致密气藏水平井分段压裂缝参数优化

目前水平井分段压裂技术是致密气藏和非常规气藏开发的热点增产手段,而该技术的增产效果很大程度上取决于压裂缝参数。国内外很多学者对裂缝参数单因素进行了优化研究,很少考虑各参数对产能的综合影响作用,亟需裂缝参数组合优选研究。通过对X致密气藏进行数值模拟研究,探究了不同裂缝参数对致密气藏开采的影响规律,利用正交试验方法研究了不同裂缝参数对产能的综合影响作用。结果表明,X致密气藏的最佳裂缝参数组合是:压裂缝6条、裂缝长度140 m、裂缝导流能力30μm2·cm、裂缝错开分布、水平井中部裂缝间距大于根部和趾部裂缝间距。裂缝参数对X致密气藏开采效果的影响顺序是:裂缝分布>裂缝导流能力>裂缝间距>裂缝数>裂缝长度,并进一步提出X致密气藏为实现压裂增产,应主要通过优化裂缝分布方式,提高裂缝的导流能力,而不是单纯的增加裂缝的条数和长度。     

页岩气藏水平井分段压裂管柱技术探讨

介绍了我国页岩气藏与美国页岩气藏的差异,以及美国页岩气藏压裂技术的应用情况,借鉴国外页岩气藏水平分段压裂技术,并结合我国页岩气藏的实际情况,提出了裸眼水平井分段压裂管柱、双封隔器单卡分段压裂管柱、多级桥塞分段压裂管柱和环空封隔器分段压裂管柱,分析了各压裂管柱的结构、工作原理、技术特点及其技术关键。最后指出,应针对不同井况采用不同的工艺管柱。     

页岩气藏水平井水力压裂裂缝敏感参数数值分析

在计算页岩气井水平井分段压裂诱导应力和分析缝间干扰机理时,如果将页岩近似为各向同性体,将严重偏离工程实际。文中考虑了页岩弹性各向异性和孔隙渗流应力耦合效应,建立了水平井分段压裂三维有限元数值模型,针对水平井分段压裂方式、页岩力学特性对射孔簇间距的影响规律进行了敏感性研究分析。结果表明,裂缝形成的先后顺序影响裂缝周围诱导应力场,选择压裂方式与顺序压裂方式相比,形成的缝间诱导应力较小,最优缝间距也较小;页岩储层较高的弹性模量会引起较强的缝间干扰,导致缝宽和缝长均减小,页岩弹性模量各向异性越强,最优缝间距越大。所建有限元数值模型克服了仅适用于常规各向同性体诱导应力解析模型的限制,提供了相应的理论参考和技术支持。     

页岩气藏体积压裂水平井渗流模型

实现页岩气藏有效开发的关键在于页岩储层渗流机理的研究和产能模型的建立,但页岩气藏孔渗结构具有强烈的多尺度性,渗流机理复杂;纳米级孔隙存在克努森扩散,解吸介质变形等情形。同时,在增产改造过程中形成的复杂裂缝网络形态也对页岩气多尺度流动特征及页岩气产能造成不同程度的影响。建立了页岩气藏体积压裂后,水力裂缝与天然裂缝耦合条件下的产能预测模型,综合考虑吸附、解吸、扩散、裂缝网络等非线性流动效应的作用,并分别运用有限差分、嵌套性有限差分方法及牛顿拉普森迭代法进行求解。最后,结合我国某页岩区块实际井对体积压裂后产能进行影响因素分析。该模型对页岩气藏水平井压裂设计、压裂参数优化以及产能评价研究都具有一定的指导意义。     

水力压裂缝导流的页岩气藏水平井稳产能力研究

页岩气储量巨大,开发前景被业内广为看好,但其低孔低渗特性使得开发难度高于常规气藏。国外成熟的页岩气藏主要使用水平井压裂技术进行开采。笔者结合页岩气藏水平井压裂后产生水力压裂缝这一情况,建立水力压裂缝导流的页岩气藏水平井后期稳定开采的渗流模型,通过运用等值渗流阻力法,考虑吸附解吸影响,推导出水力压裂缝导流的页岩气藏水平井稳定渗流产能公式,然后采用拟压力替代的方法将适用于油相的产能公式改进为适用于气相的水平井产能公式。通过算例对压裂效果进行研究,结果表明：水力压裂缝数量越多,裂缝间距越小,水平井稳定产能就越大;水平井长度增加超过某一个由该气藏基本参数控制的长度值后,稳定产能的增加值将减缓。      

裂缝参数对压裂后页岩气水平井排采影响

应用油藏数值模拟器建立了考虑页岩气吸附特征、压裂后气水分布特征及裂缝复杂形态的页岩气水平井多段压裂排采模型,基于川东南某页岩气评价井,以压裂后累计产气量和返排率最大化为目标,研究裂缝参数对页岩气压裂后排采的影响。结果表明,缝高剖面和裂缝形态对压后产气量具有显著影响,但裂缝参数对返排率无显著影响;可采取变排量、胶液前置造缝等技术实现设计的裂缝参数;示例井历史拟合结果验证了排采模型的可靠性,为相似页岩气水平井压裂优化设计提供了理论依据。     

页岩气藏水平井分段压裂渗流特征数值模拟

页岩气藏具有独特的存储和低渗透特征,其开采技术也有别于常规气藏的开采技术,水平井完井技术和分段压裂技术是成功开发页岩气藏的两大关键技术。水平井完井和分段压裂后形成的复杂裂缝网络体系以及吸附气的解吸作用等因素,都给页岩气井的渗流机理研究带来极大挑战。研究表明,利用数值模拟软件来模拟页岩气井的裂缝网络系统,不仅能模拟页岩气的渗流机理,也能为编制页岩气藏开发方案提供可靠的理论依据。因此以Eclipse2010.1数值模拟软件为研究平台,建立了３种考虑吸附气解吸的页岩气分段压裂水平井数值模型,能够模拟页岩气藏水平井的生产动态,对体积压裂后形成的裂缝参数进行优化模拟。结论认为：只有通过增加水平井的数量和储层改造体积（SRV）、选取异常高压区钻井和压裂出具有充分导流能力的裂缝,才能有效提高页岩气藏的采收率,实现页岩气藏的有效开发。     

页岩气藏分段压裂水平井产能影响因素分析

针对页岩气藏中吸附气和游离气共存的现象,建立了考虑吸附解吸过程的页岩气藏压裂水平井产能计算模型,通过实例计算,分析了产能影响因素。结果表明,不考虑微裂缝时,压裂水平井产能很低,几乎为零,只有天然微裂缝发育比较良好的地层才具有商业开采价值;随着开采进行,解吸气量所占的比重越来越大,气藏考虑吸附解吸后产量更大,稳产时间更长,所以页岩气藏必须考虑吸附解吸的影响;正交试验表明,天然裂缝渗透率对产能的影响最显著,地层微裂缝发育程度直接决定了压裂水平井的产能,必须优先考虑。     

页岩气藏压裂缝网模拟及沟通效果评价

通过缝网模拟及压裂沟通效果评价模型的建立,为页岩气藏压裂水平井裂缝系统描述提供了简洁优化分析方法。在综合模型中,对单井控制区域内的不同类型天然裂缝组进行模拟,构建了天然裂缝模拟模型;与分段压裂参数相结合,提出了裂缝网络与天然裂缝相交后延伸走向计算方法,建立了人工缝网模拟模型;在原有压裂评价参数的基础上,增设了６ 个缝网沟通效果评价指标,用以更深入研究压裂过程中的参数影响程度。在实例分析中,进行了模型缝网模拟与微地震监测、模型压裂效果与数模产能评价２ 个方面的对比,结果具有较高的一致性,验证了模型的适用性。     

考虑净现值的页岩气藏压裂水平井参数优化研究

为了弄清页岩气藏压裂水平井生产动态和参数优化方法,文中基于双重介质和离散裂缝理论,建立了页岩气藏压裂水平井渗流数学模型,采用有限差分方法对数学模型进行数值求解;提出了以净现值最优为目标的页岩气藏压裂水平井参数优化方法,模拟井间距、单段簇数和裂缝半长对压裂水平井生产动态的影响,分析了产量最大化和净现值最优2种目标下的参数取值。研究结果表明：随着井间距的减小、单段簇数的增加和裂缝半长的增大,压裂水平井累计产气量增量先增大、后减小;以产量最大化为目标优化的井间距和裂缝半长偏小,单段簇数偏大,而以净现值为优化目标可以兼顾初期产量和投资收益,实现优化结果的双重最优。     

页岩气多级压裂水平井不稳定产量递减探讨

由于水平井钻井技术及水力压裂工艺的进步,页岩气藏已经可以开采得到工业气流。基于页岩气藏特殊渗流机理及解吸扩散规律,建立了在水平井钻井及多级压裂生产条件下综合考虑井筒储集、表皮效应、水力裂缝参数等多种因素影响下的双重介质页岩气多级压裂水平井不稳定渗流模型。通过运用点源函数法、Laplace变换、特征值法、正交变换法及Stehfest数值反演得到了双重介质页岩气多级压裂水平井产量递减特征曲线,分析了产量递减特征曲线对于表皮因子、吸附因子、裂缝条数、水平井长度以及裂缝渗透率的敏感性。该模型及研究可以用于更精确有效地预测页岩气多级压裂水平井产量动态变化。     

考虑页岩裂缝长期导流能力的压裂水平井产量预测

页岩气井压裂后初期产量高,随后产量迅速递减,但在预测页岩气压裂水平井产量时,目前国内尚无实际产量递减规律可借鉴。为此,进行了2.5和1.0 kg/m2两种铺砂浓度下的长期导流能力试验。试验结果表明,支撑剂的嵌入及破碎导致前2 d导流能力约降低43%,4 d后导流能力则降低得很少。将试验结果应用到川东南某井数值模拟中,恒定导流能力方案产量为考虑长期导流能力方案的2~3倍;10年生产动态预测结果显示,示例井生产周期可分为3个阶段,前2年产量递减率高达42%~46%,第3~4年产量递减率降至27%~37%,第5~10年产量递减率缓慢降至4%以下。研究结果表明,页岩支撑剂评价优选应以裂缝长期导流能力试验结果为基础,考虑裂缝长期导流能力影响的产量递减规律可为页岩气压裂水平井重复压裂时机的确定提供依据。      

气藏水平井干扰试井参数敏感性研究

在水平井干扰试井中,测量到的干扰压力通常很小,并且需要较长的测试时间。采用数值模拟方法研究气藏中水平井间干扰试井,模拟计算了干扰压力对不同水平井产量、井距、水平段长度、地层渗透率、储层厚度、储层孔隙度、垂向/水平渗透率之比、水平井表皮系数的敏感性和正负相关性,还模拟计算了导压系数、流动系数、单储系数等参数组合对干扰压力的影响。定性地揭示了这些参数或参数组合与干扰压力的关系,并制作系列图版定量地展示了模拟计算结果。这些成果可以指导现场气藏水平井干扰试井的具体实施,避免由于干扰试井参数设计不合理导致测量不到足够大的干扰压力而测试失败。     

页岩油气水平井压裂裂缝复杂性指数研究及应用展望

为了评价页岩水平井压裂效果,将适用于直井的裂缝复杂性指数概念拓展到页岩水平井分段压裂中,考虑缝宽的非平面扩展、缝高的垂向延伸、主缝长的充分扩展和分段压裂的缝间应力干扰因子等因素,研究了不同裂缝类型对应的裂缝复杂性指数范围。对如何提高裂缝复杂性指数,进行了实施控制方法上的系统探索。结果表明,要增加裂缝的复杂性指数,一是要有一定的有利地质条件,二是需要优化压裂施工参数及现场实施控制技术。研究结果在四川盆地周缘4口水平井进行了应用和验证,每口井分段压裂10~22段,共实施65段140簇压裂,单段最大加砂量126 m3,最大用液量达4.6×104 m3。压裂后复杂裂缝出现的概率为40%左右,部分井增产效果明显。      

美国页岩气藏水平井生产测井技术

美国页岩气藏的开发、测井技术相对成熟,使用连续油管输送测井仪器为其一大特色。Barnett组页岩气藏水平井生产测井中主要采用1 1/4in油管输送和过2 7/8in油管井牵引器输送测量仪器的两种测井方法。分析其仪器部署和测量实践表明,两种方法各具优势,在气、水层与裂缝的识别、持率测量等方面精度更高;降低了仪器在油管中发生阻塞的机率;增强了抵抗井内流体流动干扰的能力,使测得的数据能更好地反映储层实际情况。目前,我国多用钻杆传输的测井方式,而连续油管输送的测井技术涉及尚浅,因此,美国页岩气藏生产测井实践不仅对我国水平井测井技术的发展有指导作用,更可为我国处于起步阶段的页岩油气藏开发提供借鉴。     

裂缝转向对低渗地层水平井压裂的影响

水力裂缝转向作为压裂过程中的一种重要现象,可造成近井筒裂缝的弯曲,对于裂缝中支撑剂的传输和流体的流动规律具有很大影响,可最终影响水力压裂的成败和人工裂缝的导流能力。统计了长庆油田水平井压裂施工的部分资料,分析了长庆油田水平井压裂的特点。结合二维裂缝的平面应变模型,建立了裂缝转向的曲率半径与地层物性参数和压裂施工参数的关系,并针对性地分析了不同参数对于裂缝曲率半径的影响。结果表明,水平应力差对裂缝的转向距离有决定性的影响,压裂施工排量对水力裂缝高度的增长贡献显著,控制排量、延长注液时间能有效增加裂缝长度。结论对于压裂参数优化设计和水力压裂施工具有参考意义。     

致密油储层水平井产能影响因素研究

致密油储层致密,开发难度大,产能影响因素多。为研究致密油储层地质特征、水平井方位以及布缝方式等因素对单井产能的影响,采用数值模拟方法,分别建立了压裂水平井的单井模型,研究不同参数对产能的影响,并定义了影响因子,量化油藏地质参数对不同阶段单井产量的影响。结果表明,天然裂缝的导流能力决定了单井初期产能的高低,而产量递减速度主要取决于基质孔隙度的大小;在初期阶段产能的主要影响因素是天然裂缝的导流能力,后期阶段主要影响因素是基质孔隙度。当水平井筒方向与裂缝方向垂直时,通常获得较大的产能;体积压裂形成的网状缝可以大大改善开发效果,但是在网状缝难以形成时,通过增加压裂段数,可以达到相近的开发效果;合理地交错布缝,可以有效地采出缝间及井间的储量,从而大大改善开发效果。     

利用测井资料预测水平井压裂裂缝形态

水平井压裂裂缝形态复杂,预测难度较大。建立水平井压裂裂缝起裂数学模型;考虑水平井井周裂缝应力和流体的实际状态,根据断裂力学理论给出水平井井周裂缝尖端的应力强度因子的计算方法,按照Irwin延伸扩展准则判断裂缝是否延伸,遍历计算起裂点及其扩展点并不断迭代求解直至满足约束条件,建立裂缝延伸扩展数学模型;提出了用测井资料预测压裂裂缝长、宽、高的方法,建立用测井资料预测水平井压裂裂缝形态的方法。针对四川页岩气水平井,研究了用测井资料计算岩石力学参数和地应力方法,对四川页岩气水平井H1-3井压裂裂缝形态进行了预测,预测结果与微地震监测结果进行对比,表明水平井H1-3井预测结果能够反映近井周围压裂裂缝的延伸情况。     

鄂尔多斯盆地长7页岩油藏水平井生产制度

为合理制定长7页岩油藏水平井的生产制度,保障长7页岩油藏的单井产量,基于鄂尔多斯盆地长7页岩油藏开发的理论研究与生产资料,通过计算水平井体积压裂后人工裂缝缝内压力传播距离与时间的关系,以传播到边界的压力不随时间变化的原则确定合理闷井时间为40 d;高含水排液阶段结束的标志是采出水矿化度分析值与原始地层水相近或水平井压裂液置换率大于60%;通过定量分析水平井单段及百米水平段生产规律,建立动态关系式,确定各阶段合理的产液量。