多次加砂压裂裂缝延伸模型研究与应用

在考虑多次加砂压裂时,加砂过程中砂堤高度变化对缝中流体流动及后续支撑剂沉降产生影响的基础上,建立了适用于多次加砂压裂的拟三维裂缝延伸模型,用数值模拟的方法对裂缝扩展进行预测。模型包括压裂液在缝中流动的连续性方程、压降方程、裂缝宽度方程及高度方程。其中压降方程是在平板流理论、力学平衡原理的基础上建立起来的,与常规压降方程不同的是方程考虑了砂堤高度变化对流体流动的影响。计算结果表明,多次压裂和常规压裂相比增产效果理想。现场试验表明多次压裂对储层改造效果好,对提高油气产量具有重要的意义。     

考虑支撑剂运移的压裂停泵压降模型

针对现有压裂停泵压降模型不考虑支撑剂运移、无法解释支撑剂铺置效果的难题，提出适用于主加砂压裂的停泵压降模型，模型考虑了裂缝系统中携砂液-支撑剂靠黏度和速度耦合的水平运移与沉降运动，以及基质系统中压裂液靠黏性力和重力作用的三维流动，通过将裂缝系统与基质系统耦合求解，实现了主加砂压裂停泵过程的支撑剂运移模拟计算，获得的井底压降导数双对数曲线呈现出“厂”字型的形态特征，并按照停泵时间顺序划分为支撑剂沉降、支撑剂水平运移、支撑剂减速运移、支撑剂压实和支撑剂停止运移5个主控阶段。研究结果表明：支撑剂铺置越均匀(主次裂缝内砂量越接近),压降导数曲线越平缓，支撑剂沉降控制期越长，支撑剂减速运移期越短，支撑剂压实控制阶段会呈现出1/4斜率段；支撑剂充填比例越大(缝网总体积越小),压降导数曲线越陡，支撑剂水平运移控制期越短，支撑剂运移控制阶段的压降及导数会呈现重合趋势。选取涪陵页岩气田一口典型压裂水平井逐段开展停泵压降曲线拟合，反演获得各加砂压裂段的支撑裂缝体积与铺砂均匀程度，为定量评价水力压裂加砂效果、认识压后支撑剂运移规律提供了理论依据。     

多级加砂压裂裂缝扩展形态研究与应用

多级加砂压裂时,在考虑加砂过程中砂堤高度随时间不断变化对缝中流体流动及后续支撑剂沉降产生影响的基础上,用数值模拟的方法对裂缝扩展进行预测,建立了适用于多级加砂压裂的拟三维裂缝扩展形态,并广泛应用于生产中。应用结果表明多级加砂压裂和常规加砂压裂相比,压后增产效果理想,储层改造效果好,对提 高油气产量具有重要的意义。     

支撑剂在三维裂缝中的运移分布计算

综合应用流体力学、渗流力学、输砂力学和流体热力学等理论,分析支撑剂在三维裂缝中的运移分布规律,建立了一会考虑缝高变化时支撑剂运移分布的数值计算模型,并利用该模型进行了实例计算。该模型和方法能满足三维压裂设计的工程计算需要。     

支撑剂在三维裂缝中的运移分布计算

综合应用流体力学、渗流力学、输砂力学和流体热力学等理论,分析支撑剂在三维裂缝中的运移分布规律,建立了一套考虑缝高变化时支撑剂运移分布的数值计算模型,并利用该模型进行了实例计算。该模型和方法能满足三维压裂设计的工程计算需要。     

页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律

为了研究页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律,构建了大尺度复杂裂缝支撑剂运移与展布评价实验系统,测试了次裂缝角度、注入排量、加砂浓度、支撑剂粒径、压裂液黏度等对支撑剂运移与展布的影响,研究了主/次裂缝中支撑剂的运移与展布规律。结果表明:(1)裂缝中流体流态随裂缝支撑高度增加逐步由层流向紊流转变;(2)支撑剂在裂缝中的运移方式主要包括悬浮运移和滑移运动;(3)分支前主裂缝的支撑剂展布形态与次裂缝角度、注入排量、加砂浓度和支撑剂粒径等参数相关,其中注入排量为最主要的影响因素;(4)分支后主裂缝的支撑剂质量比与次裂缝角度、注入排量、液体黏度、加砂浓度和支撑剂粒径呈正比,同次裂缝与主裂缝的流量比呈反比;(5)分支后次裂缝的支撑剂质量比与注入排量、次裂缝与主裂缝的流量比、压裂液黏度呈正比,与次裂缝角度、加砂浓度和支撑剂粒径呈反比;(6)分支后主裂缝的砂堤前缘角度同加砂浓度、支撑剂粒径、次裂缝与主裂缝的流量比呈正比,与次裂缝角度、注入排量和压裂液黏度呈反比;(7)次裂缝的砂堤前缘角度同次裂缝角度、加砂浓度与支撑剂粒径呈正比,和注入排量、压裂液黏度、次裂缝与主裂缝的流量比呈反比。结论认为,该研究成果可以为页岩储层体积压裂支撑剂的优选和压裂方案设计提供理论支撑。     

薄煤层水力裂缝宽度变化对支撑剂运移的影响

水力压裂仍是低渗透性储层提高渗透性且获得经济产能的主要途径,尤其针对薄煤层,不同裂缝宽度裂缝内支撑剂运移规律受多个因素影响。文中采用数据建模、数值模拟和工程试验的方式,研究了压裂液参数、支撑剂参数对不同裂缝宽度支撑剂的铺砂面积和有效支撑裂缝长度的影响。结果表明：裂缝宽度影响和制约了支撑剂的运移,对于裂缝较发育且缝宽较宽储层,提高施工排量、压裂液黏度和优化支撑剂粒径与砂比,能有效地增大裂缝内支撑剂的铺置面积和有效裂缝长度。针对裂缝不发育且裂缝宽度较小储层,优化支撑剂的粒径和砂比,有利于增大裂缝的有效支撑裂缝长度。针对薄—中厚煤层,采用“高前置液占比、小粒径支撑剂、低砂比、短段塞式加砂方式”,能够有效提高其压裂波及范围和有效支撑效果,研究成果成功应用于贵州薄煤层煤层气开发。     

压裂井支撑剂回流预测研究

新疆油田准东、石西和陆梁油田部分油井在压裂后出现支撑剂回流现象,影响了油井的正常生产,降低了压裂效果。针对压裂井支撑剂回流问题,开展了支撑剂回流预测研究,建立了支撑剂回流预测模型,以便在压裂设计阶段预测支撑剂回流趋势、采取适当的控制措施。在建立模型时,考虑了地层力学性质、地层流体、人工裂缝和支撑剂的影响。裂缝导流能力和地层渗透率决定了产出液在裂缝和基质之间的分配关系;在建立裂缝临界流量模型时,首先推导出理论临界流速,然后考虑缝宽、闭合应力和支撑剂的影响对其进行修正。现场实例计算表明,模型的预测结果与现场生产实际相符合。     

周边脱砂压裂支撑剂的优选

周边脱砂压裂是有别于常规加砂压裂的一种特殊压裂工艺方法,它可以在一定程度上改变裂缝的正常尺寸.达到造"短宽裂缝"的特殊目的,以满足某些中高渗透油藏压裂改造的特殊需要。调研了周边脱砂压裂技术的发展现状,分析了周边脱砂压裂机理和稳定性原理,建立了砂桥的稳定性模型和渗透率模型,为支撑剂的优选建立了理论基础。根据得出的理论设计了支撑剂粒径对砂桥渗透率影响实验和支撑剂强度与导流能力实验,得出了周边脱砂压裂支撑剂优选原则。     

水力压裂可视裂缝模拟系统的研制与应用

为指导现场压裂实践,建立一套模拟实际压裂施工的室内模拟系统。以现场施工设备为原型,综合考虑缝宽、温度、压裂液滤失、储层岩性等多种实际因素,研制了可高度模拟储层环境的大型可视裂缝模拟系统。该系统通过测定实验过程中支撑剂的水平运移速度与沉降规律,分析支撑剂形成的砂堤形态,针对性地解决支撑剂在裂缝中铺置规律认识模糊的问题;该模拟系统可优选支撑剂与压裂液体系,优化施工参数和返排制度,实现通道压裂技术研究与新技术测试等功能,对压裂施工方案的设计与评价都具有重要的指导意义。     

玛湖凹陷乌尔禾组砾岩储集层裂缝支撑剂运移规律

玛湖凹陷乌尔禾组致密砾岩油藏水力压裂裂缝形态复杂,支撑剂运移铺置规律尚不清楚,影响了储集层压裂效果.通过对不同形态迂曲裂缝进行重构,利用Fluent中的两相流模型,在考虑支撑剂与粗糙缝面相互作用的基础上,分析了砾石粒径、砾石数量以及砾石处缝宽衰减等对支撑剂运移铺置的影响.研究结果表明,砾石粒径对支撑剂运移的影响较为明显...     

定北区块致密气储层水平井压裂参数优化

水平井多级分段压裂是鄂尔多斯北部定北气田致密气藏开发的有效手段。由于储层较深、物性较差,在定北区块盒1气层的前期压裂施工过程中不断出现砂堵和超压的现象,施工成功率低。为了探索前期加砂困难的原因,优化压裂设计,开展了支撑剂导流能力评价实验、支撑剂在裂缝中通过性物理实验和携砂液运移规律数值模拟等研究。实验结果表明,近井多裂缝及动态缝宽与支撑剂粒径不匹配等因素是导致施工加砂困难的主要原因。对定北盒1储层支撑剂体系、施工排量和砂比进行了优化,现场应用6口井45段,施工成功率达到97.8%,解决了定北区块盒1储层水平井压裂加砂困难的问题,提高了压裂效果,为相关致密气储层水平井的压裂工艺提供技术参考。     

滑溜水压裂主裂缝内支撑剂输送规律实验及数值模拟

滑溜水压裂时通过泵送大排量压裂液在储层中形成主裂缝为主干的裂缝网络,主裂缝内支撑剂的铺置状况直接影响油气井的产能。采用自主设计的大型可视化平板裂缝装置来研究大排量泵送时主裂缝内支撑剂的输送规律,建立了相应的数值模型模拟了砂堤在不同时刻的铺置形态,并分析了湍流对支撑剂铺置的影响规律,为滑溜水压裂时主裂缝内支撑剂的有效铺置提供一定的理论指导。研究表明,滑溜水压裂时支撑剂在主裂缝内的铺置规律与小排量压裂时不同:支撑剂首先在主裂缝入口处形成一个较低的砂堤,而在距入口较远处形成一个较高的砂堤,之后才一层一层周期性的覆盖在两处砂堤之上,直到达到最终的平衡高度;大排量压裂时易引起湍流,将主裂缝进口端暂时沉降的支撑剂重新卷入裂缝深处,形成类似“卷云状”的沉降结构;数值模拟与物理实验模拟得到的支撑剂铺置结果相似,证明了研究的数值模型具有一定的实用性。     

气悬浮支撑剂技术在长庆致密气压裂中的应用

滑溜水压裂液对致密储层伤害较低,但携砂能力弱,难以实现高砂比、长距离携砂,造成支撑缝面积远低于改造缝面积。通过气悬浮支撑剂技术,对支撑剂表面进行特殊改性,使其具有吸附气泡的能力,吸附气泡后的支撑剂体积密度大幅降低,运移能力大幅增强。室内实验表明,经气悬浮剂改性的20/40目及以下粒径的支撑剂,在常温、常压、黏度为15 mPa·s的滑溜水中可100%悬浮,观察2 h无沉降。动态输砂实验表明支撑剂在裂缝中呈整体均匀铺置,高温高压条件下气泡仍能对支撑剂有效悬浮。岩心伤害实验表明,破胶液和含气悬浮剂的破胶液对岩心渗透率的伤害率接近,且均低于10%,说明气悬浮剂不会对储层带来明显的附加伤害。该气悬浮支撑剂压裂技术在长庆油田鄂尔多斯盆地东部致密砂岩气藏开展了7口井先导实验,以黏度9～15 mPa·s的滑溜水在5 m³/min排量下施工,压后产量为邻井常规压裂的1.2～1.9倍。气悬浮支撑剂将对压裂液黏度的需求从40～80 mPa·s的线性胶降至10 mPa·s左右的滑溜水,大幅降低了对压裂液黏度的依赖,从而降低了储层伤害,同时增加裂缝铺置效率,有利于提高单井产量及开发效益。     

煤系烃源岩凝析气藏改造技术研究与应用

针对煤系烃源成藏的H凹陷凝析气藏部分储层与邻近煤层之间的隔层应力差较小、裂缝高度不易控制的改造难点,通过理论研究制定了用线性胶携带多级支撑剂段塞控制裂缝高度的工艺方法,改变以往采用下沉剂控制裂缝向下延伸的控缝高的技术思路。针对储层泥质含量较高易伤害的特点,优选了低浓度羧甲基羟丙基瓜胶压裂液体系,并在前置液阶段混5%~10%柴油进行乳化降滤,降低储层伤害。通过改变工艺措施和工作液方案,确保了加砂压裂施工成功率和压后效果。在H10井进行了先导性试验,分压3层,采用三级段塞加砂,单层最大加入20~40目陶粒支撑剂35 m3,砂浓度最高570 kg/m3（砂比35%）,平均砂浓度478 kg/m3（砂比27.5%）。3层压前无产量,压后返排率48%,合层试气求产日产天然气4×104 m3,凝析油0.4 t/d。井温测试和模拟分析表明,缝高、滤失和多裂缝均得到了有效控制。该井加砂压裂改造先导性试验的成功实施,为同类储层改造提供了借鉴。     

薄互层大型压裂组合加砂技术研究与应用

为实现薄互层大型压裂造支撑长缝和缝高有效支撑,提高压裂效果,研究应用了组合加砂技术。在分析裂缝宽度和流体密度对支撑剂运移趋势影响的基础上,得出了组合加砂的顺序为支撑剂粒径由小到大、密度由高到低。借助导流能力试验对比不同支撑剂比例组合,提出了组合加砂时增加大粒径、低密度支撑剂的比例来提高裂缝导流能力。该技术在长停井L3井进行了试验,先加入30/50目、密度1.75 kg/L的陶粒20 m3,再加入20/40目、密度1.60 kg/L的陶粒30 m3。压裂后净压力拟合分析表明,支撑缝长196.8 m,支撑缝高42.5 m,基本达到设计预期要求。该井压裂后初期平均产液量5.6 t/d,产油量3.2 t/d。现场施工表明,该技术能够实现造支撑长缝和缝高有效支撑,为类似薄互层大型压裂提供了技术参考。      

特低渗厚油层多级加砂压裂工艺试验

对于厚度大且层内无明显隔夹层的油层,采用常规压裂工艺改造因支撑剂沉降难以实现油层纵向上的充分动用,纵向延伸过度难以实现造长缝。为改善其压裂改造效果,借鉴下沉剂控缝高压裂原理,从注入级数、压裂规模、注入排量等参数优化着手研究,试验形成了一种多级加砂压裂工艺。该工艺是将总支撑剂量通过多级注入进行铺置,依靠上一级压裂形成的支撑剂砂堤提供应力遮挡改变后续混砂液流向,进一步增加裂缝长度和支撑缝高,从而扩大有效泄油面积。2年来,在华庆油田L油层累计试验242井次,平均单井日增油0.4～1.8t,对特低渗厚油层有较好的增产效果。     

示踪陶粒技术在裂缝监测中的应用

对低渗油藏进行压裂改造时,纵向上砂砾岩大厚层的起裂位置、滩坝砂薄互层支撑剂的铺置位置往往难以准确获得。示踪陶粒技术将非放射性陶粒加入压裂裂缝中,从而改变中子侧井的响应,对比压裂前后中子侧井俘获截面响应,就可以直观掌握裂缝起裂位置和支撑裂缝高度。该技术可操作性强,解释精度高,对于获取裂缝形态、陶粒铺置情况及进行压裂改造效果评价具有重要作用。     

压裂支撑剂在迂曲微裂缝中输送与分布规律

支撑剂在水力裂缝中的分布是影响压裂井产能的重要因素。通过对任意长度、孔隙度、迂曲度和方位角微裂缝的二维重构，利用COMSOL Multiphysics中的自由与多孔介质流动耦合模型，对压裂液在微裂缝中流动及向基质中滤失的情况进行模拟，在考虑支撑剂与压裂液相互作用的基础上，分析了支撑剂颗粒在输送过程中的受力情况，研究了不同砂比和支撑剂密度的情况下，支撑剂在迂曲微裂缝中的分布。研究结果表明，与规则裂缝相比，由于迂曲微裂缝壁面不规则，支撑剂不会均匀推进；在高砂比情况下，支撑剂大部分堆积在迂曲裂缝端部，无法有效支撑深部裂缝；降低砂比可以有效改善单条裂缝的支撑剂分布；不同砂比和支撑剂密度的组合可以改善相交裂缝的支撑剂分布，但是对于单条裂缝的作用不明显。