压裂砂堵机理研究及预防技术

水利加砂压裂是低渗透气田的重要增产措施,由于大斜度定向完井,射孔方位与地应力决定裂缝方向的不一致,压裂层位的薄、多互层结构,使压裂井周初始产生弯曲裂缝及多裂缝,形成压裂砂堵。研究结果证实:形成压裂砂堵的主要因素是井周弯曲多裂缝限制了压裂液在裂缝中的流动;交叠多裂缝竞争缝宽引起支撑剂桥堵;多裂缝或天然裂缝滤失降低了压裂液的效率,影响了主裂缝的发育。预防压裂砂堵在钻井上尽量直井完钻,改善射孔相位,应用停泵同粒径支撑剂段塞技术,促进主裂缝延伸,保证足够的缝宽,预防压裂砂堵。     

覆膜砂压裂改造技术现场应用效果浅析

油井压裂是储层改造和增产的重要工艺手段,压裂的目的是形成一条用支撑剂支撑的人工裂缝,从而达到使低渗储层获得较高产能的目的。目前压裂常用的支撑剂为普通石英砂和陶粒,但是他们最大的缺点是在地层条件下都会发生破碎,并且破碎的微粒在压裂液返排或油气生产过程中会发生运移.从而堵塞渗流通道,使裂缝的导流能力降低,甚至在压裂液返排过程中出现吐砂现象。本文主要阐述了树脂覆膜砂的性能及防砂、增产和稳产机理。     

支撑剂嵌入对致密砂岩储层裂缝导流能力的影响

致密砂岩储层经过水力压裂施工后,支撑剂通常会嵌入裂缝壁面导致有效缝宽减小,进而导致裂缝导流能力的降低,影响压裂施工的效果。以鄂尔多斯盆地某致密砂岩油藏储层段岩样为研究对象,评价了不同类型支撑剂、支撑剂粒径以及铺砂浓度条件下支撑剂嵌入对裂缝缝宽和导流能力的影响,结果表明：在相同的试验条件下,石英砂在致密砂岩板上的嵌入对缝宽和裂缝导流能力的影响要大于陶粒;支撑剂粒径和铺砂浓度越小,有效缝宽越小,支撑剂嵌入导致裂缝导流能力的下降幅度越大。在致密砂岩储层压裂施工过程中,应根据现场实际情况优化压裂施工设计,选择合适的压裂施工参数,尽可能地降低支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响。     

小粒径支撑剂在薄差层压裂施工中的应用

中原油田薄差油层多,分布较广,泥质含量高,部分井上下泥岩隔层厚,应力比较集中,造成压裂目的层裂缝缝宽较窄,压裂施工加入425～850μm陶粒,在22%左右砂比段经常出现砂堵。在铺砂浓度相同的条件下,闭合压力高于40MPa时,选用的粒径为300～600μm的小粒径陶粒作为主压裂支撑剂,与425～850μm陶粒相比导流能力相差很小。小粒径陶粒容易被携砂液携带,进入缝口时与较窄的裂缝宽度相匹配,施工砂比大幅度的提升,施工成功率100%。压裂施工后产量喜人。     

压裂气井出砂机理研究及防治

水力加砂压裂是低渗透油气田的重要增产措施,由于地质和生产制度原因造成压裂气井回流出砂,危及安全生产,掩埋射孔井段,影响气井产出。研究认为:地层两向水平应力差值的大小是控制压裂缝宽窄的地质因素,因应力差值大形成的“短而宽”压裂缝闭合速度慢,返排压裂液时支撑剂未被裂缝夹住,填充层顶部支撑剂易被流体携带出砂。频繁开关井激动井底,生产制度过大,突破气井出砂临界生产压差使压裂缝中砂拱松散而被流体带出。决定支撑剂回流的临界参数有裂缝闭合应力,油气开采所施加的流体动力及裂缝宽度。     

山西吉县-大宁区域煤层气压裂浅析

煤层气井压裂的研究方向主要在压裂设计、压裂工艺和压裂液上下功夫。压裂设计的关键是解决裂缝几何形状的问题和加砂程序的问题;压裂工艺的关键是解决压裂液的滤失、支撑剂的嵌入、煤层的产生和支撑剂的返吐问题;压裂液的关键是解决对煤层的伤害,有一定的造缝携砂能力。由于煤层本身具有低温、易吸附和易受伤害等特性,加上其压裂时滤失量大,故在压裂施工中压力出现异常的情况非常多。本文就山西吉县-大宁区域的煤层气井的压裂进行分析,摸索并总结出一套针对该区域的压裂程序。     

致密油水平井甜点体积压裂技术探索及实践

某油田致密砂岩油气富集,开发潜力大,但储层致密、压力系数低、天然裂缝不发育、砂体跨度大,储层改造面临裂缝启裂难、裂缝复杂程度低、加砂难度大、施工成本高及稳产难度大等问题。针对油藏地质特征及储层改造难点,试验应用水平井甜点体积压裂技术,通过水平段甜点识别、段内小缝间距分簇射孔速钻桥塞分段压裂、连续油管环空加砂压裂及高排量多液性段塞式注入相结合,保证裂缝高效起裂延展;组合应用大砂量加砂工艺与大液量缔合压裂液体系,在改善裂缝纵向及远端支撑剂铺置效果、提高裂缝导流能力的同时,实现地层增能蓄能;配合工厂化压裂作业施工,提高压裂效率、降低储层改造费用;同时择机注水补能,确保水平井投产长期有效。目前该项技术已在我厂致密油区块全面推广应用,累计在3个区块实施20口水平井,改造后水平井增产稳产效果显著提升,有效推动了我厂致密油区块整体高效开发和规模效益动用。     

支撑剂回流理论研究

压裂是低渗透油藏的重要开发手段,而压裂返排施工关乎压裂成败。通过对压裂过程中的支撑剂进行受力分析,利用牛顿第二定律分析了支撑剂在水平和竖直方向上的运动状态,建立了支撑剂回流模型。利用室内模拟实验,模拟了在单条裂缝中的支撑剂运动,分析了不同返排流量下的支撑剂运动状态,验证了支撑剂回流模型的准确性。通过室内模拟实验和回流模型计算分析了实际压裂过程中支撑剂在裂缝中的运动,得到支撑剂在裂缝中的运动距离相对于裂缝半长很小,为现场施工过程中进行顶替返排提供理论支撑。     

预凝胶颗粒对支撑裂缝封堵能力实验评价

评价预凝胶颗粒对支撑裂缝封堵能力对压裂裂缝封堵及重复压裂暂堵转向都具有重要意义。通过玻璃填砂管实验,研究了浓度、支撑剂类型和预凝胶颗粒充填方式对支撑裂缝封堵效果的影响。结果表明,预凝胶颗粒对支撑裂缝具有较好的封堵性,预凝胶颗粒浓度对封堵率影响较大,陶粒支撑剂更容易被封堵混合充填方式封堵率较高。预凝胶颗粒具有较好的封堵和暂堵作用。     

低渗厚油藏压裂工艺技术探索

针对低渗厚油藏类储层的压裂增产措施存在的跨度大,隔层差,缝高难控制以及砂堤分布不合理等问题,本文优选压裂工艺及配套技术,采用集中射孔技术和大斜度井支撑剂段塞技术,可有效控制缝高及多裂缝的产生,实现支撑剂的有效铺置;通过优化压裂施工参数,降低前置比,优化加砂强度3～3.5m3/m,优化砂堤分布实现饱填砂的目的 ;并针对优化形成适于低渗厚油藏的中温低伤害压裂液体系,与储层配伍性好。     

支撑剂在滑溜水中沉降规律探讨

支撑剂在压裂液中的沉降计算多采用单颗粒支撑剂在静止液体中的Stokes公式,没有考虑压裂液输送支撑剂是一个动态过程。同时,支撑剂在低粘滑溜水压裂液中的沉降运移规律不同于以往的高粘压裂液。对此,修正了单颗粒Stokes沉降公式,并且考虑支撑剂沉降所形成砂堤的稳定性,给出了动态沉降计算方法。对影响临界速度和沉降速度的主要因素计算分析后,认为裂缝高度或过流高度越大、支撑剂粒径越小和密度越大,临界流速越大,形成的砂堤也就越稳定。通过与相关室内实验结果对比后,表明所用理论方法比较可靠。计算结果表明,加砂设计时应逐渐降低排量,这与目前所采用的保持排量不变的加砂方式不同,提供了新的压裂设计思路。     

陶粒支撑剂的研究及应用进展

深层、低渗透、高闭合压力储层将是未来油气田水力压裂的主要区域,陶粒支撑剂因在水力压裂作业中起到支撑裂缝、提高导流率、增加油气产量的作用而备受关注。随着高品位铝矾土资源日渐枯竭,低铝质原料成为制备陶粒支撑剂的主要原料,目前主要包括低品位铝矾土、硅铝质固体废弃物以及其他材料。本文在总结大量文献的基础上,阐述了低铝质原料制备陶粒支撑剂所具有的优势以及存在强度不足的缺陷。之后针对这一问题,文章提出了覆膜增强和添加剂增强两种增强方式,系统讨论了预固化覆膜增强、可固化覆膜增强、液相助熔增强和畸化晶格增强对陶粒支撑剂强度的影响,总结出针对于不同原料制备、不同应用环境下的陶粒支撑剂最佳的增强方式。最后对陶粒支撑剂未来潜在发展方向进行了展望。     

掺锰超轻支撑剂的制备及性能研究

在保证支撑剂高强度的条件下,尽可能降低支撑剂的视密度是页岩气清水压裂技术开发的关键。本工作以低品位铝矾土、微米SiO2为主原料,水玻璃、纳米SiO2、氧化锰为辅料,用等离子动态烧结和后期高温烧结法制备方法制备超轻支撑剂,探讨了不同氧化锰掺杂量和不同烧结时间对其物相成分、体积密度、视密度和承压69 MPa下破碎率的影响。并基于经典PKN压裂模型模拟超轻支撑剂在裂缝中沉降与运移规律进行研究。结果表明,成功制备了视密度为1.639 g/cm3,在69 MPa下破碎率8.91%的超轻支撑剂,其最佳氧化锰掺杂量为7.5wt%,最佳烧结温度和烧结时间为950℃和2 h。超轻支撑剂比常规支撑剂在水平方向上运移了更长的距离,支撑剂在裂缝内部的分布也相对更均匀,可以满足中深油井的清水压裂要求。     

射孔孔道中携砂压裂液输送规律研究

携砂压裂液自射孔孔道进入水力裂缝,其为裂缝和井筒连接的唯一通道,然而实际压裂施工中常会出现支撑剂颗粒沉降在孔道内而将射孔孔眼堵住,或者流经孔道后能量损失过多而严重影响支撑剂在裂缝内的输送。针对此类问题,文章基于自主设计的实验装置研究了支撑剂在射孔孔道内的输送规律。结果表明:射孔孔道内沉降的砂堤厚度随施工排量的增加而降低,随孔径的增加而减小;射孔孔道两端的压差随施工排量的增加而增加,随孔径的增加而减小。携砂压裂液在射孔管道中流动时存在形成砂堤的最小临界排量和砂堤消失的最大临界排量。     

压裂支撑剂的覆膜改性技术

针对油气田开发对压裂支撑剂的性能要求愈来愈高的产业重大需求,油田化学领域运用现代化学理论与技术,开展了一系列卓有成效的压裂支撑剂化学覆膜改性研究和产品研发,为油气工业的快速发展做出了突出贡献。本文从化学和工程两个视角,系统阐述了压裂支撑剂化学覆膜改性的研究方向。化学角度,主要研究方向包括：在支撑剂表面涂层构成化学覆膜、通过化学手段科学改变支撑剂表面特性、化学涂层与改性并举。工程角度,大致分为三个重要研究方向：一是通过在石英砂、陶粒等支撑剂表面涂敷覆膜来提升支撑剂强度;二是通过在石英砂、陶粒等支撑剂表面涂敷覆膜来降低整个支撑剂的相对密度（如自悬浮涂层技术等）;三是石英砂、陶粒等支撑剂表面涂敷覆膜实现堵水疏油的功能。本文还简要阐述了树脂覆膜支撑剂、疏水支撑剂、憎水憎油支撑剂、自悬浮支撑剂、自聚型支撑剂、无机聚合物涂覆支撑剂以及功能性支撑剂等主要产品的特性。展望支撑剂未来的发展趋势,提出支撑剂应向多功能、高性能、小尺寸和智能化方向发展以及开发出更加适合无水压裂的支撑剂和原位生成型自支撑压裂体系。     

一种新型滑溜水压裂液降阻剂合成与应用研究

减阻剂是滑溜水压裂液的核心添加剂,采用反相乳液聚合法合成了一种新型降阻剂,并以其为主剂,配制了一种滑溜水压裂液体系。考察了降阻剂的各项性能和滑溜水压裂液体系对岩心渗透伤害和裂缝导流能力伤害性能。试验结果表明:降阻剂具有较好降阻性能和携砂性能;该降阻剂配制的滑溜水压裂液对岩心渗透伤害率低、对支撑剂导流能力的伤害率低,对支撑剂导流能力的伤害恢复率达到95.8%;该降阻剂配制的滑溜水压裂液具有低摩阻和高弹性的特点,可以实施大液量、大排量、大砂量的施工。     

PEG-based polymer coated proppants in supercritical CO2: A new approach in current fracturing protocols

Liquified carbon dioxide (CO₂) can be used in hydraulic fracturing fluids to provide nonaqueous alternatives to conventional water-based fluids as it is more environmentally benign and minimizing depletion of natural-source freshwater. However, conventional CO₂-based fluids are not sufficiently viscous to suspend proppants that are added to fracturing fluids to hold open subterranean fractures. Because of this reduced ability to suspend proppants, CO₂-based fluids have not found its niche yet as future fracturing fluids. Accordingly, a need exists for nonaqueous hydraulic fracturing fluids that adequately support and suspend proppant particles. The present study presents a green alternative of developing a poly(ethylene glycol) based polymers coated proppants which can swell in supercritical CO₂ so as to decrease the entire density of the proppant during fracturing process.