压裂施工中管路摩阻计算方法分析与改进意见探讨

以降阻比法为基础，分别对清水，有机硼交联HPG压裂液，携砂液的沿程管路摩阻计算方法进行分析对比，结合现场压裂施工数据，对有机硼交联HPG压裂液体系摩阻计算式进行改进，提高了压裂施工设计，压裂数值模拟中摩阻参数计算的准确度，对水力压裂过程中压力系统分析具有重要意义。     

油套同注工艺在降低管柱沿程摩阻中的应用

大型加砂压裂是开采非常规气藏的核心技术之一,该技术要求将携砂液大排量地挤入地层,从而沟通天然裂缝,形成复杂的网络裂缝系统。但随着排量的增加,压裂液的管柱沿程摩阻将极大地上升,给开采该类非常规气藏带来了极大的挑战。实践表明,油套同注工艺能够有效地降低大型压裂管柱沿程摩阻。采用降阻比公式计算管柱沿程摩阻,并结合流体力学计算管柱清水摩阻,借助当量直径计算不规则断面环空的清水摩阻。以川西实际施工摩阻数据为基础,修正了降阻比公式中的系数,得到一套针对川西油套同注工艺管柱摩阻计算公式。同时以川西×井实际施工数据为基础,计算了整个加砂压裂过程中油套同注工艺的管柱沿程摩阻值,描述了摩阻值随施工排量和砂浓度的动态变化过程,相比同排量下的油管注入,油套同注工艺可降低管柱沿程摩阻55 MPa左右。     

新型小型压裂摩阻测试方法的应用

在某油田两口气井进行的压前小型压裂测试中,由于测得近井摩阻较高,采取了补孔的方式降低摩阻。虽然压裂作业取得了成功,但是作业成本明显升高。压后分析认为,近井摩阻过高的原因可能是由于测试压裂注入液量较小,无法有效驱替近井地带孔隙空间内的天然气,最终在该处形成气液两相流导致摩阻测量值偏高。对压裂摩阻进行了理论分析,采用了一种新的、可以消除这种两相流干扰的测试压裂摩阻的方法,并在多口井中进行了应用,能够消除干扰值85%以上,从而大幅降低了施工时间和施工费用。     

压裂施工动态摩阻模型建立及其敏感性分析

准确掌握压裂施工动态是提高压裂工艺成功率的关键,施工压力是反映压裂施工动态的最直接有效的指标,而压裂施工动态摩阻会对施工压力产生干扰。在理论分析的基拙上,分别建立了压裂施工过程中的管柱摩阻、射孔孔眼摩阻及裂缝迂曲摩阻计算模型,并对各类摩阻的影响因素进行了敏感性分析,最后通过实例验证了压裂摩阻计算模型的准确性。研究结果表明：所建立的压裂施工动态摩阻计算模型基本能满足工程需要;当孔眼密度足够大时,与管柱摩阻和裂缝迂曲摩阻相比,射孔孔眼摩阻可忽略不计;裂缝宽度对裂缝迂曲摩阻的影响最为显著,在压裂施工过程中,保证足够的裂缝宽度能有效降低裂缝迂曲摩阻     

压裂施工过程中的井底压力计算

影响井底压力计算的主要因素是压裂过程中压裂液的流动阻力,包括井筒摩阻和近井摩阻,其中近井摩阻包括射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻。文中基于工程流体力学、岩石力学等相关理论,利用物质平衡原理,建立井筒摩阻、射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻的数学模型．并对模型参数及物理意义进行分析和求解。计算结果表明：井筒摩阻可利用理论公式直接计算求取：若孔眼数、孔眼大小和相位等适当,射孔孔眼摩阻对井底压力的影响可忽略不计;近井弯曲摩阻主要通过降排量法和现场方法获得．但降排量法成本较高,采用现场方法可快速获得近井弯曲摩阻。该计算方法对于准确获取井底压力与施工时间的动态关系具有重要意义。     

水力压裂过程中近井摩阻分析

在压裂施工中尤其是在斜井、水平井及长井段射孔井的压裂过程中，往往存在近井筒高摩阻损失。很多压裂施工的过早脱砂是由于邻近井筒区域的高摩阻而发生的，近井筒效应已成为影响压裂措施成败的重要因素。介绍了用排量阶梯降方法测试近井摩阻的和过程，实例分析表明该方法是现场分析近井摩阻的有效手段。     

水力压裂过程中近井摩阻分析

在压裂施工中尤其是在斜井、水平井及长井段射孔井的压裂过程中,往往存在近井筒高摩阻损失。很多压裂施工的过早脱砂是由于邻近井筒区域的高摩阻而发生的,近井筒效应已成为影响压裂措施成败的重要因素。介绍了用排量阶梯降方法测试近井摩阻的和过程,实例分析表明该方法是现场分析近井摩阻的有效手段。     

液态CO_2压裂井筒流动摩阻计算

液态CO_2压裂所采用的携砂液为无水纯液态CO_2,其物性受施工压力及沿程压力变化的影响非常明显,准确预测液态CO_2压裂管流摩阻对于压裂程序的合理设计以及施工的顺利进行具有非常重要的意义。通过实验研究的方式得出了不同温度、压力条件下的液态CO_2管流摩阻,并建立了摩阻系数与广义雷诺数之间的数学模型,同时基于液态CO_2井筒流动过程中温度场以及压力场的非稳态性,通过迭代计算的方式研究了不同泵注压力、管径、排量条件下的施工摩阻,并建立了井筒流动摩阻图版,与现场施工数据对比表明该图版具有较高的准确性以及工程应用价值。     

定向射孔在致密储层改造中的应用

川西地区低渗透致密砂岩气藏经过常规聚能射孔后进行压裂改造时,普遍存在破裂压力高、弯曲摩阻大的问题,这在对斜井进行压裂时问题就更加突出。介绍了马蓬49D井定向射孔技术应用情况,并重点阐述了定向仪的选择、射孔器材的设计、施工设计和操作。通过对比该井三层射孔段不同射孔工艺对后续压裂的影响效果,并对比同一区块内目的层为同一小层的井压裂施工情况,从现场实践证实了定向射孔技术有利于降低地层破裂压力和近井摩阻,提高了斜井的压裂效果。     

径向井水力压裂摩阻影响因素与计算公式

为研究井眼内径及压裂施工参数对径向井压裂摩阻影响规律和确定井眼内压裂液摩阻大小,使用中国石油大学（华东）研制的压裂液摩阻测试系统（主要由摩阻测试控制中心、压裂液调配釜、可调速螺杆泵、变径管道、高灵敏度压力测量仪、电子流量计组成）,模拟径向井中压裂液的流动状态,并对压裂液摩阻进行准确测量,分析了影响压裂液摩阻的主要因素。实验结果表明,对径向井摩阻影响由大到小的因素依次为:井眼内径、排量、黏度、支撑剂粒径和砂比,且影响规律各有不同。采用降阻比原理,通过对322组实验数据进行回归拟合,建立了考虑井眼内径、排量、压裂液黏度、支撑剂粒径及砂比的径向井瓜胶压裂液摩阻损失计算关系式。利用相关系数检验法计算标准估计误差为0.140,拟合回归方程有效。实验发现,瓜胶压裂液黏度对摩阻有双重影响:一方面会增加流体内部以及流体与管壁间的剪切应力,导致摩阻损失增大;另一方面,随着黏度增加,聚合物溶液产生转捩延迟效应,同时对支撑剂控制能力增强,促使压裂液摩阻损失减小。      

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国内对水平井进行分流压裂施工尚属首次，压裂管柱设计及力学分析是压裂施工的关键技术问题之一。水平井压裂管柱在井眼曲率作用下随井身产生初始弯曲，弯曲后的压裂管柱在温度、自重、内外压力和局部集中力的综合作用下再次产生变形，变形后的压裂管柱必将与套管内壁产生接触，这种接触状态随井深和井眼圆周方向随机分布，是一种随机的多向接触摩擦非线性问题。文中将运用“多向接触摩擦间隙元法”对这一问题求解，并结合大庆油田水平井分流压裂管柱工程实例，进行了受力变形计算，给出了不同工作状况下压裂管柱与套管内壁的接触摩擦状态、管柱下端变形、井口载荷以及管柱任一截面处的内力和应力，为压裂管柱的设计和施工提供了可靠的理论依据。经现场试验表明，井口载荷的理论计算值与实测值的相对误差均在１３％以内，完全满足于工程的需要，并在水平井中成功地实施了大型分流压裂作业。     

小井眼及套变井压裂工艺研究与应用

小井眼及套变井压裂与常规井眼压裂不同,需要配套相应的小直径井下工具和抗高压的井口装置,对压裂液的携砂性、抗剪切性及降摩阻性能都有更高的要求。为解决小井眼及套变井的压裂难题,针对小井眼及套变井的特点和目前小直径工具的实际情况,研制和改进了Y341-70和K341-98小直径封隔器,完成了 89 mm、 127 mm套管小井眼井和 139.7 mm套变井的压裂工艺管柱设计与配套,优化了压裂液体系和压裂工艺,成功完成了40多井次的现场施工,见到了良好的压裂效果。     

二氧化碳无水蓄能压裂参数优化

二氧化碳无水蓄能压裂技术在形成地层高导流裂缝的同时,通过与原油相互作用表现出了一系列有别于常规压裂的增产特性,包括降黏、体积膨胀和混相等。因此其优化设计过程也不同于常规压裂优化设计。首先利用地层原油取样进行室内二氧化碳与原油相互作用实验,获取最小混相压力;利用液态二氧化碳压裂时裂缝长度与储层物性参数关系模板,确定裂缝参数;以最小混相压力为条件,以裂缝参数和井底注入压力为基础,利用三维油藏数值模拟方法预测二氧化碳波及范围、混相带范围,最后确定最优的二氧化碳用液量。利用FracProPT拟三维压裂裂缝模拟软件,结合沿程摩阻损失,以保证井口和井下管柱结构安全稳定为设计前提,从水马力效率和经济效益角度优化施工排量;建立压后地层温度压力计算模型,模拟关井后混相带面积,确定最优关井时间为混相带面积最大时即压后井底压力大于最小混相压力的时间。吉林油田二氧化碳无水蓄能压裂技术已成功应用于致密油井,二氧化碳无水蓄能压裂后产油量均较压前有显著提高,6口井压后平均日产油是同区块常规重复压裂的2.7倍。研究结果表明,该二氧化碳无水蓄能压裂参数优化设计方法是合理可行的。      

提高胍胶压裂液摩阻计算精度的方法

目前计算胍胶压裂液摩阻采用的降阻比经验公式系数求取困难，摩阻计算精度低，与实际摩阻相差较大。采用试验和理论相结合的方法对摩阻计算方法进行了改进:根据室内小管径胍胶压裂液摩阻试验结果，采用拟合方法建立流速与降阻比的关系式，再利用流速与降阻比的关系式计算不同管径和流速下胍胶压裂液的摩阻。通过室内试验和现场实测摩阻验证了胍胶压裂液摩阻计算改进方法的准确性，结果表明，与传统经验公式方法相比，改进方法降低了求取经验公式系数的难度，提高了胍胶压裂液摩阻的计算精度，改进方法计算的摩阻与实测摩阻的平均相对误差不超过16%，而传统经验公式平均相对误差高达31%。研究结果表明，摩阻计算改进方法能够提高胍胶压裂摩阻的计算精度，可以为压裂设计和施工提供依据。      

压裂气举排液及完井一趟管柱

根据让那若尔油田低压、高气液比的油藏特征,设计出一种压裂气举排液及完井一趟管柱。该管柱在常规压裂管柱上安装气举阀,在油井压裂施工结束后不起出压裂管柱,采用气举方式实现压裂液快速返排和连续气举完井生产,是压裂工艺和气举技术的结合,一趟管柱实现压裂、排液及连续气举完井生产3项功能。24口井的应用表明,该管柱承受压力高,排液速度快,不动管柱可实现连续气举生产,既简化了作业程序,又能达到增产增效的目的,在油田具有广阔的应用前景。     

库车山前深层高温高压气井多封隔器分层压裂工艺

库车山前区域深层高温高压低孔低渗气藏多封隔器分层压裂作业易发生封隔器失效、钢球堵塞管柱及射孔段下部替液不干净等问题,成为影响储层改造作业成功的关键问题。为解决上述问题,在完井管柱上加装了伸缩短节并延伸管柱至射孔段底界;研发了一种高强度铝合金可溶球,以三聚氰胺为过渡层的复合有机硅树脂涂层为其特殊保护膜,其承压强度在69 MPa以上且溶解速度先慢后快;研发了一种全通径压裂阀,采用棘爪式结构和投球打压方式,滑套打开侧孔时扩径通过球,使球移动至管柱底部,其通径可与下部封隔器保持一致,形成了适用于深层高温高压气井的多封隔器分层压裂工艺。现场累计应用14井次,未出现封隔器压裂时失效、管柱堵塞和替液不净等问题。分析表明:伸缩短节能够缓解温度效应和管内外压差产生的轴向力;可溶球满足压裂施工需求的同时,避免了滞留堵塞现象的出现;延伸管柱配合全通径压裂阀为射孔段替液和压裂液有效注入提供了通道,解决了射孔段钻井液沉淀堵塞和支撑剂沉积在井底的问题。多封隔器分层压裂工艺能够为深层高温高压气井储层压裂改造提供可靠技术支撑。     

不动管柱多层压裂及排液一体化工艺技术研究与应用

为满足探井试油需要,研究了不动管柱多层压裂及排液一体化工艺技术.该技术包括3种形式：压裂两层及排液一体化管柱、选择压裂一层及排液一体化管柱及选择压裂两层及排液一体化管柱.该技术利用一趟管柱,对一个或两个层实施压裂,并在不动管柱的前提下,实现压后排液求产;同时通过管柱的结构设计与井下工具的合理设计,实现井下压力监测与压后井温测试,形成了集压裂、排液、求产、测压、测井温等于一体的完整配套的工艺技术.应用该技术在大庆外围油田及海拉尔地区的5口井中进行了现场试验,成功率100%.该技术使试油工序衔接得更加紧密,既可减少压裂液对储集层的浸泡时间,降低储集层的损害程度,又可降低作业成本,改善作业环境,实现绿色施工,具有广泛的推广应用前景.图6表4参8     

两层压裂井下管柱力学分析及其应用

不动管柱两层压裂技术是环保施工、提高劳动效率的新型工艺。为保证该工艺的科学有效实施,对井下管柱及各种压裂工具进行了屈曲分析、变形分析、轴向受力分析、应力与强度分析,确定管串的危险截面为井口和封隔器上截面,并编制了应用软件。通过输入油井的井眼轨迹、井身结构、油管柱组成、摩擦系数、油管内流体性能、温度、注入方式、井口油管内压力、锚定状态等各项参数,给出了井口与井下封隔器处的内外压、轴力、应力强度、安全系数及轴向变形情况。在实际井上进行了应用,有效地指导了压裂管柱设计及工具的选型,从而保证了压裂施工的顺利进行。     

大庆油田高温深井试气井下管柱力学分析及应用

针对大庆油田深井高温、高压裂压力及测试、压裂管柱的特点,在轴向屈曲分析的基础上,综合考虑井况、井身结构、管柱组合、施工顺序,以及考虑库仑摩擦力,考虑井口和封隔器的约束及其对轴向变形、轴向力的影响,给出了试气井下管柱载荷、变形、应力计算方法与公式,编制了井下管柱力学分析软件.据此,可以分析各试气工序下管柱的屈曲状态、载荷、变形、应力及强度安全性,并指导管柱组合和施工参数选择.