低渗透裂缝性油藏压裂施工工艺技术

裂缝性低渗透油藏由于裂缝的发育程度、 产状、 力学性质及充填性的不同, 在水力压裂中会表现出不同的压力行为。老新地区地层隐性裂缝发育, 是导致压裂施工难度大的主要原因。裂缝性低渗透油藏水力压裂并不需要高砂比, 适当地增加规模, 有效地沟通储层的天然裂缝是保证油井高产稳产的关键。裂缝性低渗透油藏水力压裂需解决的关键性问题是有效控制压裂液向天然裂缝的滤失, 有效的降滤措施（ 加大降滤失剂的量） 、 控制排量施工、 增加前置液量可以提高施工成功率。通过研究, 结合现场施工情况, 对裂缝性低渗透油藏施工机理进行分析, 对施工参数进行优化, 取得了较好的效果。     

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煤层中含有大量优质清洁的煤层气，通常使用水力压裂技术才能正常生产。由于煤层中含有大量天然裂缝，所以压裂时压裂液滤失严重、裂缝扩展极其复杂。因此，了解煤层气井压裂的裂缝扩展对于指导高效开采煤层气具有重要作用。通过统计分析中国石油在华北地区的5个试验区块的压裂施工资料，发现煤层压裂中地层破裂压力梯度集中在0.0144~0.053 MPa/m之间，施工压力普遍较高。使用井温测试法和大地电位测试法测量了煤层裂缝的方位和高度，分析发现：压裂后的煤层裂缝一般都穿越其上下隔层，最大时裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍；裂缝的长度大部分为50~70 m，形状基本以垂直裂缝为主，也有垂直裂缝和水平裂缝共生的情况，少数压裂井出现单翼垂直裂缝。裂缝方向存在着随机性，但在某方向上出现的概率较大，说明裂缝扩展是地应力、局部地层构造和煤层割理共同作用的结果。     

有限厚度地层中水平缝滤失计算模型研究

压裂液向地层的滤失速度是压裂设计和压后评估分析时确定裂缝几何尺寸最关键的因素之一.现有的水平缝滤失计算模型是针对均质储层而建立的,不能用于裂缝性储层压裂液的滤失计算.基于裂缝性储层的流体渗滤理论,建立了有限厚度裂缝性地层中通过水平缝的压裂液滤失模型,采用付氏正交变换原理对模型进行求解,获得了便于实际应用的解析解.应用表明,裂缝性油藏水平缝滤失速度随滤失时间而降低,但等效的综合滤失系数却随滤失时间的增加而增加.采用滤失速度与滤失时间的平方根成反比的经典滤失理论计算水平缝中受净压力影响的压裂液滤失速度会带来较大误差.论文模型和计算结果对于水平缝的压裂设计具有一定指导意义.     

基于施工压力曲线的综合滤失系数测试方法及压裂参数优化

在水力压裂施工中,压裂液的滤失性质直接影响压裂液的工作效率,从而影响形成的水力裂缝几何尺寸和导流能力,故准确地测试施工过程中压裂液滤失情况对评价改造效果很重要。以大牛地某气井压裂为例,在二维裂缝扩展模型(PKN)下,利用该模型的净压力公式建立施工压力计算模型,计算施工过程中的施工压力曲线,最后通过计算的施工压力曲线与实际施工压力曲线反演获取压裂液综合滤失系数。研究结果表明,该井施工中压裂液综合滤失系数为0.1 mm/min~(0.5),利用该反演结果,采用统一压裂设计(UFD)方法优化主要的压裂施工参数,优化后,前置液量为490 m~3,施工排量为9 m~3/min。该方法反演效果较好,利用该方法可为判断压裂施工效果和优化施工参数提供一定依据。     

基于有限元裂缝网络的压裂液滤失模拟

压裂液滤失速度是水力压裂设计分析中的重要参数之一,对于裂缝性储层,它可以用裂缝型储集层压裂液滤失数学模型来计算,但是现有的压裂液滤失数学模型并没有考虑天然裂缝呈不规则网络分布且形态复杂这些因素对滤失的影响。因此,在考虑这些因素的前提下,以压裂液沿着天然裂缝向基质渗滤为基础,建立了裂缝网络的等效连续介质滤失模型,运用有限元方法求得了数值解。新方法能模拟复杂裂缝形态对滤失过程中压力分布的影响,克服了传统方法不能模拟裂缝弯曲、相交、方位变化等对滤失影响的局限。     

双重介质低渗透储层的压裂诊断与施工工艺

针对低渗透双重介质储层压裂过程中天然裂缝对压裂液滤失的影响，在Nolte压裂压力降落分析方法的基础上，对依赖于压力的滤失特征进行了分析，形成了压力降落过程识别天然裂缝滤失的基本方法，提出了压裂过程中依据天然裂缝与现今地应力场关系、裂缝开启压力等因素，模拟分析天然裂缝对压裂裂缝延伸动态影响的方法。压裂井例的分析表明，受天然裂缝的影响，压裂液的滤失系数高出同类储层一个数量级以上，为此根据天然裂缝的滤失特征提出了分步加砂、分级暂堵工艺，较好地解决了该类储层压裂易早期砂堵的问题。     

裂缝性油藏压后压降分析

对于裂缝性低渗透储层,由于其基质孔隙度小、渗透率低,天然微裂隙成为决定压裂液滤失的主要因素。在总结Nolte经典G函数压降曲线分析方法的基础上,根据裂缝性地层存在微裂隙的特征,建立了裂缝性油藏小型压裂压降曲线分析模型。应用无因次压力函数图和叠加导数图,做出了压降特征曲线,可以判断天然裂缝闭合压力。通过对已压裂井压降曲线的分析和解释,能够计算出与压力相关的滤失系数、基质的滤失量和经天然裂缝的滤失量,以及人工裂缝的几何尺寸,从而为裂缝性地层压裂施工参数的设计提供依据。     

水力压裂裂缝三维扩展ABAQUS数值模拟研究

油井岩石的水压致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程。建立了水力压裂流体渗流连续性方程与岩石变形应力平衡方程,引入了二次正应力裂纹起裂及临界能量释放率裂缝延伸准则,考虑流体在裂缝面横向、纵向流动,采用有限元计算软件ABAQUS中的Soil模块模拟岩石水力压裂的三维复合裂缝起裂与扩展。通过其黏结单元设定裂缝延伸方向,编写用户子程序并嵌入ABAQUS主程序中,以确定初始地应力场、渗流场、随深度变化的孔隙度及随时间变化的滤失系数。从数值模拟结果可以得到水力压裂泵注不同时刻裂缝几何形态、缝内压力分布、岩石变形及其应力分布、孔隙压力分布、压裂液滤失量以及压裂液流体特性、排量、上下隔层应力差、滤失系数等参数对裂缝几何尺寸的影响。     

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裂缝储层压裂与普通均质储层压裂存在明显的差异，最主要的差别就是流体的滤失。现有的压裂液滤失模型是针对均质储层而建立的，不能用于裂缝性储层压裂液的滤失计算。文章建立了裂缝性储层压裂液滤失计算的数学模型，采用正交变换法给出了模型的精确解，并讨论了其收敛性，对于裂缝性储层压裂设计和压裂压力分析具有重要的意义。实例计算表明，裂缝性储层压裂液滤失速度计算不能采用滤失速度与滤失时间的平方根成反比的经典滤失理论。     

压裂液滤失对裂缝萌生及动态闭合过程的影响机理

水力压裂技术已成为致密油气开发的主要措施之一，然而目前业内对储层改造过程中的裂缝动态闭合规律认识还不够深入，导致裂缝形成机制的研究理论难以满足生产实际需要。为此，为增强裂缝网络复杂性和沟通更多储集空间，基于拟三轴实验，从压裂液黏度和储层基础物性的角度构建了不同滤失行为模型，提出了根据储层实际物性来调控压裂液黏度的思路，以明确滤失行为对裂缝萌生机制的影响，揭示其动态闭合规律。研究结果表明：(1)随径向应力增大岩样破裂峰值强度和轴向应变增强，即出现较明显的应变软化特征，导致储层临界破裂压力更大；(2)水力压裂过程中压裂液黏度与储层基础物性构建的滤失体系，是导致裂缝萌生机制和动态闭合规律不同的主要原因之一；(3)页岩—低黏压裂液的中滤失程度体系易开启弱层理面，出现二次破裂，缝宽曲线呈双峰型，闭合程度为38%～71%；页岩—高黏压裂液体系滤失程度较低，裂缝开启后仅略微闭合，缝宽曲线呈平台型；而砂岩—高黏压裂液体系由于滤失程度较高，裂缝开启后压裂液在其壁面快速发生滤失行为，注入压力迅速下降，难以达到二次破裂条件，缝宽曲线呈单峰型，闭合程度为47%～94%。结论认为,现场压裂过程中应考虑上覆岩层压...     

煤层压裂工艺技术初探

煤储层的机械性质及煤层气的形成、储集、运移、产出机理 ,均与常规油气储层不同 ,因而煤层气的压裂具有特殊性。本文针对煤粉的产生及危害、煤层压裂处理压力过高、压裂液对煤储层的危害、压裂液滤失的危害及控制等几方面原因对煤储层的特性进行了系统分析 ,提出了煤层压裂设计中应选择合适的压裂模型、适宜的压裂液及支撑剂。结合国内外煤层气勘探开发经验 ,对比分析了目前常用的压裂方法 (凝胶压裂、加砂水压裂、不加砂水压裂及泡沫压裂 )的压裂效果     

绒囊流体控制煤岩储层水力裂缝形态研究

煤岩储层水力裂缝易随割理和天然裂缝转向延伸,致使水力裂缝形态不规则且横向延伸较短。欲采用绒囊流体作为压裂液,在压裂过程中暂堵割理和天然裂缝,使压力向垂直于井筒的方向传递,从而形成规则长缝。室内测试绒囊压裂流体暂堵煤岩柱塞剖缝承压能力18 MPa,能够阻止裂缝向割理和天然裂缝方向偏转;绒囊压裂流体伤害煤基质渗透率恢复值86%,满足压后产气要求;φ0.9 mm陶粒在绒囊压裂流体中的沉降速率0.003 cm/s,满足携砂要求。X井压裂现场配制绒囊压裂流体520 m3,采用井筒加砂分隔的方式分层压裂山西组和太原组煤层。绒囊携砂液泵注过程中,施工压力稳定在14.64~15.99 MPa之间,表明水力裂缝延伸过程中未出现堵塞和转向。压后模拟发现,太原组缝长155.7 m,缝高41.3 m;山西组缝长163.9 m,缝高47.5 m。因此,绒囊流体能够作为压裂液形成规则长缝,解决了煤岩储层造缝不理想的难题。      

影响煤层气井产量的关键因素分析——以沁水盆地南部樊庄区块为例

研究了沁水盆地南部樊庄区块煤层气投产井地质特征、压裂增产工艺、生产状况及排采技术等,分析了影响煤层气单井产量的关键因素,并讨论了提高煤层气井单井产量需要关注的问题。研究结果表明,煤层气高产井通常临界解吸压力与地层压力的比值较高,压裂施工时加砂量、用液量高;采用变排量施工工艺,控制裂缝形态,可提高压裂效果;特别是煤层气产出表现出“气、水差异流向”规律：构造高部位利于产气,构造低部位利于产水。在煤层气开发中,必须保证科学的排采制度,坚持“缓慢、长期、持续、稳定”的原则,排采早期保证液面稳定缓慢下降。在产气阶段,要保持合理套压,排采制度切忌变化频繁,避免由于煤层压力激动造成煤层坍塌和堵塞。     

深煤层水力波及压裂技术及其在沁南地区的应用

为提高深部煤层的煤层气产能,针对其地质特征提出了在深煤层实施多口直井同步水力波及压裂的技术思路。首先基于边界元位移不连续法建立了多裂缝诱导应力数学模型,模拟深煤层诱导应力场分布,分析水力波及压裂复杂缝网形成的可能性,然后采用离散元方法研究应力干扰的裂缝网络延伸情况及其影响因素,最后通过三轴压裂实验和现场应用效果验证了其可行性。结果表明:(1)水力波及压裂技术能增大应力干扰面积和应力干扰强度,促使水平主应力差的减小甚至诱导局部区域的地应力方向发生改变,有利于沟通煤岩中发育的面、端割理,从而形成大规模高效复杂的裂缝网络;(2)水力波及压裂有利于复杂缝网形成的条件包括较小的初始水平主应力差、低泊松比、较小井距、低压裂液黏度、高缝内净压力等;(3)真三轴物理模拟实验结果显示,水力波及压裂技术能够充分沟通煤岩天然裂隙,形成由人工裂缝、面割理和端割理组成的复杂裂缝网络。进而提出了一套深煤层多井同步水力波及压裂工艺优化设计方法,在沁水盆地南部柿庄北地区深煤层选取了5口直井进行先导性试验,裂缝监测及排采数据表明,水力波及压裂井产生的波及体积较大,裂缝网络复杂;较之于常规压裂井,水力波及压裂井不仅见气更早,产量、套压较高且稳定,而且所形成的区域压力降波及邻井,可大幅增加实施井及邻井产量。     

四川省宜宾地区龙马溪组页岩水力裂缝形态实验研究

水力压裂技术是页岩储层开发中的关键技术之一,如何实现储层改造体积的最大化,是制约当前页岩储层高效开发的技术难题。通过开展水力压裂物理模拟实验,直接观察水力压裂裂缝扩展形态,有助于准确认识裂缝扩展机理。通过对762mm×762mm×914mm四川盆地龙马溪组页岩露头和人工样品开展针对性实验研究,分别考察了天然裂缝,泵注参数(排量、黏度)对该龙马溪组页岩水力压裂裂缝形态的影响,同时采用声发射监测技术,对页岩储层声发射事件分布规律进行分析。结果表明,天然裂缝的存在是实现储层复杂裂缝形态的必要条件之一,其分布形态又决定了水力裂缝形态的复杂程度;对水力裂缝形态的评估需要将施工净压力、排量、黏度三者结合考虑,提高施工净压力有利于形成复杂裂缝,随着施工排量或黏度的增长,净压力呈现先增大后减小的规律,即当排量或黏度过高时,裂缝形态又趋于单一化;声发射监测结果能够客观反映裂缝在三维空间内的扩展趋势,声发射率和振幅与泵注压力曲线趋势一致,出现多个峰值,表明页岩水力裂缝扩展具有明显的非连续特征。本工作为页岩压裂机理研究探索了实验方法,为该区块现场体积压裂工艺设计、改造后评估提供实验依据。     

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本以六盘水煤层气勘探开发试验获得的实际资料为基础,结合国内外煤层气勘探开发成果,对其勘探开发前景进行了初步研究。指出该区具有煤层多,累计厚度大,煤阶类型多样;煤层含气量较产,煤层气资源量丰富;含气饱和度、临界解吸压力与地层压力的比值中等;煤层渗透性非均质性较强;煤层单层较薄,煤体结构较差;煤层地应力较高,杨氏模量较低及地形条件较差等特点。通过对上述特点的综合分析,章认为六盘水煤层气地质特征总体表现为煤层气资源条件优越,煤层气可采性较差;目前制约煤层气勘探开发的关键技术问题是选层技术、压裂技术和形成井网技术。建议继续六盘水煤层气勘探开发试验,并重点开展选层技术、压裂技术和形成井网技术的攻关研究。     

新型压裂滑套水力喷射器的研制及应用

压裂滑套水力喷射器是实现不动管柱水力喷射分段压裂的关键工具。为解决油气田现场使用的压裂滑套水力喷射器存在滑套开启压力不稳定、显示不明显、无锁紧机构及喷嘴不能反洗等难题,研制了新型压裂滑套水力喷射器。该压裂滑套水力喷射器具有以下结构特点:①采用剪钉内置的方式,剪切压力稳定,滑套开启压力显示明显; ②采用开口环式锁紧结构,可实现滑套打开后逆向锁紧; ③喷嘴组件采用分体式焊接结构,解决了压裂反洗时喷嘴脱落问题。现场应用结果表明,该滑套水力喷射器结构合理,操作简单,可满足多段压裂施工的要求。     

煤岩断裂力学性质对储层压裂改造的影响

煤岩断裂力学性质是煤储层水力压裂改造的重要力学约束,查明煤岩断裂力学性能及其对储层压裂造缝效率的影响机制对于压裂工艺优化、造缝效果改善具有现实意义。以阿拉善二道岭矿区深部(>1 800 m)高阶煤岩为对象,采用压痕法(IM)测试计算了煤岩的维氏硬度(Hν)及断裂韧度(KIC),探讨了在不同压头载荷施加条件下煤岩维氏硬度、断裂韧度值的变化规律,对比分析了低(100 g)、中(500 g)、高(1 000 g)三级压头载荷施压作用下,煤岩的破碎效率及造缝效果,提出高阶脆性煤岩在受压断裂过程中存在阶段式顿挫效应。研究认为:煤储层水力压裂应考虑脆性煤岩辐射裂缝延展效应,采取压裂液逐级变排量注入技术(及时充注新生成的裂缝空间),以维持较高裂缝净压力,产生更大的应力强度因子,提高储层压裂造缝效率,研究结果可为深部高阶煤储层水力压裂改造理论深化与效率提升提供科学参考。