多级脉冲气体加载压裂裂缝扩展及增产效果分析

多级脉冲气体加载压裂松弛岩层地应力、压裂地层的过程中,通过引入加权函数,应用弹性力学、断裂力学理论建立了多裂缝条件下裂缝起裂扩展模型,并采用与时间相关的爆生气体压力分布方程,模拟了爆生气体驱动下缝长、缝宽的变化过程,分析了不同裂缝参数对产能和表皮系数的影响.结果表明,裂缝起裂后向前延伸直到止裂,止裂后裂缝会发生一定程度的闭合;不同的裂缝条数会产生不同的最终缝长;多极脉冲气体加载压裂能够显著增加油井产量,降低储层表皮系数,裂缝的长度对油井产量的增加起决定作用,在压裂弹能量一定的情况下应该设计增加裂缝长度,减少裂缝条数.实现了对多级脉冲气体加载压裂的优化与控制.     

三级装药多脉冲射孔技术

常规复合射孔技术将聚能射孔与火药结合,在射孔的同时进行高能气体压裂,有效地破碎射孔孔道压实带;但其只装配了一级火药,火药燃烧产生的能量偏低,有效作用时间短,常规复合射孔效果受限于装药量和压力脉冲级数。三级装药多脉冲射孔技术通过增加火药级数,控制不同级次的火药燃速,形成多个高能气体压裂脉冲,压力峰值高,有效作用时间长。该技术提高了对近井带的改造程度,能实现井筒周边2 m以上造缝、延缝,增强了地层的渗流能力,为非常规油气开采提供了新的思路。     

射孔水平井分段压裂起裂压力理论研究

综合考虑井筒内压、原始地应力分布、先压水力裂缝的诱导应力等因素,根据叠加原理及弹性力学理论,建立了射孔水平井分段压裂起裂压力计算模型,分析了初始及后续裂缝的起裂规律。研究结果表明,初始裂缝产生的诱导应力分布受裂缝间距影响。当初始裂缝缝长一定时,沿井筒方向诱导应力逐步降低,直至地应力场趋于原始地应力场;射孔水平井裂缝起裂受射孔方位角的影响,最佳射孔方位由井筒周围地应力分布决定;先压裂缝产生的诱导应力场会导致后续裂缝的起裂压力增大,这种影响会随着裂缝半缝长的增大而增强;半缝长一定时,起裂压力的增加幅度随着裂缝间距的增加递减。      

高能气体压裂技术试验研究

高能气体压裂是一项新兴的增产技术,它涉及力学、化学及石油工程等学科领域,具有较强的理论性和应用性。本文仅从应用研究方面,阐述该技术的室内外试验及现场试验。室内外试验表明,在不同的围压及加载速率下,高能气体压裂可产生2～5条径向裂缝,形成的多缝体系具有明显的增产效果;三轴试验结果认为高能气体压裂在井中造成的压力高于水力压裂所产生的压力,并有可能超过了岩石的弹性极限,使得卸载时产生永久变形,在地层中产生一定缝宽的残留缝,虽无支撑裂缝也不闭合;现场对工艺的可行性及成功率进行了验证。     

基于数字焊机的脉冲电弧控制研究

通过对脉冲MAG焊和脉冲MIG焊进行研究,利用焊机自身的功能,在相同的焊接电流和焊接电压条件下,调整焊机的脉冲特性;且在相同的脉冲特性下,调整焊接电流和焊接电压,从而获得了电弧宽度与脉冲特性、焊接电压、焊接电流及脉冲波形占空比的关系。试验结果表明:焊接电流和焊接电压相同时,电弧宽度随着脉冲特性的增大而增大;脉冲特性相同时,电弧宽度随着焊接电流和焊接电压的增大而增大。     

径向缝网压裂工艺技术在超低渗储层的应用

体积压裂工艺在长庆低渗储层应用普遍,但由于注采井网的限制,随着射孔方位的确定,大多水力裂缝只向着最大主应力方向延伸。为了能够形成复杂的缝网结构,更大程度增加泄油体积,进一步改善近井地带渗流情况,为此提出了径向缝网压裂工艺思路,该工艺结合"高能气体压裂+多级暂堵多裂缝压裂"理论,首先通过高能气体压裂手段在井筒周围形成若干径向裂缝,而后采用"多级暂堵"方式,依靠油溶性暂堵剂多次投加,使得缝内净压力产生波动,强制裂缝沿着高能气体已形成的多条径向裂缝方位延伸,沟通微裂缝,最终形成网状裂缝,改善井筒周围与远井地带的渗透性。该工艺在现场应用7口井,试验井与邻井对比,单井日增油提高1.4 t,平均单井产量提高67.5%。实践证明径向缝网压裂工艺可以对超低渗储层具有良好适用性,为超低渗储层改造效果的提高提供了有力的依据。     

深井高能气体压裂技术试验研究

高能气体压裂是一项新兴的增产技术,它涉及力学、火炸药及石油工程等很多学科领域,具有很强的理论性和应用性。本文仅从应用研究方面,阐述该技术的室内外试验,中深井现场试验及越深井试验。室内外试验表明,在不同的围压及加载速率下,高能气体压裂可产生3~5条径向裂缝,形成的多缝体系具有明显的增产效果;三轴试验结果认为高能气体压裂在井中造成的压力高于水力压裂所产生的压力,并有可能超过岩石的弹性极限,使得卸载时产生永久变形,在地层中产生一定缝宽的残留缝,虽无支撑裂缝也不闭合;现场试验对工艺的可行性及成功率进行了验证,表明工艺成功,且均有不同程度的增产效果。     

水平井分段压裂破裂压力计算

水平井分段压裂时,形成的初始裂缝会诱发井筒周围应力分布二次改变,产生诱导应力场。诱导应力场将会对后续裂缝起裂产生影响。在考虑原始井筒周围地应力分布状态的基础上,结合弹性力学理论和岩石拉伸破裂理论,建立了诱导应力场中井筒地应力分布模型和破裂压力计算模型。研究结果表明:诱导应力的大小和分布取决于裂缝间距、裂缝缝高及原始地应力。随着裂缝间距的增加,沿着井筒方向诱导应力逐渐变小;定间距时,随着裂缝高度的增加,破裂压力也随之增加;原始地应力分布与诱导应力场中破裂压力的变化规律无关,只决定着裂缝破裂压力增加的幅度。该结果对于优化水平井分段压裂设计具有一定的指导意义。     

煤层气井脉冲压裂技术研究现状

目前,煤层气井压裂主要采用水力压裂工艺,受到储层特性的限制,以及大型压裂设备和作业规模的约束,地层裂缝达不到生产要求。脉冲压裂是在较低的压力条件下,形成更为复杂的裂缝网络,增大有效裂缝体积和连通程度。因此,相应的脉冲压裂技术和设备得到持续发展。通过调研国内外的最新压裂技术和设备,从技术原理、技术特点以及实际应用效果等方面介绍了高能气体脉冲压裂、等离子脉冲压裂、高速通道压裂和金属丝电爆炸压裂技术。通过比较现有的技术和设备,认为井下脉冲压裂设备有更好的发展前景。     

暂堵转向压裂机理有限元分析

暂堵转向压裂技术是低渗透油气田开发后期增产挖潜的新手段、新方向。文中采用有限元分析方法研究暂堵转向压裂机理,确定转向裂缝起裂位置,分析起裂压力影响因素。研究结果表明:纤维暂堵转向压裂起裂点不唯一,当最小水平应力较大时,裂缝更倾向于从井筒起裂,反之,裂缝更倾向于从初始裂缝中部起裂;破裂压力存在一个区间,当岩石破裂压力在这个区间时,转向裂缝从初始裂缝中部起裂,当岩石破裂压力高于或者低于这个区间时,转向裂缝从井筒起裂;井筒起裂点的起裂压力随着最小水平应力的增大而减小,初始裂缝中部起裂点的起裂压力随着最小水平应力的增大而增大,2个位置的起裂压力均和地层弹性模量无关。该研究对认识暂堵转向压裂机理以及提高缝网改造效率具有重要的理论价值和现实意义。     

波动注入压裂下井筒中不稳定流动的压力特性

为了准确地揭示波动注入水力压裂引起的井筒中不稳定流动的压力行为,考虑流体重力和摩阻的影响,根据膨胀管-弹性流体理论,建立了波动注入水力压裂下垂直井筒中不稳定流动的压力波动数学模型,指出压裂泵组与井筒之间存在波动干涉效应,研究了稳定和不稳定流动下环空压力的变化规律及其影响因素。研究结果表明:波动注入水力压裂作业中,井筒中产生了明显的不稳定流动,这种不稳定流动引起的压力波沿井筒呈现压力衰减现象;井筒中实际环空波动压力的振幅取决于井口处"变频压裂泵"强迫激励的波动压力振幅和波动排量振幅;与稳定注入相比,采用波动注入方式可以增加井底环空压力和降低井口环空最高压裂作业压力;井底环空压力会以脉动压力波的形式在裂缝中传播,不断加剧岩石疲劳损伤断裂,增加岩石微裂缝。研究结果对于更好地研究和应用波动注入水力压裂工艺具有重要的理论价值和现实意义,可为非稳态水力压裂工艺的先导性试验和规模化应用奠定理论基础。     

径向井远端压裂电模拟实验研究

依据水电相似原理,设计径向井远端压裂电模拟实验模型,研究在裂缝为横向裂缝且径向井筒内摩阻较高的条件下,裂缝条数、裂缝间距、裂缝长度不同时径向井远端压裂的渗流场分布规律.研究结果表明：等压线以裂缝为长轴呈椭圆分布,在径向井筒附近以径向井筒为长轴呈椭圆形状,在远井地带接近圆形;在裂缝端部和径向井筒端部等压线发生明显的弯曲,沿着径向井筒等压线变化平缓;相同电压差的等压线在裂缝附近比较集中,在径向井筒附近及远井地带比较平缓;径向井远端压裂时裂缝数量和裂缝长度存在一最优值,裂缝间距不宜过小,应尽量增加裂缝间的距离.     

玛南斜坡上乌尔禾组颗粒支撑砾岩裂缝扩展形态

玛南斜坡上乌尔禾组致密砾岩储集层岩相复杂,非均质性强,水力压裂裂缝扩展形态复杂,压裂设计优化缺乏理论依据.以玛南斜坡上乌尔禾组颗粒支撑砾岩为研究对象,通过纳米压痕实验,分别测定了砾石和基质的岩石力学性质.在此基础上,开展水力压裂实验,明确了不同压裂液下的裂缝扩展形态和压力曲线特征.研究结果表明:纳米尺度下,砾石受载后为...     

复合油藏压裂水平井复杂裂缝分布压力动态特征

压裂改造是提高油田产量、改善井筒附近储层物性的重要方法,但在实际多段压裂体积改造过程中,由于地层条件复杂,导致井筒附近形成了复杂的缝网体积,因此,加强对水平井体积压裂改造试井模型的研究十分必要。基于体积压裂水平井复杂裂缝分布的渗流特征,建立径向复合多段压裂水平井试井解释数学模型,耦合储层与裂缝模型解求得Laplace空间井底压力半解析解,应用Duhamel原理得到考虑井储和表皮影响的Laplace空间井底压力解,利用Stehfest数值反演求得实空间井底压力,并绘制实空间压力动态特征曲线。根据压力导数曲线特征划分流动阶段,通过模型验证证明了该方法的正确性,进而分析了裂缝不对称、裂缝夹角、裂缝分布方式、内区半径和流度比对特征曲线的影响。结果表明,裂缝不对称交错分布有助于增大裂缝控制面积,从而减少流体流入井筒的压力消耗,早期阶段对应的压力曲线也越低;内区半径越大,压裂改造效果越明显,对应压力曲线越靠下。该模型可为多段压裂水平井所形成的复杂裂缝试井资料解释和压裂方案设计提供理论依据。     

燃爆诱导水力压裂多裂缝耦合起裂规律

为了明确多相位裂缝组合下的应力干扰作用及其对后续水力压裂裂缝起裂压力的影响,基于原有预存单条诱导裂缝的应力场计算模型建立预存多条诱导裂缝的耦合应力场计算模型,分析诱导应力影响下的井周周向应力场变化规律,再结合断裂力学判据计算后续水力压裂预存裂缝的起裂压力,并对预存裂缝长度、相位、水平主应力差异系数及预存裂缝条数等4个因素对预存裂缝起裂压力的影响进行了分析。研究结果表明:(1)预存裂缝后近裂缝区域周向应力差明显增大,甚至出现水平主应力反转;(2)随新增预存裂缝长度增加,原预存裂缝起裂压力先增后降,在新增预存裂缝长度增加到原预存裂缝长度时,原预存裂缝起裂压力迅速降低,而后下降趋势变平缓;(3)高相位裂缝的起裂压力大于低相位裂缝的起裂压力;(4)随着裂缝条数的增加,新增预存裂缝起裂压力逐渐降低,但起裂压力差减小的趋势不明显;(5)多相位裂缝的应力干扰作用影响裂缝的起裂压力,较长高相位裂缝和较短低相位裂缝均有利于多相位裂缝的同时起裂;(6)多裂缝同步延伸会产生更为复杂的应力干扰作用,激发水力压裂复杂缝网的演化,实现均衡的压裂改造。结论认为,该研究成果可为燃爆诱导压裂射孔相位、诱导裂缝规模及后续水力压裂施工泵压等压裂施工设计提供理论指导。     

新场气田易砂堵气藏加砂压裂技术

川西新场气田中侏罗统沙溪庙组J_２ｓ₂¹、J_２ｓ₂³气藏是典型的低渗透致密砂岩气藏，由于地层致密坚硬，施工中经常出现砂堵和泵压异常偏高的情况，导致加砂压裂施工失败。为此，从理论上分析了在该气藏进行低砂比压裂改造的可行性和低砂比压裂优化设计的原则，认为采用常规的压裂技术不能使地层对裂缝的供给能力与裂缝对井筒的供给能力相匹配，从而造成裂缝导流能力的浪费，而低砂比压裂工艺技术克服了常规压裂技术适应性差和施工容易砂堵等技术难题，取得了良好的增产效果和经济效益，在上述气藏的开发中具有良好的推广应用前景。     

克拉美丽气田石炭系火山岩压裂改造规律探索

准噶尔盆地克拉美丽气田石炭系火山岩储层的压裂改造是其“增储上产”和产能评价的重要手段,然而,储层发育部分连通性不佳的微细裂缝在压裂后易于形成复杂裂缝,包括转向裂缝、鱼刺状小裂缝、不同方位的多裂缝、同方位的多裂缝及纵向上的多裂缝等。为此,利用诊断复杂裂缝的近井筒效应分析技术、压裂施工过程分析技术、压后压力分析技术,进行了10井次的对比分析。结果表明：10口井压裂没有产生大的分支裂缝,但是全都产生了裂缝弯曲,其中有50%为轻微弯曲,20%为中等弯曲,30%为严重弯曲。进而得出了克拉美丽气田石炭系火山岩压裂一般不会产生较大的分支裂缝,但是总会产生不同程度的裂缝弯曲的初步认识。     

页岩气井压裂过程中套管损坏的机理

页岩气井大排量压裂过后,在近井筒地带会形成局部圈闭,由于温差较大局部圈闭热膨胀产生轴向力,对套管产生附加应力,有可能引起套管屈曲或变形,甚至诱发套管损坏。为了研究该类套管损伤,以热力学原理、能量守恒定律及流体瞬态传热机理为理论指导,建立局部圈闭附加压力模型,研究了压裂排量和总的注液量对井筒温度场的影响,并通过计算压裂导致的产层段局部圈闭附加压力,开展了油层套管抗挤安全状态评价。研究结果表明:①在大排量压裂条件下,井筒的温度随注液量和排量的变化而改变,排量越大井筒的温度降低的幅度越大;②排量一定时,注液量越大、注入时间越长,井筒温度会逐渐降低,但是变化量逐渐减小;③随着压裂液的注入,在0.5 h内井底温度快速降低,其后井底温度稳定在某一值附近;④流体的热膨胀系数和等温压缩系数也是影响热膨胀压力大小的重要因素。结论认为,对于特定材料套管,如果压裂作业时温差达到某一阈值,会导致考虑局部圈闭的外挤载荷大于套管的抗外挤强度,产生安全隐患,建议提高套管钢级或增加套管壁厚。     

CO2泡沫压裂井筒气-液-固三相流动模型

CO₂泡沫压裂技术具有低伤害、易返排、节约水资源等优点,已被广泛应用于非常规油气开采,但目前CO₂泡沫压裂液井筒流动模型大多只考虑气、液两相,忽略了支撑剂固相对CO₂泡沫压裂液流动性的影响。通过体积平均法将支撑剂固相与CO₂泡沫耦合建立气-液-固三相CO₂泡沫压裂液井筒流动计算模型,并与现场压裂井实测温度数据对比,温度平均误差仅为2.7%,验证了模型的正确性。实例计算表明:支撑剂固相会使CO₂泡沫压裂液井筒压力升高,井筒内温度和压力随支撑剂体积浓度的增加而增大,体积分数从0增加到0.3,井底压力增大9.0 MPa;泡沫质量增加会明显增大井筒内CO₂泡沫压裂液温度;增大质量流量会导致温度和压力降低,质量流量增加10 kg/s,井底压力降低5 MPa、温度降低0.4℃。研究成果可以实现CO₂泡沫压裂井筒气-液-固三相流动温度和压力等参数耦合计算。