水平井分段多簇限流压裂数值模拟

水平井分段多簇压裂是目前非常规储层开发的有效手段,但现场生产测试结果表明,相当一部分的射孔簇对产量完全无贡献。文中基于CZM模型和伯努利方程建立了考虑射孔孔眼摩阻的多簇裂缝同时起裂与扩展的有限元计算模型,对不同射孔参数情况下裂缝的同时扩展进行了计算模拟,得到了不同时间5簇裂缝的扩展形态,以及井底压力、各簇裂缝缝口压力和进入各簇裂缝的压裂液流量等随时间的变化规律。模拟结果表明:当射孔孔眼摩阻较低时,初期5簇裂缝同时起裂,后期由于应力干扰加强,中间3簇裂缝停止扩展并逐渐闭合,压裂液不再进入中间3簇射孔,成为无效射孔簇;非均匀射孔簇摩阻之间的差异能够有效平衡裂缝之间的应力干扰,使多簇裂缝同时起裂扩展并减缓多簇裂缝扩展的不均衡性;中间簇比侧边簇射孔数量只需多出2~3个就可以有效改变裂缝扩展形态,提高储层改造效果。该有限元计算模型对现场多簇水力压裂施工参数设计具有一定的指导意义。     

水平井分段多簇压裂缝间干扰影响分析

水平井分段多簇压裂在低渗透油气藏开发中发挥了巨大作用。为进一步提升油气产量,压裂段、簇数近年不断增加,同时也加剧了缝间干扰问题。合理利用裂缝产生的诱导应力干扰能够促使裂缝网络形成,使得储层改造体积增大。但是过高的诱导应力干扰也可能导致裂缝起裂困难,甚至造成裂缝砂堵,所以应当对缝间干扰问题进行相关研究。对此,采用位移不连续法建立了研究多簇裂缝诱导应力的数学模型,从局部应力场改变、起裂压力、裂缝宽度多方面研究了缝间干扰对分段多簇压裂造成的影响。模拟结果表明,诱导应力会导致局部区域水平主应力差异下降、破裂压力陡升、裂缝宽度下降等。分析显示,分段多簇压裂在利用诱导应力促进缝网形成的同时,也需要防止其对施工造成困难。研究结论对水平井分段多簇压裂具有指导意义。     

煤层顶板水平井分段多簇穿层压裂数值模拟

煤层顶板水平井分段压裂技术是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。文中基于流-固耦合原理,考虑分段多簇压裂时缝间应力干扰作用和射孔簇裂缝间压裂液动态分配,建立三维裂缝穿层扩展计算模型,研究了多簇射孔条件下裂缝动态延伸情况。结果表明：单簇射孔压裂形成的裂缝半长和宽度均较大,且裂缝尖端位于煤层顶板内,顶板内裂缝向前延伸后,由高应力顶板向低应力煤层中穿层扩展;三簇射孔条件下,当射孔簇间距小于15 m或压裂液排量低于8 m³/min时,中间裂缝不能获得有效的压裂液分配而发育不充分;对于煤层顶板水平井,射孔簇增多会导致压裂液分流,部分射孔簇将无法形成有效裂缝或无法穿层扩展,导致射孔簇效率降低。因此,对于多簇施工,应综合考虑压裂液排量、簇间距,以促进裂缝均匀扩展。研究成果可为煤层顶板水平井分段压裂施工优化设计提供依据。     

页岩气多段压裂水平井渗流特征数值模拟研究

页岩气藏储层渗透率极低,需要经过体积压裂改造才能进行有效开发,页岩气多段压裂水平井的渗流特征非常复杂,准确认识页岩气井渗流特征是进行产能评价和试井分析的基础。目前对页岩气井渗流特征的认识还不够明确,而且大多是通过建立理论的解析渗流模型来研究的,解析模型的简化和求解对渗流特征研究影响较大。笔者建立了反映页岩气多段压裂水平井压裂缝网形态的数值模型,采用数值模拟方法结合实际气井分析,研究了页岩气井渗流特征。数值模拟研究表明:页岩气井在渗流过程中主要经历人工压裂裂缝线性流、地层和裂缝双线性流、地层线性流、过渡流、外围线性流和边界流六个渗流阶段,不同形态压裂缝网模型的渗流特征基本一致。实际页岩气井主要出现井储效应、地层和裂缝双线性流、地层线性流三个渗流阶段,很难出现裂缝线性流、外围线性流和边界流阶段。     

页岩气水平井多段压裂产能影响因素数值模拟研究

页岩气作为一种重要的非常规能源,具有资源潜力大,开采寿命长等优点。目前只在美国和加拿大取得了成功开发。由于页岩气储层物性差,自然压力低,开发难度大等特点,商业开发页岩气的关键在于水平钻井和压裂技术的突破。水平井多段压裂技术形成裂缝网络,增大了渗流面积,减少了渗流阻力,提高了水平井产能,能十分有效提高页岩气产能,取得工业开采成功。本文运用Eclipse数值模拟软件中煤层气、双重介质等模块建立了数学模型,对页岩气储层裂缝系统与产能关系进行研究。考察了裂缝系统的渗透率、裂缝传导率、裂缝间距、裂缝半长、裂缝条数对水平井压裂后产能的影响。能有效优化和指导页岩气水平井多段压裂施工,预测产能。     

基于有限体积方法的页岩气多段压裂水平井数值模拟

为了实现页岩气在多尺度介质中的流动模拟,考虑页岩气在基质—天然微裂缝和人工大尺度压裂缝中的流动特征,建立页岩气多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,针对模拟区域采用非结构四面体网格进行网格剖分,基于有限体积方法离散建立页岩气三维渗流数值模型,然后通过顺序求解的方法进行求解,进而模拟页岩气多段压裂水平井的生产动态和储层压力分布变化,并对模拟结果进行分析。研究结果表明:(1)采用所建立的数值模拟计算方法与商业数值模拟软件Eclipse计算的多段压裂水平井产气量基本一致,证实该模型正确、可行;(2)分别采用顺序求解方法和全隐式求解方法计算得到的页岩气水平井产气量虽然在生产初期存在着差异,但随着计算的推进,二者迅速趋于一致,进一步验证了该模型的正确性;(3)尽管解吸气对地层压力具有补充作用,但作用有限,对产气量的影响不大,随着生产时间的延长,解吸气量在产气量中所占比例逐渐上升;(4)确定合理的压裂段数且获得较长的压裂缝长,是页岩气水平井增产改造的核心。结论认为,该研究成果有助于页岩气储层体积压裂的设计以及多段压裂水平井生产动态的预测。     

压裂水平井数值模拟研究

针对压裂水平井数值模拟问题,应用基于有限元法的数值模拟方法,对长庆油田某区块进行了数值模拟研究。通过对压裂水平井的历史拟合,得到了区块的有效渗透率和裂缝有效导流能力。研究表明,应用数值模拟方法对于压裂水平井的研究具有良好的适用性。     

水平井分段多簇压裂模拟分析及射孔优化

针对缝间应力干扰造成的段内各裂缝非均匀延伸问题,建立综合考虑应力干扰、流固耦合、多裂缝流量分配的分段多簇压裂裂缝动态延伸数值模型。基于建立的数值模型,研究了射孔孔眼摩阻、射孔簇间距、储集层岩石弹性模量、压裂液黏度对多条水力裂缝延伸形态的影响。模拟结果表明,考虑射孔孔眼摩阻时裂缝发育较为均衡;随着簇间距缩小、岩石弹性模量或压裂液黏度增大,应力干扰增大,导致部分裂缝缝宽变窄而减少进液,加剧了段内各裂缝的非均匀延伸。合理的孔眼摩阻能够有效促进多裂缝均匀延伸,为此提出了简便的射孔孔眼摩阻优化计算方法。通过估算压裂过程中缝间诱导应力值,定量计算出维持压裂段内裂缝均匀延伸所需的孔眼摩擦系数,并以此优选合理的射孔工程参数。采用射孔摩阻优化方法对1口水平井射孔参数进行计算,数值模拟结果及现场压裂效果显示,优化后的射孔参数能够有效维持各裂缝均衡发育。     

考虑邻井干扰的页岩气多段压裂水平井数值试井方法

页岩气田水平井开发过程中,井间干扰现象严重,在考虑邻井影响的条件下准确分析试井资料、认识储层参数至关重要。为此,综合考虑压裂裂缝和SRV区域建立了页岩储层改造后的多重耦合渗流模型,采用PEBI非结构化网格进行网格划分,基于有限体积法进行求解。根据历史生产数据建立有效的页岩气干扰试井评价模型,通过拟合实测资料对模型进行了验证,并运用该模型对2口生产井进行了生产动态预测及分析,结果表明,2口井间井距过大,可在2井间部署1口加密井并在后期投产新井的水力压裂过程中尽量扩展裂缝半长。该研究为页岩气井的产能预测及生产优化提供了理论支持。     

页岩储层射孔水平井分段压裂的起裂压力

目前,页岩储层水力压裂裂缝起裂和扩展机理研究已成为国内外水力压裂研究领域的重要课题,射孔水平井分段压裂技术是其高效开发的主要手段。针对目前部分裂缝起裂压力模型在计算射孔水平井横向裂缝起裂时破裂压力过低、严重偏离实际的问题,基于Hossain模型和Fallahzadeh模型,建立了新的水平井射孔孔道表面的应力分布模型;同时开展了水平井分段压裂的诱导应力分布研究和不同压裂工艺条件下复合地应力的分析;进而针对页岩储层的岩性特征,建立了考虑诱导应力条件下,页岩储层射孔水平井水力压裂在岩石本体起裂、沿天然裂缝剪切破裂和沿天然裂缝张性起裂3种方式下的起裂压力计算模型,提出了页岩储层水力裂缝起裂方式和起裂压力的判别方法。该成果对于页岩储层水力压裂裂缝起裂机理的研究和现场应用具有一定的指导意义。     

页岩气分段压裂水平井渗流机理及试井分析

分段压裂水平井在国内的应用愈来愈广泛,但对其渗流机理及渗流特征的认识还不够明确,由于页岩气井特殊的生产方式,对其试井分析的研究基本上还处于空白状态。为此,首先研究了水平井分段压裂产生的裂缝形态,进而系统分析了分段压裂水平井在开发过程中的主要渗流特征及其在双对数曲线上的特征表现,考虑页岩储层的特殊性,给出了页岩气井生命期内通常表现出的渗流形态;结合中国第一口页岩气分段压裂水平井--W201 H1井的压力恢复测试数据,分析了该井在压力恢复双对数图上表现出的渗流特征,明确了该井在测试期表现出的径向流应属早期径向流,并验证了该井在未来1年内的生产均处于复合线性流阶段;通过前后3次压力恢复试井曲线的对比分析,指出要展现页岩气分段压裂水平井完整的渗流流态及其演化过程,获取准确的储层与裂缝参数,需要较长的关井时间,确保压力计尽量靠近水平段位置,并选择合适的关井点以最大限度地降低井储和井筒积液的影响。     

页岩气水平井分段压裂优化设计方法——以川西页岩气藏某水平井为例

页岩储层需要水力压裂才能获得理想的产能,压裂时在追求较大改造体积的同时也应注重形成与储层相匹配的缝网导流能力,以提高改造体积渗透率。基于Warren Root模型,将压裂后形成的缝网考虑为高渗透带,利用等效渗流理论建立了等效高渗透带模型,在地质模型中利用体积及等效渗透率对压裂缝网进行表征,通过产能模拟并借助净现值理论对高渗透带长度、等效渗透率等参数进行优选,并以优选的高渗透带参数为目标,结合缝网模拟便可得到目标条件下的最优施工参数。针对川西页岩气藏某水平井使用该方法得到最优高渗透带长度为200～220 m,最优等效渗透率为4～5 mD。结合缝网模拟得到目标条件下的施工参数为：总液量为1 600 m³,总砂量为53 m³,平均砂比为10%,最高砂比为28%,施工排量为10 m³/min。该设计为页岩气储层改造作业提供了技术支撑。     

水平井砾石充填过程实时数值模拟研究

分析了水平井砾石充填过程及其特征,考虑携砂液向地层的滤失以及井筒环空、冲筛环空之间的流体质量交换,分别建立了井筒环空、冲筛环空2个独立流动系统的砾石、携砂液的质量和动量守恒方程以及各系统间的流动耦合方程,得到描述水平井砾石充填过程的时间相关数学模型。开发模拟软件对整个充填过程能进行可视化模拟,预测堵塞的发生及堵塞位置、充填率等。使用软件对完全充填、提前堵塞两种情况进行了算例模拟计算,分析了充填过程中的各动态参数的变化规律,模拟及分析结果符合水平井砾石充填的基本特征。砂浆排量、携砂比、携砂液粘度、冲筛比、滤失强度等因素对充填效果有一定影响。     

水平井分段压裂破裂压力计算

水平井分段压裂时,形成的初始裂缝会诱发井筒周围应力分布二次改变,产生诱导应力场。诱导应力场将会对后续裂缝起裂产生影响。在考虑原始井筒周围地应力分布状态的基础上,结合弹性力学理论和岩石拉伸破裂理论,建立了诱导应力场中井筒地应力分布模型和破裂压力计算模型。研究结果表明:诱导应力的大小和分布取决于裂缝间距、裂缝缝高及原始地应力。随着裂缝间距的增加,沿着井筒方向诱导应力逐渐变小;定间距时,随着裂缝高度的增加,破裂压力也随之增加;原始地应力分布与诱导应力场中破裂压力的变化规律无关,只决定着裂缝破裂压力增加的幅度。该结果对于优化水平井分段压裂设计具有一定的指导意义。     

低渗透油气藏水平井分段多簇压裂簇间距优化新方法

水平井分段多簇压裂中簇间距的大小是决定水平井分段多簇压裂成败的关键因素。为提高低渗透油气藏储层压裂改造效果,需建立合理的簇间距优化模型,而现有的优化方法多以应力反转半径作为最佳间距,并未定量化表征压裂后的储层改造效果。为此,基于弹性力学基础理论和位移不连续法建立了考虑水力裂缝干扰模式下的复杂地应力场计算模型,研究了天然裂缝在复杂地应力场条件下发生张开和剪切破裂形成复杂裂缝网络的规律,再以获得最大缝网波及区域面积为优化目标,形成一种新的簇间距优化方法。研究结果表明:(1)张开的水力裂缝会在其周围产生诱导应力,压裂液的滤失则会导致地层孔隙压力变化,相应的地层孔隙弹性应力也会发生变化;(2)天然裂缝剪切破裂区域与张开破裂区域重叠,且前者要远大于后者,可采用天然裂缝剪切破裂区域面积来表征复杂裂缝网络波及区域的大小。采用该方法指导了现场水平井的簇间距优化设计,实验井压裂后取得了理想的增产效果,为低渗透油气藏水平井分段多簇压裂的簇间距优化设计提供了借鉴和指导。     

水平井概念数模在叠置砂体中的应用

由于辫状河道砂体所处旋回位置不同,叠置砂体的发育模式各异通过对苏西地区砂体解释,统计出各类叠置砂体的几何及物性参数。结合油藏数值模拟技术,建立两类叠置砂体概念模型,对水平井长度,水平井段位于河道方位及产量进行优选,所得结论对苏48井区今后的水平井开采有一定参考意义。     

胜利油田水平井分段压裂技术的应用现状及发展趋势

胜利油田低渗透油藏资源储量丰富,水平井多级分段压裂完井技术是提高低渗透油藏产能的主要技术手段。十二五期间胜利油田在水平井多级分段压裂完井技术研究应用方面取得了丰硕的成果,形成了多项品牌技术,并在现场进行了很好的应用。下步针对低渗油藏的特点以及对压裂完井技术的新需求,胜利油田在现有技术的基础上开展新压裂工艺的研究。     

射孔水平井产能分段数值计算

水平井开采时流入剖面不均匀，传统的产能解析公式或恒生产指数的计算方法难以准确预测其产能。假设地层均质，将射孔完井水平井筒分为多个井简单元段，采用拟三维思想，把流体在三维空间的流动分为垂直裂缝流、近井区径向流和孔眼汇聚流，并考虑地层伤害的影响，建立井简单元段的油藏渗流模型。根据孔眼注入对水平井筒中流体流动的影响，将井筒压力损失分为摩擦损失和加速损失两部分，基于质量、动量守恒原理，建立井筒流动压力损失模型。将油藏渗流与井筒流动耦合计算，开发了应用软件，井壁流入剖面计算结果表明，从水平井筒末端到跟端，井壁注入量逐渐增大；水平井产能计算结果与油井实际产量吻合较好。图1表2参14