极差分析法,研究了水平段长度、无因次水平段避水高度和生产压差对水淹规律的综合影响,结果表明,水平井参数对见水时间的影响程度由大到小依次为: 生产压差、无因次水平段避水高度、水平段长度; 对无水期累积采油量的影响程度由大到小依次为: 无因次水平段避水高度、水平段长度、生产压差; 较大的无因次水平段避水高度、较小的生产压差和较长的水平段长度可以延长水平井的见水时间,提高无水期累积采油量,更有利于底水油藏水平井开发。     

水平井概念数模在叠置砂体中的应用

由于辫状河道砂体所处旋回位置不同,叠置砂体的发育模式各异通过对苏西地区砂体解释,统计出各类叠置砂体的几何及物性参数。结合油藏数值模拟技术,建立两类叠置砂体概念模型,对水平井长度,水平井段位于河道方位及产量进行优选,所得结论对苏48井区今后的水平井开采有一定参考意义。     

基于有限体积方法的页岩气多段压裂水平井数值模拟

为了实现页岩气在多尺度介质中的流动模拟,考虑页岩气在基质—天然微裂缝和人工大尺度压裂缝中的流动特征,建立页岩气多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,针对模拟区域采用非结构四面体网格进行网格剖分,基于有限体积方法离散建立页岩气三维渗流数值模型,然后通过顺序求解的方法进行求解,进而模拟页岩气多段压裂水平井的生产动态和储层压力分布变化,并对模拟结果进行分析。研究结果表明:(1)采用所建立的数值模拟计算方法与商业数值模拟软件Eclipse计算的多段压裂水平井产气量基本一致,证实该模型正确、可行;(2)分别采用顺序求解方法和全隐式求解方法计算得到的页岩气水平井产气量虽然在生产初期存在着差异,但随着计算的推进,二者迅速趋于一致,进一步验证了该模型的正确性;(3)尽管解吸气对地层压力具有补充作用,但作用有限,对产气量的影响不大,随着生产时间的延长,解吸气量在产气量中所占比例逐渐上升;(4)确定合理的压裂段数且获得较长的压裂缝长,是页岩气水平井增产改造的核心。结论认为,该研究成果有助于页岩气储层体积压裂的设计以及多段压裂水平井生产动态的预测。     

水平井泡沫酸化分流数值模拟

泡沫分流可以有效地解决不同渗透率储层的酸液分布问题。由于水平井具有较长的水平段长度,它可以钻遇储层性质不同的层段。根据泡沫具有的暂堵分流特性,利用泡沫进行酸化可以使得井筒周围得到均匀的酸化解堵。根据施工过程中酸液在水平井筒中的变质量流动,以及酸液自水平井筒流出后进入井筒周围储层,建立了水平井泡沫酸化分流数学模型,研究了沿井筒不同渗透率情况下泡沫酸流动渗流特征。结合井筒流动和井筒往周围地层的渗流,建立两种流动系统的耦合模型并进行求解,对水平井泡沫酸化分流进行了数值模拟,研究成果可为水平井泡沫酸化分流提供理论指导。     

水平井水淹机理数值模拟研究

分析了水平井开发高含水油藏的风险,开展了水平井水淹机理数值模拟研究,建立了基础模型及排式注水采油剩余油分布模型.对影响水平井开发效果和生产动态的因素共设计出66个单因素模拟方案,对各个单因素进行了敏感性分析和评价,并对这些影响因素进行了综合分析,给出了各个因素对水平井开发效果和生产动态的定量敏感性结果.