疏松砂岩油藏压裂裂缝延伸规律数值模拟

压裂充填防砂可实现增产与防砂双重目的,是疏松砂岩油藏的一种重要完井方式。疏松砂岩具有高孔、高渗特点,且强度低、塑性强,裂缝起裂与延伸机理较为复杂。为研究疏松砂岩储层压裂裂缝延伸机理,揭示压裂工艺参数对裂缝形态的影响,建立了考虑储层岩石弹塑性变形、裂缝起裂与延伸、压裂液流动与滤失以及储层孔隙流体渗流复杂耦合作用的流固耦合有限元数值模型,针对渤海油田绥中36-1区块典型疏松砂岩储层,开展了压裂裂缝延伸规律数值模拟计算,并重点分析了压裂液效率、排量对于裂缝延伸规律的影响。结果表明:低效率压裂液在疏松砂岩中仅形成极短而窄的裂缝,裂缝两侧伴随着一定范围的剪胀高渗带,难以容纳支撑剂,无法实现充填防砂目的;效率高压裂液可在疏松砂岩中形成压裂充填防砂工艺所需的短宽裂缝,裂缝壁面两侧存在轻微压实现象,对渗透率的影响较小;提高压裂液排量,裂缝长度减小,裂缝宽度增加。研究结果可为疏松砂岩压裂充填设计提供一定理论参考。     

渤海油田疏松砂岩储层深穿透解堵技术研究及应用北大核心CSCD

渤海疏松砂岩储层堵塞范围随着开发生产周期越长而越来越深,常规酸化难以解除储层深部堵塞,解堵难度越来越大。针对这一问题,本文提出了深穿透解堵的技术思路并阐述其作用机理,通过三维物模实验和CMG数值模拟方法,研究疏松砂岩起裂及其渗流形态,建立疏松砂岩深穿透解堵产能分区计算模型,探讨了深穿透解堵增产效果,并以渤海疏松砂岩储层E1井为例,结合解堵液体系优选和施工参数优化进行了现场试验。结果表明,疏松砂岩能形成有利的双翼水力裂缝,解堵液在地层中的渗流形态呈“哑铃型”分布,深穿透解堵技术能大幅提高解堵效果;深穿透解堵可以在不破坏原有防砂管柱情况下,在地层中形成人工裂缝,解除近井筒和储层深部的堵塞,增加油井产能。本文研究成果为渤海油田疏松砂岩储层深部解堵提供了有效的技术手段。     

HYDRAULIC FRACTURING INITIATION AND PROPAGATION LAWS FOR MUD-BEARING SAND RESERVOIRS

含泥砂岩储层是海拉尔油田主力油层之一,由于含泥砂岩具有一定的弹塑性,其裂缝起裂及延伸有别于砂岩储层,所以压裂成功率仅为70％左右.为进一步提高压裂成功率,对不同泥质质量分数条件下岩石的应变关系进行了研究,根据不同泥质质量分数条件下裂缝起裂及扩展准则,利用有限元分析软件建立含泥地层裂缝起裂及延伸的力学模型,通过模拟分析不同泥质质量分数条件下地层的破裂压力和裂缝延伸的特点,认清了含泥及砂泥互层情况下裂缝起裂及延伸规律.模拟结果表明,高含泥砂岩储层往往需要提供更高的起裂压力和延伸压力,为该类储层水力压裂的优化设计提供了依据.     

渤海油田疏松砂岩压裂充填技术研究与应用

为了满足渤海油田疏松砂岩储层高效开发的需求,解除近井地带污染,增强低渗层导流能力,实现防砂、增产、调剖和控水等多重目的,对疏松砂岩裂缝起裂与延伸机理进行了研究,并以S油田为例,研究了压裂充填对生产的影响,同时对液压锁定器、顶部封隔器总成、充填短节旁通孔及反循环流道等进行了优化,形成了适用于?244.5和?177.8 m...     

致密砂岩储层CO2压裂裂缝扩展实验研究

为提高天然裂缝和层理不发育致密储层压裂裂缝的复杂性,基于真三轴压裂模拟实验系统,开展了致密砂岩储层CO₂压裂实验研究,分析了水平应力差、压裂液类型和排量对压裂裂缝扩展规律的影响。研究表明,超临界CO₂压裂形成的水力裂缝形态最复杂,液态CO₂次之,滑溜水压裂产生的水力裂缝形态简单;采用液态CO₂压裂时,低水平应力差（≤3 MPa）有利于提高水力裂缝的复杂程度;液态CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低22.1%,超临界CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低28.2%;提高排量会加快井筒内流体增压速率,起裂压力升高。实验证明超临界CO₂压裂能够有效提高裂缝复杂性。     

基于页岩各向异性的裂缝起裂数值模拟分析

页岩层理在水平方向上有序地定向排列结构导致了页岩较强的弹性各向异性。基于岩石横观各向同性本构关系以及渗流与变形耦合数值方法,建立了水平井裂缝起裂的三维有限元数值模型。考虑页岩弹性力学参数各向异性差异,进行了射孔参数和非均匀地应力对水平井裂缝起裂压力和起裂位置的敏感性研究分析。研究结果表明:裂缝起裂点对射孔方位角有较强的敏感性,随射孔方位角的增大易出现复杂的裂缝起裂形态;裂缝起裂压力随射孔方位角的增大而增大,随射孔密度的增大而减小;弹性模量各向异性对起裂压力有较大的影响,弹性模量各向异性比值越大,起裂压力越小;无论是均质地层还是各向异性地层,水平地应力比值对起裂压力的影响较大,初始水平地应力比值对起裂压力的影响较小。计算结果可为页岩储层的裂缝起裂压力预测以及裂缝扩展机理深入研究提供参考。     

渤海油田疏松砂岩储层深穿透解堵技术研究及应用

渤海疏松砂岩储层堵塞范围随着开发生产周期越长而越来越深,常规酸化难以解除储层深部堵塞,解堵难度越来越大.针对这一问题,本文提出了深穿透解堵的技术思路并阐述其作用机理,通过三维物模实验和CMG数值模拟方法,研究疏松砂岩起裂及其渗流形态,建立疏松砂岩深穿透解堵产能分区计算模型,探讨了深穿透解堵增产效果,并以渤海疏松砂岩储层...     

致密砂岩油藏体积压裂技术适应性评价及压裂参数优化北大核心CSCD

目的针对鄂尔多斯盆地南区延长组长6致密砂岩油藏前期常规改造未获得有效突破,单井产量提高不明显的问题,探索复杂缝网体积压裂技术对区块致密油藏的改造效果。方法基于储层地质特征及岩石力学参数,评价了长6储层脆性指数及体积压裂可行性。分析了近井压裂裂缝起裂压力、起裂方位,明确了逼近角和水平应力差两个因素对远井压裂裂缝遇到天然裂缝的延伸规律。模拟研究了压裂设计参数对压裂裂缝形态及改造体积的影响,并优化了压裂设计参数。结果优化后的压裂设计关键参数为压裂规模为1000 m^(3)、设计排量为8.0~10.0 m^(3)/min、滑溜水前置液比例为30%、加砂强度为13%~15%,在此条件下更易获得最优储层改造体积和较高的导流能力。结论提出了适用于研究区块长6致密砂岩油藏复杂缝网体积压裂适应性评价和体积压裂设计参数优化方法,为复杂缝网体积压裂技术的应用提供了理论依据和现场指导建议。     

水平井压裂裂缝起裂及延伸规律模拟实验研究

应用水平井多级压裂技术对油气储层进行体积压裂缝网改造,已经广泛应用于非常规油气资源开采中,但较少研究水平井井筒走向与地应力方位的关系对压裂裂缝起裂及延伸的影响,以及主应力差对裂缝复杂程度的影响等问题研究。根据现场水平井压裂施工要求,通过物模压裂实验模拟了低孔低渗砂泥岩地层水平井在裸眼完井与套管射孔完井2种完井方式下,主应力差为10MPa和4MPa,水平井井筒方位角分别为0、30、45、60、90°时的裂缝起裂和延伸规律。结果表明：主应力差对裂缝起裂影响很大,应力差越小起裂压力越高,裂缝起裂和延伸越复杂;裂缝沿井筒轴向起裂,在井筒两端裂缝最终转向垂直于最小水平主应力方向延伸;水平段井筒沿最小水平主应力方向时,压裂能够形成横断缝。该研究对理解不同方位角的水平井压裂裂缝的起裂及裂缝延伸规律具有重要意义。     

雁木西疏松砂岩油藏压裂防砂技术研究与应用

疏松砂岩油藏,胶结强度差。投产后出砂严重,储层出砂会造成严重的地层伤害及卡泵事故。以吐哈最典型的疏松砂岩油藏雁木西油藏为背景,研究形成了疏松砂岩油藏压裂防砂新技术,该技术采用高砂比、低排量、连续段塞加砂技术,实现端部脱砂,从而提高裂缝导流能力。并通过压裂防砂机理研究,从而优选出性能优良的纤维覆膜砂支撑剂。其抗压、抗折能力强,50 MPa下破碎率0.99%,仅为常规支撑剂的四分之一。岩心试验8h出砂量仅为0.16 mg,能有效过滤细粉砂岩,减少油井出砂,最终提高疏松砂岩油藏的产能。     

天然裂缝地层斜井水力裂缝起裂压力模型研究

受天然裂缝和倾角的影响,水力裂缝在斜井井壁处可能存在3种起裂方式,分别为沿天然裂缝面张性起裂、沿天然裂缝面剪切破裂和从岩石本体起裂.根据地层地应力状态及天然裂缝的产状,建立了裂缝性地层斜井水力裂缝3种起裂方式的起裂压力计算模型,提出了水力裂缝起裂方式和起裂压力的判别方法.现场实例表明:该模型能成功地解释天然裂缝性地层的破裂压力.     

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。     

天然裂缝地层中垂直井水力裂缝起裂压力模型研究

受天然裂缝走向和倾角的影响,水力裂缝在井壁处起裂可能有3种方式,即:沿天然裂缝面张性起裂,沿天然裂缝面剪切破裂,从岩石本体起裂。确定水力裂缝在井壁处起裂的压力和方式,对水力压裂设计和施工有重要的作用。根据天然裂缝产状和地层地应力状态,建立了水力裂缝3种起裂方式的起裂压力计算模型,给出了水力裂缝起裂方式和起裂压力的判别方法。现场实例证明,该模型较为成功地解释了天然裂缝性地层的破裂压力。     

不同构造地层水平井压裂起裂规律研究

水平井水力压裂时,由于井眼轨迹较长且钻遇地层复杂,使得井筒周围应力分布差异较大,从而无法准确预测起裂压力及起裂方位。利用Matlab软件三维可视化的优点,对储层构造为正断层、逆断层和平移断层3种情况下的压裂液侵入作用在井壁的应力分布状态进行模拟分析,并结合断裂力学理论对各种构造地层中压裂裂缝起裂压力和起裂方位进行研究。主要利用憋压时井眼周围三维应力分布直观地得到起裂方位规律,并对不同水平井方位角下的起裂压力规律进行了研究。结果表明:利用Matlab建立的水平井筒周围原地应力和压裂液作用下的综合应力三维图,能更好地阐述裂缝起裂方位和延伸趋势;不同构造水平井的起裂规律不同,水平井方位角为0～45°时,平移断层的起裂压力比正断层和逆断层的起裂压力要低一些;水平井方位角45～90°时,逆断层的起裂压力比正断层和平移断层低;正断层的裂缝延伸方位与逆断层和平移断层不同;水平井方位角为0°和180°时,起裂压力最大,90°时起裂压力最小;最小主应力是影响起裂压力最显著的因素。     

深层页岩气水力裂缝起裂与扩展试验及压裂优化设计

受地质构造、成岩作用等多方面因素影响,深层页岩的层理发育程度、脆性指数、岩石力学特性、最小水平主应力梯度及水平应力差都与中深层页岩有明显差异,使人工裂缝起裂压力更高,裂缝复杂程度更低,从而极大地影响了深层页岩气地层的体积压裂设计和安全施工。为此,利用大尺寸岩样,模拟研究了深层页岩气地层的水平应力差、压裂流体黏度、施工排量等地层和工艺参数及缝内暂堵措施对人工裂缝的起裂与扩展特征的影响规律。研究发现,裂缝起裂与扩展特性受层理胶结强弱、水平应力差及前置液黏度等因素影响较大,压裂裂缝容易沿层理起裂导致早期憋压超压,从而使施工失败,高应力差条件下裂缝扩展形态相对简单,前置中黏压裂液、缝内暂堵等措施有利于裂缝多次破裂、产生次生裂缝使裂缝复杂化。在此基础上,提出了密切割分段、短簇距射孔、组合液体及变排量施工等压裂优化设计方案,现场应用后深层页岩气产量获得了重要突破。      

致密砂岩气藏射孔完井裂缝起裂压力研究

致密砂岩气藏是一种非常重要的非常规油气资源,但其储层物性差、渗透率低、开采难度大,目前开发主要依赖水平井压裂改造技术。为了准确预测裂缝起裂压力,应用岩石力学、弹性力学相关理论对致密砂岩射孔完井方式下井筒复杂的受力状态进行分析,并考虑施工注入流体压力、压裂液滤失等因素对井筒周围应力场的影响,提出了一套相对完善的储层裂缝起裂压力预测模型。现场实例验证了该模型的正确性和适用性,且对于致密砂岩气藏的现场设计与开发具有一定的指导意义。     

暂堵转向压裂机理有限元分析

暂堵转向压裂技术是低渗透油气田开发后期增产挖潜的新手段、新方向。文中采用有限元分析方法研究暂堵转向压裂机理,确定转向裂缝起裂位置,分析起裂压力影响因素。研究结果表明:纤维暂堵转向压裂起裂点不唯一,当最小水平应力较大时,裂缝更倾向于从井筒起裂,反之,裂缝更倾向于从初始裂缝中部起裂;破裂压力存在一个区间,当岩石破裂压力在这个区间时,转向裂缝从初始裂缝中部起裂,当岩石破裂压力高于或者低于这个区间时,转向裂缝从井筒起裂;井筒起裂点的起裂压力随着最小水平应力的增大而减小,初始裂缝中部起裂点的起裂压力随着最小水平应力的增大而增大,2个位置的起裂压力均和地层弹性模量无关。该研究对认识暂堵转向压裂机理以及提高缝网改造效率具有重要的理论价值和现实意义。     

疏松砂岩压裂充填裂缝扩展与参数优化研究

压裂充填技术已经成为渤海油田疏松砂岩油气藏开发中一种非常重要的完井方法，但目前对该区域的疏松砂岩裂缝延伸规律尚未明晰，无法有效指导压裂充填作业。为此利用室内试验和数值模拟相结合的方法，研究了疏松砂岩裂缝的延伸机理，通过灰色关联度的方法探索了排量、地层渗透率及压裂液性质等参数对压裂效果的影响敏感性。试验和模拟结果发现，交联压裂液比线性胶压裂液更容易形成单一、平整的拉伸型裂缝，裂缝长度随压裂液排量的增加而增加，随储层渗透率和滤失系数的增加而降低；而裂缝宽度随储层渗透率增加而增加，随滤失系数和排量增加而降低。基于上述成果形成了压裂充填关键参数优化设计方法，并在渤海油田进行了170余井次现场应用，取得了较好的增产效果。研究成果可为疏松砂岩压裂充填技术的进一步推广应用提供技术指导和理论支撑。     

多孔眼裂缝竞争起裂与扩展数值模拟

射孔是水力压裂作业成功实施的关键因素之一,射孔参数研究对于储层改造、油气开采具有重要意义。基于全局嵌入黏聚区域模型（Cohesive Zone Model）,建立了模拟多孔眼裂缝起裂、扩展的有限元模型。模型把储层考虑为致密、低渗透性的孔弹性介质,耦合了裂缝中流体流动与地质应力间的相互作用。KGD解析解与模拟结果保持吻合,验证了黏聚区域模型的准确性。研究结果表明多孔眼起裂会表现出4种竞争起裂模式：第一,初期就起裂并维持张开;第二,孔眼张开但未曾起裂;第三,初期起裂扩展后又闭合;第四,初期未起裂中后期才起裂。随着射孔密度的增加,孔眼的起裂率和平均破裂压力逐渐降低,近井筒区域裂缝复杂度增加。随着排量与黏度的增加,孔眼的初始起裂率、形成的主裂缝以及微裂缝数量都呈增加的趋势,水平应力差的影响则与之相反。多个射孔孔眼存在时,裂缝通过合并或闭合的方式呈现出由复杂到简单的变化,裂缝数量表现出由多到少的变化,最终形成以2~4条主裂缝为主（按孔眼起裂形成的主缝数进行统计）,微裂缝为辅的扩展模式。     

低渗透储层射孔参数对起裂压力的影响

裂缝起裂是关系水力压裂成败的关键,而射孔参数是影响裂缝起裂的关键因素之一。根据岩石力学、渗流力学、弹塑性力学,建立了低渗透储层射孔地应力力学模型,在考虑流固耦合效应及动态效应的基础上,运用有限元法,建立耦合有限元模型,并采用Newton法求解,以获得低渗透储层?历钻井?固井?射孔?压裂不同阶段后的地应力分布状态。结合岩石的破裂准则,分析射孔参数对起裂压力的影响:地层破裂压力随着方位角的增加而增大,射孔与最大水平地应力的夹角最好不超过30°;随孔眼直径增加,破裂压力降低,选择16 mm孔眼较为合适;随射孔密度增加,起裂压力整体呈下降趋势;在射孔根部起裂时,随着孔深增加,起裂压力先减小后增加,孔深为0.5 m时,起裂压力最低,在射孔尖端起裂时,随着孔深增加,起裂压力降低。此研究结果可作为低渗透储层射孔参数优化的依据。