页岩气体积压裂缝网模型分析及应用

对低渗透页岩储层进行体积压裂改造以形成复杂裂缝网络是获得页岩气经济产能的关键,压裂改造体积和缝网导流能力是评价体积压裂施工效果的关键指标,同时对压裂优化设计、压后产能预测及经济评价也具有重要意义。为此,在分析页岩气体积压裂特点的基础上,对两种主要页岩气体积压裂缝网模型的假设、数学方程及参数优化方法进行了比较分析,并结合美国Marcellus页岩区块现场参数对页岩储层压裂方案进行了优选。结果表明：离散化缝网模型及线网模型均能有效表征复杂缝网几何特征,模拟缝网的扩展规律和缝网中压裂液流动及支撑剂运移,获得缝网几何形态参数,可优选压裂施工方案;天然裂缝发育的页岩层是体积压裂改造的重点,水平地应力差越小则越易形成复杂缝网,施工排量越大,压裂液泵入总量越大,则储层改造体积范围越大,缝网导流能力越高,页岩气产能就越高。     

页岩气网络压裂设计方法研究

页岩气能否有效产出,很大程度上取决于压裂裂缝和压裂过程中诱导天然裂缝开启而形成的相互交错的网络裂缝面积大小,其与页岩气井生产指数具有一定的相关性,因此,页岩气压裂设计的根本出发点在于如何形成有效的网络裂缝。在借鉴国外海相页岩气压裂成功经验的基础上,针对国内陆相页岩气的特殊性,进行了网络压裂的探索性研究。确立了页岩气网络压裂设计原则及相关理论基础,阐述了网络压裂设计的基本思路及优化方法,包括射孔方案、小型测试方案、压裂材料优选、施工参数及压后返排参数优化等,并围绕页岩气网络裂缝的主控因素（页岩可压性、诱导应力场、主裂缝净压力优化及控制等）进行了系统的模拟分析。基于所提出的优化设计方法,对河南油田某页岩气井实施了小型测试压裂和主压裂施工,获得成功并取得了很好的效果。      

基于人工智能的压裂方案设计方法

随着钻遇的储层情况越来越复杂,准确制定压裂方案越来越难,不同的压裂软件对同一储层的模拟结果有很大差异,技术人员主要依靠经验确定施工方案。研究了一种基于人工智能的压裂施工参数设计方法,在收集、分析了大量储层、压裂、产能数据的基础上,优选出了储层参数、岩石力学参数、压裂施工参数和产能参数等,分别建立了用于裂缝模拟的神经网络专家组和用于产能模拟的神经网络专家组,采用遗传算法优化施工参数,现场应用效果良好,对其他类似区块具有借鉴意义。     

水平井薄层压裂技术在稀油老区油藏中的应用

针对稀油老区薄层油藏存在的开发难点,从增加泄油面积、控制裂缝高度以及压裂失效问题入手,通过优化射孔方案、优选压裂液、优化压裂设计、以及施工工艺参数,形成了适合薄藏油层的水平井关键技术和薄层控缝高压裂技术以及稀油老区强制转向压裂技术。现场应用效果表明:这些技术解决了薄差层压裂效率低以及邻近高含水油层的压裂保护问题,产量有了很大的提高,降低了部分油井的含水率。     

非常规气藏压裂水平井缝网—井网自动优化方法

非常规气藏已经成为中国油气增储上产的主要阵地,压裂水平井缝网—井网自动优化技术是实现非常规气藏高效开发的关键技术。基于油气藏数值模拟方法,采用同步扰动随机逼近算法建立了压裂水平井单井自动优化模型,对水平井位置、水平井长度、水平井倾角、裂缝与水平井夹角、裂缝条数和裂缝导流能力等关键参数进行自动连续性同步优化,并在典型非均质气藏中对压裂水平井单井参数进行了优化应用。采用该优化方法可以自动优化初始开发方案,得到经济净现值最佳的开发方案。在此基础上,对压裂水平井和裂缝的位置进行约束,建立了压裂水平井缝网—井网自动优化模型。并将该方法应用于典型非均质气藏,优化后的最佳开发方案经济净现值比初始开发方案增加了2 699.688万元。研究表明该压裂水平井缝网—井网自动优化方法能够自动同步优化井网形式、布井数目、水平井倾角和长度、射孔位置及裂缝属性等参数,并得到与地质情况相匹配的最优压裂水平井井网分布。     

泡沫压裂在川西洛带气田应用先导性研究

针对川西洛带蓬莱镇组的工程地质特征，对泡沫压裂在川西洛带气田应用进行了可行性评价。利用目前最常用的FracPT压裂设计软件，采用恒定内相设计方法，对泡沫压裂施工参数进行了优化设计，形成了一套适合于洛带蓬莱镇组的泡沫压裂施工方案，并与常规水力压裂方案进行对比，认为泡沫压裂在川西地区具有很好的应用前景。     

致密油藏水平井压裂裂缝参数优化方法北大核心CSCD

致密油藏基质渗透率极低,往往采用水力压裂的方式进行开发。压裂缝网决定了油井的产能,因此缝网参数的优化是致密油高效开发中的关键问题。本文在致密油藏非线性渗流数值模拟方法的基础上,研究了水平井单井压裂裂缝的数量、位置分布、长度、开度、方位角等参数对致密油藏衰竭式开采产量的影响规律,并进行了优化设计,形成了基于模拟退火算法的参数优化方法。基于优化结果,本文提出了一种哑铃交错型水平井压裂技术,为现场压裂方案的优选提供了借鉴。     

水平井压裂产能分析方法在顺9井区的应用

将压裂设计软件Fracpro PT与油藏数值模拟软件Eclipse黑油模型相结合,进行顺9井区水平井分段压裂产能分析及优化研究。分析了顺9井区横向、纵向裂缝开发适应性及水平井分段压裂产能的边界效应;考察了顺9井区裂缝的几何形态、导流能力、间距等参数对产能的影响,优选出合理的水平井分段压裂参数组合。该水平井分段压裂优化方法在顺9井区具有良好的适应性,顺9A井应用该优选方法分段压裂后初产达到14 t/d。     

致密油藏水平井压裂裂缝参数优化方法

致密油藏基质渗透率极低,往往采用水力压裂的方式进行开发。压裂缝网决定了油井的产能,因此缝网参数的优化是致密油高效开发中的关键问题。本文在致密油藏非线性渗流数值模拟方法的基础上,研究了水平井单井压裂裂缝的数量、位置分布、长度、开度、方位角等参数对致密油藏衰竭式开采产量的影响规律,并进行了优化设计,形成了基于模拟退火算法的参数优化方法。基于优化结果,本文提出了一种哑铃交错型水平井压裂技术,为现场压裂方案的优选提供了借鉴。     

大型水力压裂技术在文东油田的应用

在对文东油田进行压裂前地质研究和优化压裂技术研究的基础上,从优化设计参数、优选压裂液体系、确定压裂规模以及优选支撑剂等各方面,对文东油田实施大型压裂技术进行了全面研究.实际应用效果表明,大型压裂技术增产幅度大、投资回收快、经济效益显著.     

低渗透难动用储量压裂专家系统的研究及应用

针对国内低渗透油田储量难动用的特点,提出了经济有效开发的压裂专家系统.该系统包括基于网络功能的数据库、区块经济评价的蒙特-卡洛风险性分析、不规则井网与裂缝系统的快速评价、基于遗传算法的压裂方案优化及压后排液和求产的优化等.在此基础上,以降低成本和提高单井产量为目标,进行了现场新技术的试验,包括考虑地应力的井网优化、低粘度压裂液及多种支撑剂组合注入、分层压裂、大型压裂、水力压裂及超前注水等.在3个油田进行了现场应用,取得了显著的效果.吉林油田前48区块提高产量34%,降低成本37%;在克拉玛依油田3口井进行了低聚合物压裂和分层压裂试验,压裂后原油产量提高2倍以上;在董志油田的超前注水也见到了实际效果.     

基于遗传算法的计数式全通径压裂滑套优化设计

如何合理设计内滑套结构参数，使得内滑套结构强度较高的同时，压裂球推动内滑套运动所需压力较大，是计数式全通径压裂滑套设计的难点之一。为节约设计时间与成本，采用Plackett-Burman 设计筛选影响压裂球推动内滑套运动所需压力的显著因子，利用响应曲面法建立显著因子与多响应之间的回归方程并判定方程的有效性，将多目标优化问题转化为单目标优化问题并确定合适的目标函数，基于遗传算法寻找最优结构参数。基于Ls-dyna 模拟压裂球推动内滑套运动过程，结果表明，优化后压裂球推动内滑套运动所需压力由4.8 MPa 提高到7.2 MPa，运动过程中的最大应力由992 MPa 增大到1 036 MPa， 但仍小于材料的许用应力。进行了内滑套样机室内模拟实验，优化后压裂球推动内滑套运动所需压力由5.1 MPa 提高到了7.6 MPa，表明Plackett-Burman 设计、响应曲面法及遗传算法相结合用于优化内滑套结构参数是有效的。     

运用现代数学理论和计算机智能技术优选压裂井层

油气井压裂后要获得好的增产效果,首先要选取最适合进行增产措施改造的井。影响一口井压裂效果的参数包括地质静态、开发动态及压裂施工等多方面参数,从理论上讲,每一个参数对压裂效果都有不同程度的影响。传统的选井方法主要依靠经验或生产需求来选择施工井层,具有一定的主观性、盲目性和风险性。本文充分运用现代数学理论,即模糊聚类、模糊神经分类系统和模糊排序法,筛选了可靠的数据,确定了压裂选井主要影响因素;深入研究了影响压裂成功率的主要因素并应用层次分析法确定各因素的权重,研究了各候选井压裂成功率的大小;同时,充分运用计算机智能技术,提出了改进的自适应遗传算法,将该遗传算法与神经网络结合 起来,形成了改进的遗传神经网络,该网络收敛快、泛化能力强,克服了传统数学方法在处理这类问题时的局限性和误差大的缺点,可以用来优选压裂井。应用效果表明,该方法预测结果与现场实施压裂后的增产效果非常吻合。     

基于遗传算法的自增压汽化器优化设计

通过分析自增压汽化器的传热模型,应用遗传算法对自增压汽化器进行了优化设计;讨论了算法的优化步骤,并以自增压汽化器总长度最小为目标进行优化,得到1组翅片管的结构参数。实际算例结果表明,采用遗传算法进行自增压汽化器的优化设计切实可行,遗传算法寻优快捷、可靠,为同类汽化器的优化设计提供了参考。     

基于混合遗传算法的油田注水系统运行方案优化模型

分析了油田注水系统效率低、能耗较高的主要原因。以注水能耗最小为目标函数,以系统水力平衡、注水量和注水压力为约束条件,建立了油田注水系统运行方案优化数学模型。该模型是带有离散变量和连续变量的混合优化设计模型。根据模型的结构特点,提出了混合遗传算法的求解策略,给出了染色体选择、交叉和变异方式,编制了相应的计算机软件。运用该方法对某油田高压注水系统运行方案进行了优化计算,取得了良好的经济效益。     

ECONOMIC OPTIMIZATION OF EOR PROCESSES USING KNOWLEDGE-BASED SYSTEM: CASE STUDIES

The main challenge of Enhanced Oil Recovery (EOR) processes at the prevailing low oil prices is to reduce the cost. An optimization methodology, combined with an economic model, is implemented into an expert system for optimizing the net present value of full field development with an EOR process. The approach is automated and combines an economic package and existing numerical reservoir simulators to optimize the design of a selected EOR process using sensitivity analysis. The EOR expert system includes three stages of consultations: (1) select an appropriate EOR process on the basis of the reservoir characteristics, (2) prepare appropriate input data sets to design the selected EOR process using existing numerical simulators, and (3) apply the discounted-cash-flow methods to the optimization of the selected EOR process to find out under what conditions at current oil prices this EOR process might be profitable. The project profitability measures were used as the decision-making variables in an iterative approach to optimize the design of the EOR process. The economic analysis is based on the estimated recovery, residual oil in-place, oil price, and operating costs. Two case studies are presented for two reservoirs that have already been produced to their economic limits and are potential candidates for surfactant/polymer flooding, and carbon-dioxide flooding, respectively, or otherwise subject to abandonment. The effect of several design parameters on the project profitability of these EOR processes was investigated.     

致密砂岩气藏水平井分段压裂优化设计与应用

针对川西沙溪庙组致密砂岩气藏水平井开展了分段压裂优化设计及现场应用研究。采用水平井分段压裂诱导应力场模型,以提高储层整体渗流能力为目标,优选了裂缝起裂次序、裂缝间距和射孔参数,通过优化压裂施工净压力和排量沟通了主裂缝周围的天然裂缝。现场实施结果表明:优化后的水平井压裂8~13段,每段内射孔2~3簇,每簇长度为0.5 m,相同压裂段内簇间距为30~60 m;采用中间为12~16孔/m、两端为16~20孔/m的变密度射孔,优化排量为3.5~6.5 m³/min;采用优化设计技术实施的5口井平均稳定产量为5.3×10⁴m³/d,较优化前有明显提高,取得了显著的经济效益,为同类型致密砂岩气藏的水平井分段压裂优化设计提供了借鉴。     

新场气田须五致密气藏缝网压裂技术

新场气田须五气藏为砂泥岩互层致密气藏,具有储层埋藏深、非均质性强、裂缝局部发育、含水特征明显、多层叠置等特征,自然产能低,经济开发难度大。为解决该问题,在深入研究该气藏的工程地质特征的基础上,借鉴国内外页岩气体积压裂改造理念,以经济压裂为核心,研究形成了以低成本高性能组合压裂液体系、大排量双通道注入管柱及缝网压裂优化设计方法为核心的缝网压裂集成技术。21口井的现场应用情况表明,该集成技术针对性较强, 能使储层产能充分释放, 技术方案合理可靠, 为须五致密气藏的经济高效开发提供了的技术支撑。      

基于遗传算法的低渗透气藏水平井压裂参数优化

采用传统的正交设计方法对低渗透气藏水平井压裂进行优化设计，难以涵盖整个最优解搜索空间，优化对象数目的增加也会导致方案数量大幅增加。为了突破这一限制，基于遗传算法建立了新的水平井压裂智能优化设计方法，并编程实现了优化设计的全程自动化。计算结果表明：遗传算法在优化过程中不需要人为干预，大大降低了工作量，采用二进制编码形式替代水平井参数和裂缝参数极大地拓展了最优解搜索空间，算法复杂程度受优化对象数目的影响较小。与传统方法相比，该方法具有很大的优越性和实用价值，值得推广。     

压前评估在葡西油田古137区块压裂井中的应用

根据葡西油田古137区块开发压裂出现的压后产量达不到压裂投产的经济开发标准的问题,从压裂液体系、支撑剂的选用、纵向剖面上地应力条件对水力裂缝高度的影响3方面对以往压裂低效原因进行了分析评估。从这3方面进行优选,确定压裂施工规模,采用“二低、二高”的压裂施工参数设计思路提高近井导流能力,采用胶囊破胶剂与尾追常规破胶剂的双元破胶剂体系措施提高压裂液返排率,降低压裂液对储层和裂缝导流能力的伤害。2004年底进行了11口井压裂研究策略的现场压裂试验,获得较好效果,为该区块后续的开发井压裂提供了必要的技术保证。