致密油藏分段多簇压裂水平井复杂缝网表征及产能分析

致密油藏多采用水平井分段多簇压裂方式生产,产能预测需兼顾天然裂缝和水力裂缝的分布,同时考虑裂缝与基质之间的耦合。以S油田天然裂缝的走向和密度为基础,利用COMSOL和MATLAB软件联合仿真技术,对致密油藏中水平井井筒、水力裂缝和天然裂缝的分布进行建模。利用基质-裂缝-井筒耦合流动模型,模拟了水力压裂条件下,不同裂缝间距和裂缝长度油藏的压力分布、日产油量和累积产油量。结果表明:水力压裂改造后,压力首先波及到导流能力较强的主裂缝和次级裂缝,随后向沟通的天然裂缝和基质扩展,且扩展速度逐渐变缓;对于无法连通的未改造区域,压力很难波及到。生产时间为1 000 d时,压力波及区域面积仅为油藏面积的34.1%。增加裂缝长度及减小裂缝间距均可提高日产油量和累积产油量,其中减小水力裂缝间距对提高产能和累积产量的贡献更为显著。     

致密砂岩多段分簇压裂中孔隙压力场对多裂缝扩展的影响

为了研究致密砂岩多段分簇压裂中孔隙压力场对多裂缝扩展的影响,采用300 mm×300 mm×600 mm天然砂岩进行真三轴水力压裂实验,实验过程中采用2套压裂液注入系统分别独立控制2条水力裂缝,实验后将试件连续切片分析实验结果,同时采用三维流固耦合数值模拟方法研究孔隙压力场对水力裂缝扩展的影响。结果表明:在致密砂岩压裂中,由于孔隙压力场的存在,无论是簇内裂缝还是簇间裂缝扩展,当缝间距与裂缝半长的比值较小时,裂缝之间表现为相互吸引;当缝间距与裂缝半长的比值较大时,裂缝之间的相互影响较弱,多裂缝之间未出现相互排斥现象;除缝内净压力、缝间距、应力差外,裂缝周围孔隙压力场也是影响多裂缝扩展的重要因素;孔隙压力的增大减小了有效应力,岩石更容易发生剪切破坏,从而加速了裂缝的非平面、非对称双翼扩展;现场致密砂岩多段分簇压裂应增大簇间和簇内射孔间距,可避免压裂液滤失导致裂缝长度的减小,增大储层的改造体积。     

致密砂岩油藏体积压裂裂缝扩展数值模拟研究

体积压裂是提高致密砂岩油藏产量的关键技术。应用有限元和离散元的混合方法建立了体积压裂扩展模型,对长庆油田长7致密砂岩油藏水平井多簇压裂进行了裂缝扩展模拟研究。结果表明,应力差小于4 MPa时有利于体积裂缝形成高于5 MPa时主要形成平面裂缝;天然裂缝密度仅在较低应力差条件下对体积压裂改造效果影响显著;在应力差为3 MPa时增加射孔簇数、降低簇间距,改造面积增加并不显著,簇间裂缝干扰严重,局部裂缝出现合并现象;应力差为5 MPa时,簇间裂缝干扰相对较弱,增加射孔簇利于沟通天然裂缝,提高体积裂缝发育程度和扩大改造面积。     

致密油藏水平井压裂裂缝参数优化方法北大核心CSCD

致密油藏基质渗透率极低,往往采用水力压裂的方式进行开发。压裂缝网决定了油井的产能,因此缝网参数的优化是致密油高效开发中的关键问题。本文在致密油藏非线性渗流数值模拟方法的基础上,研究了水平井单井压裂裂缝的数量、位置分布、长度、开度、方位角等参数对致密油藏衰竭式开采产量的影响规律,并进行了优化设计,形成了基于模拟退火算法的参数优化方法。基于优化结果,本文提出了一种哑铃交错型水平井压裂技术,为现场压裂方案的优选提供了借鉴。     

致密油体积压裂缝网扩展模型建立与应用

通过体积压裂获得复杂裂缝网络系统是实现致密油有效开发的关键技术之一。传统水力裂缝几何尺寸计算模型只适用于计算单一裂缝形态,无法有效模拟复杂缝网的扩展规律及获得最终几何形态参数。在传统拟三维裂缝扩展模型的基础上,通过对不规则复杂裂缝网络进行有序化表征,建立了由主裂缝拟三维扩展模型、次生缝几何形态计算模型和压裂液滤失模型组成的缝网扩展数学模型,并开发了相应的计算程序。针对长庆油田某水平井,利用缝网扩展模型计算其缝网几何形态参数,并与微地震监测结果进行对比。结果表明：缝网扩展模型能够有效预测缝网几何形态参数,模型计算结果与微地震监测结果具有良好的一致性,对体积压裂产能计算、经济评价及压裂优化设计具有重要的现实意义。     

真三轴大物模水力压裂裂缝起裂及扩展模拟实验北大核心CSCD

目的鄂尔多斯盆地长7致密砂岩储层岩石致密、非均质性强,孔喉分选性及连通性较差。前期常规压裂工艺改造手段单一,裂缝欠发育的致密储层改造效果不佳。方法根据量纲分析法(π定理)优化了物理模拟实验相似准则设计思路,设计了等比例缩小的压裂裂缝起裂及延伸模拟系统。利用大尺寸真三轴模拟实验系统,系统开展了30 cm×30 cm×30 cm致密砂岩露头岩样水力压裂模拟实验。利用三维扫描仪量化评价压裂裂缝改造面积,结合岩体破裂时的实验泵压峰值,揭示裂缝起裂及延伸规律。结果量化了天然裂缝及弱面、应力差、压裂液体类型和施工排量条件下压裂裂缝起裂压力及其改造面积,揭示了地质工程因素对压裂裂缝延伸行为的影响规律,明确了地质工程参数对压裂裂缝延伸及复杂缝网形成的影响程度。结论天然裂缝及弱面发育、低应力差、低黏滑溜水和高排量是获得复杂裂缝形态的有利因素,为研究区块体积压裂工艺试验进行了实验佐证和理论依据。建议采用“大液量、大排量、扩大波及体积”为主的体积压裂思路及工艺技术,以获得复杂缝网的改造目标。     

致密油藏分段多簇压裂水平井非稳态产能模型

针对段/簇间裂缝渗流场差异,基于线性流分区模型,考虑致密储层低速非达西流动和裂缝渗透率应力敏感特征,建立了致密油藏分段多簇压裂水平井非稳态产能模型。矿场实例验证了模型的正确性。模型计算分析显示：启动压力梯度主要影响油井的中后期产能,储层改造形成的复杂裂缝网络可有效降低非达西流动对油井前期产能的影响;裂缝渗透率应力敏感性对油井产油量影响较大,应力敏感系数越大,油井的产油量和累积产油量越低;裂缝总数较小时,裂缝的段簇比对累积产油量影响较大,相同裂缝条数下,段簇比越大,累积产油量越大;随储层改造体积增大,油井累积产油量增幅逐渐变缓。该研究结果可对致密油藏分段多簇压裂水平井产能评价提供理论依据。     

致密油藏长缝压裂直井基质-裂缝耦合流动模型

致密油藏长缝压裂压力动态和产量变化规律目前尚未明确,开发方案设计缺少理论模型指导。针对长缝压裂基质-裂缝复合流动问题,建立了考虑储层启动压力梯度、裂缝内高速非达西渗流影响的长缝压裂直井基质-裂缝复合流动模型,并运用Laplace变换、点源函数、Stehest数值反演等方法进行求解,明确了致密油藏长缝压裂井压力响应特征和影响因素。研究结果表明,无因次压力及压力导数随启动压力梯度的增加而增大,但启动压力梯度对无因次压力及压力导数的前期影响较小,后期影响较大;非达西渗流系数对无因次压力及压力导数曲线的前期影响较大,随着非达西渗流系数的增大,无因次压力及压力导数增大;裂缝中非达西渗流系数越大,压裂井的产量越低,且压裂井的最佳裂缝半长越小。研究成果为致密油藏长缝压裂方案设计、试井分析等工作提供理论指导。     

相关系数控制的致密油藏裂缝随机表征和生成方法北大核心CSCD

目前致密油藏天然裂缝的随机表征和生成方法忽略了各个参数之间的相关性,因此得到的随机缝网并不能反映真实情况。本文引入相关系数来定量表征裂缝各参数之间的相关性,同时将裂缝参数服从的每一种随机分布都转化为均匀分布,避免了不同分布下相关系数控制生成的难点。通过半解析的方法建立了分布变换前后相关系数之间的关系,从而给出了相关系数控制下的裂缝各参数的随机生成方法。本文方法可以有效控制裂缝各参数的相关性,得到的裂缝参数更加符合实际情况,为致密油藏裂缝系统的数值模拟和缝网反演提供了基础。     

富县区块浅层致密油藏压裂裂缝扩展形态研究

为了提高富县区块延长组浅层致密砂岩油藏压裂改造效果,研究了压裂裂缝扩展形态及其对压后产量的影响。采用室内声发射凯塞尔效应方法,结合现场裂缝监测、压裂压力降落特性和压后试油结果进行分析,认为裂缝扩展形态与油层埋深和层位直接相关,长2、长3和长6储层的压裂裂缝主要为水平缝或复杂缝,长7和长8储层的压裂裂缝主要为垂直缝。水平裂缝压后生产效果差,必须根据不同的深度与层位对压裂设计和现场施工工艺进行优化,尽可能避免形成单一水平裂缝。在一口水平井进行了现场试验,压裂施工11段,试油最高产油量13.54 t/d,目前稳产油量8.93 t/d,取得了较好的改造效果。研究结果可为其他地区浅层油藏的压裂设计与施工提供技术参考。      

马58H致密油藏水平井分段多簇射孔压裂技术

马58H井是位于三塘湖盆地马朗凹陷马中地层岩性圈闭的水平探井,属致密凝灰岩油藏,具有高孔低渗、小孔喉、非均质性强的特点,水平井段长804 m。为解决该井压裂作业存在的难题,开展了致密油藏水平井分段压裂技术研究。针对低温井压裂液快速破胶难及施工后对致密油储层的伤害问题,研制出配套的超低浓度、低伤害复合压裂液体系,并通过对裂缝条数、裂缝长度、裂缝导流能力的优化、铺砂浓度与导流能力关系优化、簇间距及孔数优化,采用速钻桥塞分段多簇射孔压裂工艺,顺利完成了该井压裂施工。马58H井分段压裂施工总液量7 755.9 m3,总砂量566.3 m3,最高排量11.2 m3/min,压裂后获得日产131 m3的高产油流,为吐哈油田三塘湖致密油高效开发动用探索了一条新途径。     

致密储层CO2压裂裂缝扩展规律数值模拟

CO₂压裂具有节约水资源、降低储层伤害等优点,并已在矿场实践中取得良好效果。为认清CO₂压裂裂缝扩展规律,基于流体流动、热传导和固体力学方程,建立CO₂压裂裂缝扩展热流固耦合模型。采用有限元法求解该模型,并与解析解对比验证模型可靠性。根据数值模型对CO₂压裂裂缝扩展进行参数敏感性分析,结果表明:CO₂在渗透率高于0.01 mD的地层中滤失量较大,地层破裂前增压速率较低,缝长和缝宽较小;CO₂黏度显著影响压力扩散和裂缝几何尺寸;注入排量对起裂压力影响较小,但会改变地层破裂前增压速率和延伸压力;热应力造缝是CO₂压裂造缝机理之一,地层与注入液的温度差越大,热应力越大,地层起裂压力越小,裂缝延伸越容易。研究结果可为CO₂干法压裂设计提供参考。     

考虑复杂裂缝网络的致密油藏水平井体积压裂改造效果评价

提高储层压裂改造效果对经济有效开发致密油藏至关重要,评价压裂改造效果需要考虑复杂裂缝网络分布特征。基于微地震数据,采用分形随机缝网生成算法反演得到了次生裂缝分布特征,考虑压裂水平井近井地带的物性变化,建立了压裂水平井多区渗流数学模型,并进行了求解。基于该模型研究了次生裂缝复杂程度对流体流动的影响,研究结果表明:次生裂缝复杂程度对整个流动阶段均有较大影响,分形维数越大,产油量越高;改造带宽越大,拟稳态窜流早期线性流、双线性流持续时间越长;次生裂缝分布的压裂改造区域是生产早中期的主力区域,其产油量贡献度也最大;实际生产过程中应尽量增大改造区域体积,并使与改造区域不相邻区域的体积最小,以提高生产井的早期产油量、最大程度地提高储层采收率。研究结果可为致密油藏体积压裂效果评价及压裂优化设计提供理论依据。      

致密砂岩油藏体积压裂技术适应性评价及压裂参数优化北大核心CSCD

目的针对鄂尔多斯盆地南区延长组长6致密砂岩油藏前期常规改造未获得有效突破,单井产量提高不明显的问题,探索复杂缝网体积压裂技术对区块致密油藏的改造效果。方法基于储层地质特征及岩石力学参数,评价了长6储层脆性指数及体积压裂可行性。分析了近井压裂裂缝起裂压力、起裂方位,明确了逼近角和水平应力差两个因素对远井压裂裂缝遇到天然裂缝的延伸规律。模拟研究了压裂设计参数对压裂裂缝形态及改造体积的影响,并优化了压裂设计参数。结果优化后的压裂设计关键参数为压裂规模为1000 m^(3)、设计排量为8.0~10.0 m^(3)/min、滑溜水前置液比例为30%、加砂强度为13%~15%,在此条件下更易获得最优储层改造体积和较高的导流能力。结论提出了适用于研究区块长6致密砂岩油藏复杂缝网体积压裂适应性评价和体积压裂设计参数优化方法,为复杂缝网体积压裂技术的应用提供了理论依据和现场指导建议。     

夹层型致密储层密切割压裂多裂缝同步扩展机制

松辽盆地夹层型致密储层天然裂缝不发育且储层脆性较低,复杂缝网难以形成,同时储层纵向上砂层发育、泥岩夹层薄、隔层遮挡能力弱,裂缝纵向扩展受限,储层改造效果较差。针对以上问题,利用三维晶格方法建立夹层型致密砂岩储层多裂缝扩展模型,模拟不同地质因素和工程因素条件下的多裂缝同步扩展规律。结果表明：垂向应力差、夹层弹性模量以及界面强度与多裂缝纵向扩展能力正相关;15.0 m的簇间距既能保证多裂缝在纵向上穿透夹层沟通产层,又能保证多裂缝在横向上的充分扩展。相比8,12 m³/min的泵注排量所形成的多裂缝,虽然总长度略微减小,但能够保证3簇裂缝都有比较理想的纵向扩展能力,从而提高了裂缝沟通面积。压裂液黏度与裂缝纵向扩展能力正相关,与横向扩展能力负相关。因此,建议现场前期采用高黏度压裂液(21 mPa·s以上),促使裂缝垂向扩展,后期采用低黏度压裂液(1 mPa·s左右)使多裂缝尽可能向远端扩展,提高压裂效果。     

鄂尔多斯盆地低渗透致密砂岩气藏水平井分段多簇压裂布缝优化研究

鄂尔多斯盆地杭锦旗区块属于典型的低渗透致密砂岩气藏,水平井分段压裂是最有效的增产改造方式。水平井分段多簇压裂裂缝布局对于压裂后产能具有重要影响,为使水平井压裂后产能最大化,运用位势理论和势叠加原理,考虑缝间干扰、启动压力梯度、耦合储层渗流与裂缝流动,建立低渗透致密砂岩气藏压裂水平井非稳态产能预测模型,利用该模型可以同时计算平直裂缝以及弯曲裂缝的产能。以杭锦旗区块锦58井区盒3层为例,利用正交设计方法研究了压裂段内不同裂缝簇数条件下裂缝参数对水平井压裂产能的影响规律。结果显示,每段3簇裂缝以及4簇裂缝所得结果一致,即裂缝参数对压裂产能的影响由强到弱依次为总裂缝半长、缝长比、裂缝导流能力、间距比,推荐在该区块采用"U"型布缝以及非均匀布缝模式。     

致密油藏复杂交叉Y型裂缝网络水平井产能及压力分析

针对水平井体积压裂产生的复杂交叉Y型裂缝网络,考虑裂缝交会处流量的重新分配,研究了致密油藏复杂交叉Y型裂缝网络压裂水平井的压力响应及产能变化规律,分析了裂缝形态(平行和交叉)、裂缝间距、裂缝闭合失效和井筒储集系数等因素的影响。结果表明:压开的裂缝网络越复杂,裂缝间距越小,无量纲井筒储集系数越小,则裂缝线性流出现得越晚,双线性流越明显且持续时间越长;压后闭合失效的裂缝位置和数量对水平井的动态产量和压力也有影响。通过比较、分析压后水平井的动态产量及压力响应曲线,对压后裂缝的有效性作出评价,为后期的压裂设计和施工提供指导。     

径向井辅助水力压裂引导裂缝扩展数值模拟

径向井辅助水力压裂引导裂缝扩展是一项新兴的油气增产技术,已在低渗透油田中进行了先导性应用。为明确不同因素对径向井引导裂缝扩展的影响,利用ABAQUS扩展有限元法建立了径向井辅助水力压裂模型,采用导向因子作为评价指标对各影响因素进行分析,并通过物理模拟实验进行了验证。结果表明：径向井对裂缝的扩展起到一定的引导作用,裂缝首先沿径向井方向起裂并扩展,然后逐渐向最大主应力方向偏转;径向井方位角、水平地应力差和压裂液排量是影响径向井引导裂缝扩展的3个主要因素;径向井方位角小于45°,水平地应力差小于6MPa时,径向井具有明显的引导裂缝扩展效果;径向井对裂缝扩展的有效引导需要满足一定的排量,排量太小会导致裂缝过早向最大主应力方向偏转;杨氏模量和压裂液黏度主要影响裂缝长度和宽度,泊松比的变化对引导裂缝扩展影响不大;物理模拟实验和数值模拟结果得到的径向井引导裂缝扩展形态趋于一致,证明了数值模型的准确性。该研究为径向井辅助水力压裂技术的发展提供了技术支撑。