大庆外围油田裂缝转向重复压裂技术

外围三低油田经过多年开发,单井及油田产量逐年递减,初次压裂失效后单井及油田产能的恢复必须通过重复压裂才能得以保证.随着同井同层重复压裂次数增多,常规复压技术增油效果和有效期大幅度下降,油井储量动用程度差.这是由于常规同井同层重复压裂只能张开老裂缝,可以部分恢复老缝导流能力,但受老缝壁面的压实作用和井网条件限制,即使规模增大,增产效果也不理想.为此,针对外围油田压裂形成垂直裂缝的特点,研究应用了裂缝转向重复压裂新工艺,形成了以重复压裂裂缝转向机理、储层地应力场变化规律、转向裂缝参数设计优化、转向裂缝监测识别及裂缝转向重复压裂施工工艺为核心的配套工艺技术.通过实施可实现压开一条与原缝方向不同的水力裂缝,增加了新的泄油面积,提高了外围重复压裂井效果.     

榆树林油田扶余油层重复压裂裂缝转向研究

确定裂缝是否转向及其主要影响因素是目前榆树林油田重复压裂问题之一。通过Fracpro PT软件拟合分析了现场压裂数据,施工过程净压力7.8~17.0 MPa,目前最大最小主应力差为9.6~20.6 MPa,平均14.4MPa;采用重复压裂应力分析软件计算了油水井在不同生产压差和裂缝缝长与缝宽条件下生产时不同位置处的最大最小应力差的演变,5 mm缝宽比1.6 mm缝宽最大最小应力差小1.0 MPa;120 m缝长比60 m缝长最大与最小应力差小0.5 MPa;22 MPa比17 MPa的油水井生产压差的最大最小应力差小2.0 MPa。初始最大最小主应力差16MPa对该油田部分井重复压裂实现裂缝转向具有较大难度,不易形成新缝;目前最大最小应力差小、初次压裂形成宽和长的裂缝、压后油水井生产压差较大及重复压裂过程中净压力较高的井层有利于重复压裂时发生裂缝的重定向而产生新裂缝。     

人工压裂形成多裂缝的可能性研究

人工裂缝形太对压裂效果至关重要，压裂设计中首先要考虑的就是裂缝裂态。随着固井质量提高和射孔深度加大，井周应力集中变得复杂，射孔壁的应力集中已不容忽视，每一个射孔都能成为一个独立的破裂源，射孔方位不同，应力集中也不同，这可能影响人工裂缝的形成与形态，并存在出现多条人工裂缝的可能性，分析套管射也壁的应力集中状态，讨论裂缝延伸的阻力和每一次射孔诱发人工裂缝的优先顺序，并讨论应力状态对裂缝形态的影响和初裂缝缝态与射孔方位的关系。依据大庆喇萨杏油田应力测试结果，分析深射孔条件下的人工裂缝裂，结论是：若射忆方位随机，800－1200m深度出现人工直立初裂缝或水平初裂缝的概率大体相同，所需破裂压力也相近，一次压裂可能出现多条裂缝；控制射孔方位可以控制人工初裂缝形态；由于该水平最小主主应力与垂向主应力相近，初裂缝可以保持原来的形态独立延伸。图3表2参5（刘建中摘）。     

页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展规律模拟

暂堵转向压裂技术是提高非常规油气产能的重要方法之一,在非常规油气藏储层改造中已经得到了广泛应用。为进一步认识威远地区页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展特征,文中通过真三轴大物模实验研究了暂堵转向压裂压力响应与岩样破裂形态,验证了暂堵产生复杂缝网结构的可行性,明确了在不同应力差条件下的暂堵后裂缝起裂规律;同时采用ABAQUS软件黏结单元模拟裂缝的起裂与扩展,研究了不同水平应力差、不同偏转角下暂堵转向压裂裂缝扩展规律。研究结果表明：水平应力差对初次裂缝与暂堵转向裂缝的开启与扩展均具有显著的影响,水平应力差越小时,一次和二次压裂时岩样的破裂压力就越大,岩样越不容易被压碎。裂缝扩展阻力的不断增加,提升了缝内净压力与裂缝宽度;相交缝二次扩展后开启的新裂缝与一次压裂夹角越小,新裂缝扩展效果越好。该研究对威远地区现场压裂和缝网形态预测具有一定的理论指导和借鉴意义。     

缝内二次转向压裂技术探索

转向重复压裂是挖掘老区低渗油藏剩余油的重要途径,目前常规转向压裂技术存在着裂缝是否转向、缝内转向方式如何以及怎样实现缝内转向等问题,最终导致裂缝转向程度不理想、压后效果不明显、压后解释不准确.在岩石力学、断裂力学、水力压裂力学基础上,结合压裂裂缝转向理论,提出了“缝内二次转向压裂”的概念,通过分析对比缝内转向压裂可能出现的4种裂缝形态,发现在水平应力差拐点处实施缝端暂堵转向压裂可最大程度沟通油藏,分析了其适用的储集层条件、关键技术,并给出初步设计方法.该技术对发展转向压裂技术体系、由经验型压裂向精细化压裂的转变具有重要的意义.     

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩水力压裂技术研究

塔里木油田奥陶系碳酸盐岩油藏的压裂技术难点是:①压裂设计的针对性不强;②滤失严重、滤失系数难以预测;③裂缝形态及其延伸规律复杂;④缝高不易控制;⑤加砂难度大,易形成砂堵;⑥高温深井.认为应采取的技术措施是:①进行压前储层精细评价;②应用测试压裂及解释技术;③降滤防堵技术;④综合控制裂缝高度.研究的目的是为类似现场作业提供参考.     

转向压裂技术在重复压裂中的应用

人工暂堵压裂是在压裂过程中实时加入暂堵剂，以暂堵老缝或已加砂缝，通过破裂压力，裂缝延伸压力的变化使流体发生转向，从而造出新缝。其提高重复压裂效果的机理是使重复压裂产生的新裂缝沿与前次人工裂缝不同的方向起裂和延伸，在油气层中打开新的油气流通道的同时，更大限度沟通，改造．动用剩余油富集区和动用程度低甚至未动用的储层。理论上它是通过恢复或提高原有裂缝导流能力的常规复压技术的补充和发展，是提高油层挖潜水平的有利手段。     

塔河油田靶向压裂预制缝转向技术模拟研究

塔河油田超深油气资源主要储存于碳酸盐岩天然裂缝、孔洞中,应用预制缝靶向压裂技术可以控制裂缝转向,提高油气产量。采用修正降阻比法计算管柱沿程摩阻,结合裂缝不稳定渗流理论计算缝内压力变化,利用位移不连续法计算裂缝转向距离,建立了裂缝扩展一体化模型。计算分析了缝洞型碳酸盐岩含有预制缝的靶向压裂裂缝扩展方向角度和扩展延伸长度等参数,并将施工参数与压裂裂缝转向距离进行关联,采用有限元法及物理模拟试验进行准确性验证。研究结果表明,压裂液黏度、预制缝角度、地应力差和地层岩石弹性模量等参数与压裂裂缝转向距离呈负相关关系;预制缝长度与裂缝转向距离呈正相关关系;施工排量需要优选,才能得到最优转向距离。靶向压裂预制缝转向技术的模拟研究结果,为塔河油田超深碳酸盐岩储层缝洞储集体的高效开发提供了理论指导和数据支持。      

多裂缝应力阴影效应模型及水平井分段压裂优化设计

针对页岩气藏水平井分段压裂中应力阴影的表征方法及影响因素不明确的问题,基于水平井分段压裂理论,借鉴水力压裂裂缝诱导应力产生机理,从单一垂直裂缝入手,利用应力叠加原理得出了多条裂缝应力阴影效应的数学模型。应用该模型分析了应力阴影的影响因素,结果表明:①泊松比与水平主应力方向的应力阴影呈线性关系,当泊松比为0.2~0.4时,最小水平主应力方向的诱导应力为0.36~0.72 MPa;②裂缝数量越多间距越小,应力阴影效应作用越强;③裂缝数量增加的同时也增大了施工难度,5条裂缝比3条裂缝的净压力增加了41.46%;④当裂缝间距小于100 m时,裂缝容易转向形成缝网;⑤裂缝间距是缝高的1.5倍时,应力阴影效应非常小,超过2倍后可以忽略不计。上述结论对合理利用应力阴影效应进行水平井分段压裂优化设计具有指导意义。     

利用人工暂堵转向提高重复压裂效果

针对新疆油田老井常规重复压裂增油效果逐年下降不能满足油田发展需要的问题,在裂缝的造缝及重定向机理研究基础上,开展了人工裂缝暂堵剂以及转向压裂工艺的选井选层等方面的研究。通过选用高强度暂堵剂,使重复压裂产生不同方向的人工裂缝,打开新的油气流通道,动用剩余油富集区,提高油田采出程度。这种通过采用暂堵剂堵塞原裂缝,使重复压裂缝相对于原有裂缝方位发生偏离、转向,改造动用程度低甚至未动用的储层,不仅可提高重复压裂增油效果,还能在一定程度上改变水驱方向、提高注入水利用率。因此,重复压裂压开新裂缝及新裂缝重新定向对中高含水期的低渗透油田开发具有重要意义。     

裂纹管的振动特性研究

采用奇异单元模拟裂纹尖端的奇异性,无摩擦接触单元模拟裂纹的张开闭合效应,建立舍有方向裂纹的裂纹管有限元模型。基于此模型研究裂纹方向对裂纹管固有频率的影响,针对悬臂裂纹管和简支裂纹管,分析简谐荷载作用下的非线性动力特性,重点讨论裂纹方向对系统超谐共振的影响,并量化裂纹方向角变化所引起的谐波分量的差异。     

濮城油田双重介质油藏裂缝水淹分析及对策

濮城油田沙三段中亚段油藏为微裂缝-孔隙双重介质油藏，水力压裂产生的人工裂缝与原始裂缝连通形成水道。处在裂缝方向的油井极易暴性水淹，从而大大降低最终采收率。通过油藏压裂效果分析，及时进行了以重组注采井网为中心的开发调整，油藏水驱控制程度提高了12．3％，动用程度提高了8．5％，综合递减率下降28.5％，日增产原油110t。     

新型棘轮换向长冲程擅油机设计

设计的新型棘轮换向长冲程抽油机采用棘轮自动换向变速箱,通过棘轮和换向系统实现变速箱输出轴的正反向旋转,进而实现抽油机的上、下冲程;采用塔架结构实现长冲程采油;平衡系统采用天平式平衡原理设计,并进行了力学分析。现场试验表明,该抽油机能大幅度降低能耗,对油田节能增效将产生重大的影响。     

对水力压裂裂缝延伸方向平行于断层的认识

油田开发研究与实践认为，水力压裂裂缝延伸方向总是平行于地层最大水平主应力方向或垂直于断层走向。濮城油田沙三段油藏2001年压裂裂缝监测资料显示，一半以上压裂井的裂缝延伸方向平行或近似平行于主断层或次级断层，重新认识研究后认为这种情况确实存在，深入研究其内在原因并提出准确预测压裂裂缝延伸方向的解决办法，对油田开发井网的部署和压裂措施的实施具有重要指导意义。     

水动力改变液流方向技术在低渗透油藏中的应用——以新疆宝浪油田宝北区块为例

针对低渗透油田水驱采收率低、水驱效果差、液流方向单一等问题,以新疆宝浪油田宝北区块为例,对水动力改变液流方向技术在低渗油藏中的应用进行了相关研究。首先从水动力改变液流原理出发,总结出调整注水井、调整采油井和采油井转注3种水动力改变液流的工作原理。其次,结合油田实际地质及生产情况,从注水井增补及开发层位调整方面,对油田52口生产井制订了改变液流方向的具体措施。最后,利用油藏数值模拟技术对上述措施进行了评价,预测措施实施后15年综合含水率上升6.36%,产油量增加26.51×10⁴ t,日产油增加59.34 t/d。预测结果表明,水动力改变液流方向技术应用在宝北区块这样的高含水、低渗透油藏中能取得较好效果。该技术可有效抑制低渗透储层含水率上升,增加单井产量,提高储层水驱采收率。     

动态旋流技术的应用研究

论述了常规动态旋流器轴向进液结构存在的不足，提出采用切向进液结构有利于提高旋流器的分离效率，并从结构以及流场的角度分析了其可行性和优点。在此基础上以最佳分离结构参数的旋流器为例进行了对比计算分析，进一步得出动态旋流器的直径对旋流器分离效果的影响结果。     

20CrMo钢短裂纹行为和抽油杆表面允许裂纹深度

研究了抽油杆材料20CrMo钢穿透长、短裂纹和表面长、短裂纹在近门坎区的裂纹扩展行为。结果表明：短裂纹比长裂纹的裂纹扩展速率更快，门坎值更低，表面允许裂纹深度更小。因此，用长裂纹扩展速率和门坎值计算抽油杆剩余寿命，比考虑短裂纹效应的要高，最好使用裂纹扩展速率与有效应力强度因子幅计算抽油杆的剩余寿命。用短裂纹的门坎值重新计算了D级抽油杆各关键部位允许存在的裂纹尺寸。     

抽油杆表面横向裂纹扩展试验研究

用３５ＣｒＭｏ材料制成符合国标Ｄ级抽油杆机械性能指标的圆棒试件。通过试验研究了带表面横向裂纹试件在拉─拉交变载荷作用下表面横向裂纹的扩展情况。用降载勾线法描述了试件表面横向裂纹前沿的变化过程；根据试验数据的多项式回归，找出了试件表面横向裂纹前沿的变化规律。此试验结果可作为抽油杆表面横向裂纹扩展速率和抽油杆失效分析的依据。     

薄壁球形容器内表面裂纹应力强度因子的研究

本文提出一种薄壁球形容器内表面裂纹的定义方法;研究了球壳和带有错边或角变形几何缺陷的球壳内表面裂纹尖端应力强度因子随裂纹形状、深度、壁率和沿裂纹前沿变化的规律,裂纹扩展的规律;在与目前常用的平板解作比较的基础上,研究了曲率及几何缺陷对应力强度因子的影响,并提出了一种曲率修正系数的经验计算式.     

多裂纹对裂纹搭接规律影响数值模拟及机理研究

为研究多裂隙的损伤断裂规律,基于统计损伤理论,建立了含不同密度及倾角的多裂隙模型,对多裂隙的裂纹扩展过程、应力-应变规律进行了数值模拟,讨论了拉伸裂纹产生机理、多裂纹的临界长度,并基于声发射数值模拟结果说明了裂纹的损伤过程,结果表明,拉伸裂纹在预制裂纹尖端及靠近尖端产生,剪切裂纹产生于裂纹中部,靠近模型边界的预制裂纹存在“边界效应”;不同裂纹密度模型的峰值强度分别降低4.3%、4.7%及18.8%,不同裂隙角度的增大对模型峰值强度提供的百分比分别为13.2%,45.2%及61.9%,裂隙角度对模型峰值强度的影响要大于裂纹密度;讨论了单裂隙拉伸裂纹的产生机理,对多裂隙拉伸裂纹相互贯通的临界裂纹长度进行了推导。