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。     

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压裂液滤失系数是压裂设计中的一个重要参数,在对煤层进行压裂设计时,如果直接利用试井和测井测得的渗透率和孔隙度值代入该滤失系数计算公式,算出的结果将与实际情况大相径庭,这是因为煤层中的渗透率与孔隙度等特性对应力极为敏感（相对砂岩而言）,当压裂液注入煤层时,煤层中极度发育的原始天然裂缝（割理,节理等）重新开启,导致渗透率和孔隙度大大增加,而试井和测井只能测得有限范围内的这些原始天然裂缝闭合状态下的地层渗透率和孔隙度,文章通过考虑煤层物性的应力敏感性,对石油上成熟的压裂液滤失系数计算公式进行修正,初步探讨了煤层压裂时计算滤失系数的方法。     

天然裂缝压裂液滤失模型

在裂缝性储层水力压裂过程中,天然裂缝在水力裂缝的作用下产生剪切滑移或张开,使压裂液的滤失量显著增加,从而增大了施工风险.目前的压裂液滤失模型大多是针对均质储层的,不适用于裂缝性储层.为此,从天然裂缝内压裂液的动态滤失过程出发,描述了压裂液滤失的物理过程;根据压力连续及流体体积守恒原理,建立了天然裂缝压裂液滤失模型;结合模型求解思路和方法,编制了计算程序.研究结果表明,压裂液性质、天然裂缝性质和施工参数等对压裂液的滤失影响较大,重点模拟分析了充填带对滤失量的影响.天然裂缝压裂液滤失模型计算结果表明:当最大缝宽较窄时,存在最小滤失量的临界缝宽;当最大缝宽较大时,累积滤失量与临界缝宽成反比;增大充填物的体积浓度可减小压裂液滤失量;而增大充填带临界厚度会增大滤失量,但存在最佳临界厚度.     

速溶海水基压裂液在渤海油田的应用

针对渤海L油田的高孔、高渗、疏松砂岩储层特点,开发了一套速溶海水基压裂液,进行了速溶性、耐温耐剪切性、滤失性、破胶性能和岩心伤害性能评价。实验结果表明: SWF-SRG在海水中溶胀5 min溶解率达到92.3%,满足连续混配配液的要求;形成的速溶海水基压裂液在储层温度下剪切120 min后黏度大于50 mPa·s,满足现场压裂施工携砂的要求;该压裂液具有较高的造壁滤失系数、易破胶、储层伤害率低的优点,适合海上疏松砂岩压裂。速溶海水基压裂液连续混配压裂在L油田成功应用,最大配液速度达4.3 m3/min,最高砂比60%,最大加砂量51.1 m3,施工成功率100%,大幅提高了海上压裂施工效率。为海上大规模压裂提供了技术支撑。     

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.     

水力压裂在边台潜山裂缝性低渗油藏的应用研究

依据辽河田边台潜山裂缝性低渗油藏的压裂试验研究，认为，裂缝性能渗油藏水力压裂需解决的主要问题为加砂过程中容易出现早期脱砂和压裂液对天然裂缝的伤害。探讨了张开型天然裂缝油藏压裂研究方法及其施工优化程序，设计与实施中，适当增加了施工排量，压裂液表现粘度与前置液百分数，并采用在前置液中加入一定浓度的粉陶防滤失剂来充填张开的天然裂缝，使其综合滤失系数下降，首次在水力压裂上使用油藏模拟（ＳｉｍｂｅｓｔⅡ）进     

海上油田薄互层发育储层压裂充填工艺技术研究

渤海海上油田明化镇组、馆陶组是以河流相为主的沉积体系,含油目的层段跨度约300 m,属于典型的薄互层发育储层。由于储层胶结差、层间非均质强、泥质含量高、原油黏度大等原因,多采用压裂充填完井方式生产。受完井作业成本限制、平台数量有限等因素影响,近年来海上完井呈现出防砂井段长、井斜角度大、射孔簇数多等特点,导致海上压裂充填裂缝形态复杂,加砂困难,提前脱砂比例高达15%,压裂充填效果不理想。本论文通过对地层滤失类型、压裂液效率、净压力、地层砂比等施工参数进行分析研究,明确地层滤失类型是影响压裂充填效果的关键因素,并形成了一套根据储层漏失类型对压裂充填工艺参数进行优化调整的设计方法。此设计方法可有效提高海上压裂充填成功率,现场应用表明提前脱砂比例下降至1%,可为其他油田压裂充填作业提供指导与借鉴意义。同时结合国外压裂充填技术现状,推荐海上压裂充填井进行裂缝监测,以指导压裂充填工艺优化,提高压裂充填效果。     

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。     

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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。     

前置缓速酸加砂压裂中酸岩反应模拟研究

水力压裂是低渗、特低渗砂岩油气藏增产改造的主流技术,但常规水力压裂由于压裂液破胶不彻底等伤害储层而不能使增产效果最大化。室内实验及现场施工表明,前置缓速酸能改善压裂效果。前置酸加砂压裂要求施工结束后返排阶段酸液仍具有一定反应活性,能促使压裂液破胶和清洗支撑裂缝。酸液对滤失区孔隙度和渗透率的改善程度、施工结束后滤失区酸液浓度决定了前置酸对压裂效果的改善程度。基于酸液缓速机理和酸岩反应机理,建立裂缝内和滤失区的酸液浓度分布和矿物浓度分布模型,可用于计算滤失区酸液和矿物浓度分布,以及对孔隙度和渗透率的改善程度,评价前置酸对常规水力压裂效果的改善程度。模拟结果表明氟硼酸和氢氟酸的复合缓速酸液体系能有效改善滤失区孔隙度和渗透率,并保证返排阶段酸液仍具有一定反应活性,可有效促使压裂液破胶和清洗支撑裂缝。     

多裂缝煤岩储层水力压裂裂缝动态扩展研究

考虑多裂缝煤岩储层裂缝发育特性,基于简化的N-S方程和连续性方程建立了水力压裂裂缝尖端动态扩展模型。采用坐标变换的方法简化缝内流体连续性方程,计算得到多裂缝煤岩储层任意时刻压裂液的滤失速度。应用3D-CBMulti-Fracture软件,对山西某区块WS-10煤层气井水力压裂主裂缝及次生裂缝动态扩展过程进行研究。研究结果表明,当携砂液注入次生裂缝时间超过5 min后,压裂液滤失速度出现波动,随着裂缝尖端砂堵区渗透率增大,压裂液滤失系数增大;当次生裂缝砂堵区渗透率较小时,裂缝尖端变得短而粗,携砂液进入次生裂缝10 min后,裂缝最大宽度增加了2.2倍;增大裂缝尖端砂堵区渗透率,裂缝长宽比变化均匀,裂缝截面形状不会发生突变;当裂缝尖端砂堵区渗透率为0时,水力裂缝动态扩展体积误差为5%~25%。     

深层裂缝性储层降滤失技术研究

分析了裂缝性储层压裂液漏失机理和影响因素,结合川西地区工程地质特征,从压裂液的优化、施工参数的优化、控制多裂缝的形成三个方面提出了降低裂缝性储层滤失的方法,包括高粘压裂液体系、升降排量测试压裂技术、多级粒径段塞技术等。这些技术的应用效果很好,对提高裂缝性气藏施工成功率具有重要意义。     

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...     

水力压裂在边台潜山裂缝性低渗油藏的应用研究

依据辽河油田边台潜山裂缝性低渗油藏的压裂试验研究,认为:裂缝性低渗油藏水力压裂需解决的主要问题为加砂过程中容易出现早期脱砂和压裂液对天然裂缝的伤害。探讨了张开型天然裂缝油藏压裂研究方法及其施工优化程序,在设计与实施中,适当增加了施工排量、压裂液表观粘度与前置液百分数,并采用在前置液中加入一定浓度的粉陶防滤失剂来充填张开的天然裂缝,使其综合滤失系数下降。首次在水力压裂上使用油藏模拟(SimbestⅡ)进行了对裂缝性低渗油藏压后的生产历史拟合研究,进一步加强了对油藏特征与压后效果的认识。评估了已取得的增产效果。这实例研究对进一步发展张开型裂缝性低渗油藏的水力压裂技术提供了先导性试验与技术准备。     

裂缝性地层测试压裂分析在川西须家河组的应用

川西地区须家河组砂岩气藏埋藏深，储层基质渗透率低，天然微裂缝局部发育，主要依靠大型加砂压裂工艺提高气井产量。为了解地层特征及为压裂优化设计提供必要的基础数据，在水力压裂施工前，采用测试压裂技术分析裂缝型地层的滤失系数、地层渗透率、闭合应力，计算近井筒区域的摩阻压力损失等参数。系统地介绍了裂缝性地层测试压裂分析的具体方法，结合川合148井的实例分析，对该方法在川西须家河组储层压裂设计中的应用进行了详细论述，为同类型储层的压裂优化设计提供了借鉴。     

裂缝性低渗透储层压裂液滤失计算新模型

现有的压裂液滤失计算方法基本上是基于滤失速度与滤失时间的平方根成反比的经典滤失理论,不能用于裂缝性储层压裂液的滤失计算。在考虑压裂过程中压裂液分别沿天然裂缝和基质向地层渗滤的基础上,建立了裂缝性低渗透储层压裂液滤失计算新模型,采用正交变换法给出了模型的精确解。该模型易于收敛,计算速度快。计算结果表明,裂缝性储层实施压裂作业时,压裂液主要经由天然裂缝滤失,裂缝性储层压裂液滤失计算不能采用经典的滤失理论。     

裂缝性地层压裂降滤失技术应用研究

针对裂缝性地层天然裂缝发育导致压裂液滤失大、施工过程中加砂困难的问题,提出二元滤失控制方法——前置液段塞和降滤失剂技术.以新疆油田古53井区火山岩储层为例研究了前置液量,前置液段塞浓度、导流能力、粉砂粒径和施工排量对控制滤失的作用;筛选评价了一种可降低压裂液滤失并对地层无伤害的油溶性降滤失剂,软件模拟表明,当其加量为3％时即可以明显提高压裂液效率.二元降滤失技术的现场应用对裂缝性油藏压裂的成功率具有一定的指导意义.     

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。     

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。     

测试压裂在长庆低渗透油田的应用

测试压裂可有效地确定在特定地层条件下的岩石力学参数,验证固井质量的好坏,与优质压裂液相结合,可有效地控制缝高,对整装区块进行测试压裂,可提高压裂作业的成功率,并能用于确定压裂的施工排量、规模及参数优化。长庆油田应用小型测试压裂技术,获得油井的破裂压力、闭合压力、闭合时间、压裂液的滤失系数等参数,并配合井温测井,确定地层在最大排量条件下的裂缝高度、区块的压裂模式。测试压裂为靖安油田的压裂优化设计提供依据,提高了安塞油田的重复改造成功率。