多缝压裂新技术研究与试验

受到注采井网和压裂工艺双重限制,单纯增加缝长来提高超低渗透油藏产量效果已不明显,为此提出了定向射孔多缝压裂技术思路,通过定向射孔诱导定向起裂,迫使初始裂缝转向,最终形成相互独立的多缝,进一步提高油层横向动用程度,扩大泄油面积。通过物模研究,认识到射孔方位和水平应力差是影响多缝形成的关键因素,在此认识上,优化了压裂工艺。华庆地区现场试验2口井,通过净压力拟合和微地震裂缝监测等手段分析,初步证实层内形成了独立多缝。投产初期,试验井相比邻井井均日增油0.91t(增幅约26%),实践证明通过多缝压裂提高泄油面积可以达到增产的目的。     

致密油藏分压四段定向射孔多缝压裂工艺优化研究

定向射孔多缝压裂工艺作为长庆油田低渗透油藏储层改造主体技术,工艺适应性强,增产效果显著,但是随着致密油开发区块储层物性逐年变差,提高单井产量难度越来越大,以分压两段为主的定向射孔多缝压裂工艺增产效果大幅下降,需要进一步通过提高分压段数,扩大泄流体积,提高单井产量。为此,提出了分压四段定向射孔多缝压裂工艺,并针对研究区储层压裂地质特征,以提高分压四段施工效率和避免缝间压窜、纵向上形成多条相互独立的裂缝为重点优化目标,在原定向射孔多缝压裂研究成果的基础上,开展了射孔方式优化、施工工艺优选、施工参数优化等方面研究,现场试验取得了较好效果。     

提高安塞油田加密区单井产能工艺试验

安塞油田属开发30年“低压、低渗、低产”老油藏,目前年产300万吨。但近年来随着老区不断加密,地下井网及水驱控制储量不断发生变化,剩余油受裂缝影响主要在侧向富集,剖面上单砂体动用严重不均,II+III类储层动用比例低,为提高加密区产建新井单井产能,本文从射孔段优化、提高裂缝穿透比、增加铺砂浓度、多缝压裂增加泄油面积等方面进行探索,试验了定面射孔+变排量压裂、多级加砂压裂、水力喷射定点压裂等针对不同储层特征的特色工艺对剩余油进行挖潜,结合新型稠化水压裂液体系,结果表明定面射孔+变排量工艺针对上下隔层地应力差值小的薄油层或底水油层,斜井多段压裂在井斜角大、井斜方位有利时针对厚度较大且不具备泥岩隔层遮挡条件油层,多级加砂压裂对于油层厚度大的充分改造,定点射孔压裂对于水洗特征明显且不规则的油井具有较好的工艺适应性和改造优势,因地制宜地选择特色工艺,改造后平均单井初期产能相比同类井常规改造提高0.45t。     

姬塬油田低产低效井多缝改造工艺技术研究

长庆姬塬油田属于典型特低渗透油田,在储层改造过程中常规压裂很难达到预期的增产效果,对姬塬油田生产现状和储层特点的分析,通过增大油层泄油面积的多缝改造技术可以提高低产低效井改造效果。结合油井周围复杂多缝形成的机理与条件,通过多种工艺的复合联作,形成了针对低渗透油田的酸蚀多缝改造工艺、爆燃+暂堵多缝压裂工艺和定向射孔多缝压裂工艺三项多缝改造新技术。三项多缝改造工艺2015年在姬塬油田应用44口井,取得了较好的增产效果,实现了多缝改造目标。     

特低渗厚油层多级加砂压裂工艺试验

对于厚度大且层内无明显隔夹层的油层,采用常规压裂工艺改造因支撑剂沉降难以实现油层纵向上的充分动用,纵向延伸过度难以实现造长缝。为改善其压裂改造效果,借鉴下沉剂控缝高压裂原理,从注入级数、压裂规模、注入排量等参数优化着手研究,试验形成了一种多级加砂压裂工艺。该工艺是将总支撑剂量通过多级注入进行铺置,依靠上一级压裂形成的支撑剂砂堤提供应力遮挡改变后续混砂液流向,进一步增加裂缝长度和支撑缝高,从而扩大有效泄油面积。2年来,在华庆油田L油层累计试验242井次,平均单井日增油0.4～1.8t,对特低渗厚油层有较好的增产效果。     

压裂“X”形裂缝提高单井措施效果的新方法

为了提高特低渗透油藏新井的压裂效果,提出了采用定向射孔技术进行转向压裂从而形成"X"形水力裂缝的新方法。基于有限元三维应力分析,研究了定向射孔下水力裂缝的起裂机理。根据断裂力学理论,建立了基于复合应力强度因子的裂缝延伸和转向判据模型,推导确定了缝内压力分布、复合应力强度因子及裂缝扩展方向角的计算公式,编制了定向射孔转向压裂裂缝延伸形态的模拟软件,分析了射孔方位角、最大水平主应力和最小水平主应力差值对转向裂缝形态的影响程度,采用定向射孔和限流法压裂的施工方式,形成了在单个油层中压开"X"形裂缝的改造方法。现场试验了6口井,通过裂缝监测,证明该技术是可行的。     

浅层裂缝性致密油藏缝网压裂技术

缝网压裂技术在基质渗透率极低、天然裂缝发育的致密油藏开发中有独到优势。利用数理分析方法研究了缝网压裂工艺的适用条件,认为储层天然裂缝发育和净压力大于水平最大、最小主应力之差是实施缝网压裂的必要条件。优化了压裂液、支撑剂、施工参数,并在J-10井进行了试验。净压力拟合结果表明,压裂后形成了裂缝网络系统,试验井日产油2t,取得了较好的改造效果。     

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。     

松辽盆地古龙页岩油储集层压裂改造工艺实践与发展建议

阐述了古龙页岩油多轮次压裂工艺技术迭代升级历程，结合古龙页岩油井开发生产动态，提出关于压裂改造工艺的发展建议。高密度页理缝控制下，古龙页岩压裂裂缝形态复杂，但缝高、缝长受到明显抑制，人工裂缝扩不高、延不远，成为古龙页岩油储集层有效改造的主要制约，压裂设计应遵循“控近扩远”设计理念。提升胍胶压裂液的比例、降低段内簇数、提高施工排量、正向利用应力干扰有利于裂缝扩展延伸，改造体积显著增大。主体压裂工艺迭代升级后的油藏适应性明显提升，实现了低返排率下的快速见油，井组生产初期含油率升高，有利于提高页岩油井产量。建议下一步围绕抑制近井微缝扩展、完善CO₂泵注程序、合理控制射孔密度、优化支撑剂组合模式、合理优化井网井距、谨慎使用纤维拌注工艺6个方面，进一步迭代优化压裂工艺技术，提升压裂改造体积、远井裂缝复杂程度以及长效导流能力。     

致密储层体积压裂作用范围及裂缝分布模式——基于压裂后实际取心资料

体积压裂在地层中的有效作用范围和压裂缝特征是非常规油气勘探、开发非常关注的问题。本文依据长庆油田在鄂尔多斯盆地致密油试验区完钻的取心井岩心资料、测井资料和分析化验资料，对经大规模体积压裂后储层中产生的人工压裂缝进行了识别和表征，进而分析了致密储层体积压裂改造区人工裂缝发育特征，探讨了体积压裂的有效作用范围、压裂缝的空间分布等关键问题。观察结果表明，X233致密油试验区长7段体积压裂后油层段块状砂岩中发育长度0.13 m近垂直的张性微裂缝，邻近长度1.49 m油层见大量层理缝顺层或斜交延伸，油气外渗显著，为压裂改造后形成的人工缝。综合分析认为，长7段致密油层体积压裂后，由有限数量的主缝、压裂影响形成的大量微裂缝及受压裂影响延伸或扩展的层理缝共同构成了改造后储层的裂缝特征；现阶段技术条件下，体积压裂改造区宏观裂缝网络扩展范围有限，微裂缝分布较广，油层剩余油饱和度依然很高，表明致密油藏体积压裂效果还有进一步优化的空间。     

相位对斜井射孔破裂压力的影响

斜井破裂压力是压裂设计的一个重要参数,一般只能从已知射孔方位角来预测该参数。但现场采用的是非定向射孔,缺乏相应破裂压力的预测方法,而传统的破裂压力计算方法并没有获得非定向射孔井破裂压力的变化规律。为此,针对射孔斜井的主应力与射孔夹角未知的情况,利用应力分析及裂缝起裂机理,分析相位对斜井破裂压力的影响,并分析了多缝破裂压力的变化及破裂压力与裂缝延伸条数的关系。结果表明：当射孔方位角变化,各个射孔破裂压力交替地达到最大、最小值,在某个方位角,相应有多个破裂压力;其中最小破裂压力对应射孔处裂缝最先产生,通过优化射孔参数可降低裂缝起裂压力、优化裂缝延伸参数。这为优化压裂设计、降低施工风险及提高后期改造效果提供了依据。     

交错排状射孔配合分层压裂工艺效果分析

在低渗透油藏的压裂改造过程中,当缝长增加到一定程度时,再单纯依靠增加缝长来提高油藏产量,无论是增产效果还是经济效益都已经不明显;为此,利用定向射孔来控制裂缝起裂方位,依据射孔方位和最大主应力方向在一定夹角条件下裂缝会转向的原理,通过控制射孔方位迫使初始裂缝转向,最终在同层内形成两条相互独立的裂缝,进一步提高油层的动用程度,扩大泄油面积。通过分析试验井的试排产量,该工艺可有效提高区域内的单井产量。     

浅油层探井试油技术研究

以浅油层探井的实际资料为基础，结合地应力理论，分析论下了浅油层的裂缝形态特征，作出了实测破裂压力梯工与深度的关系曲线及数理分析结果。研究得出以下认识：射孔位置应在含油性好，物性相对较好的部位进行，且压裂前必须洗井；高粘液坐封可以提高压裂成功率；采用低排量造缝，大排量加砂及一层多缝工艺可提高压裂效果。     

夏9井区缝高控制压裂技术研究

新疆油田夏9井区A油层开发中遇到的最大问题是油层上部隔层薄,裂缝缝高难以控制,严重影响压后效果。在水力压裂缝高延伸影响因素分析基础上,采用上浮剂形成人工遮挡层阻止裂缝向上延伸,同时优化射孔和压裂施工参数,形成了夏9井区控缝高压裂配套技术。13口井现场应用表明,该技术能够有效控制缝高延伸,提高压裂效果。     

深层页岩油水平井密切割裂缝均衡扩展数值模拟

中国页岩油储层非均质性强、粘度高和可改造性差,水平井分段多簇射孔体积压裂难以形成复杂的裂缝网络,单缝“缝控储量”低,必须寻求新的工艺突破。通过增加单个压裂段内的射孔簇簇数,使多个射孔簇裂缝在射孔段内均衡扩展,对页岩储层进行密切割,实现页岩油储层的充分改造,是中国页岩油高效开发的关键。考虑数千米长压裂管柱与射孔孔眼的摩阻以及多裂缝之间流体的竞争分配,建立页岩油水平井密切割多裂缝动态扩展的渗流-应力-损伤模型,并通过现场压裂施工数据验证其正确性。根据胜利油田页岩油储层的地质工程特征,开展射孔簇簇数、射孔孔眼数量、压裂施工参数等对多裂缝流体流量分配、应力干扰及裂缝几何形态影响的数值模拟研究发现：单簇裂缝扩展时,裂缝诱导应力最优波及距离为10 m左右;簇间距为10 m时,三簇裂缝均衡扩展射孔密度为20 孔/m,施工排量为12 m³/min,压裂液粘度为30 mPa·s;4个射孔簇时,压裂液均匀分配和裂缝均衡扩展的簇间距为10 m。此项研究为胜利油田页岩油勘探开发的突破奠定了理论基础。     

致密油层多簇裂缝扩展缝内注入压力与缝间应力场耦合响应研究北大核心CSCD

针对致密油层体积压裂过程中缝内注入压力与缝间应力场耦合响应问题,建立了多簇裂缝扩展流-固耦合模型,采用裂缝扩展单元表征岩层破裂与渐进扩展,协同计算多个求解域、模拟多裂缝同步延伸,研究多簇裂缝扩展过程中缝内注入压力与缝间应力场的动态变化,定量评价射孔簇间距对流-固耦合响应的影响规律。研究结果表明:多簇裂缝扩展缝间应力场干扰导致裂缝延伸压力上升,而缝内高压流体诱导缝间应力场转向;减小射孔簇间距有利于增大缝间应力干扰,但导致多裂缝延伸压力差异显著;应优化射孔方案调控流-固耦合影响,促进多裂缝均衡扩展。本文研究成果可为水平井多簇裂缝均衡扩展调控提供理论依据。     

径向缝网压裂工艺技术在超低渗储层的应用

体积压裂工艺在长庆低渗储层应用普遍,但由于注采井网的限制,随着射孔方位的确定,大多水力裂缝只向着最大主应力方向延伸。为了能够形成复杂的缝网结构,更大程度增加泄油体积,进一步改善近井地带渗流情况,为此提出了径向缝网压裂工艺思路,该工艺结合"高能气体压裂+多级暂堵多裂缝压裂"理论,首先通过高能气体压裂手段在井筒周围形成若干径向裂缝,而后采用"多级暂堵"方式,依靠油溶性暂堵剂多次投加,使得缝内净压力产生波动,强制裂缝沿着高能气体已形成的多条径向裂缝方位延伸,沟通微裂缝,最终形成网状裂缝,改善井筒周围与远井地带的渗透性。该工艺在现场应用7口井,试验井与邻井对比,单井日增油提高1.4 t,平均单井产量提高67.5%。实践证明径向缝网压裂工艺可以对超低渗储层具有良好适用性,为超低渗储层改造效果的提高提供了有力的依据。     

深层页岩气水平井压裂异步起裂裂缝延伸模拟与调控

深层页岩气主要通过水平井分段多簇密切割压裂进行增产,但由于深层地应力变化较快以及缝间应力的干扰导致水力裂缝长短不一,亟需优化调控。针对深层页岩压裂多簇裂缝起裂时间不同、延伸不均匀的现象,建立了水力裂缝异步起裂延伸模型,同时考虑了各簇射孔位置地应力差异和缝间应力干扰对水力裂缝异步起裂、非均匀延伸的影响。模拟结果表明：采用常规均匀射孔工艺,射孔簇位置地层破裂压力越高,该簇裂缝起裂时间越晚,外侧裂缝延伸更快,裂缝延伸非均匀程度较大;采用非均匀限流射孔工艺,通过合理调整各簇射孔孔眼数量,可使各簇裂缝起裂时间与延伸速度差异明显减小,保证压裂结束时各簇裂缝长度基本一致,实现“抑长促短,均匀延伸”的目的。现场监测各簇进液比例与模型计算结果较为一致,验证了模型的可靠性。研究成果可有效降低目前非均匀限流射孔工艺参数设计的盲目性,对深层页岩气压裂优化设计具有重要的理论价值和指导作用。     

复杂构造区深层页岩气藏射孔参数优化及应用——以涪陵页岩气田白马区块为例

为了实现四川盆地涪陵页岩气田白马复杂构造区深层页岩气储量的有效动用,针对该区地质构造复杂、储层非均质性强、储层埋藏较深、压裂改造难度较大的实际情况,基于平面三维“井筒—多裂缝扩展”全耦合计算模型,考虑不同小层物性与应力的差异,模拟了不同穿行层位、压裂簇数、射孔数量等因素对多簇裂缝扩展差异的影响。研究结果表明：①降低簇间距、增加单段压裂簇数的多簇密切割有利于提高改造段内的主裂缝密度、缩短气体运移距离;②段内簇数并不是越多越好,在相同注入排量及压裂规模条件下,随着压裂簇数的增多,各簇缝长、缝高呈现出降低的趋势,同时多裂缝的非均匀扩展现象加重;③水平井穿行层位及各小层物性特征、应力状态也会影响到水力裂缝的扩展形态,会增强不同小层改造的非均匀性,进而造成最优簇数的不同;④减少单簇射孔数的限流压裂,有利于提高压裂段内改造均匀性、降低各簇进液量差异减小系数,但是较低的射孔孔数则会提高射孔孔眼摩阻、大幅度提高地面施工压力。现场实践结果表明,依据水平井穿行层位优化压裂工艺参数,同时配合限流射孔,压后气井增产效果明显。结论认为,该研究成果为实现白马区块深层页岩气资源的有效动用提供了理论指导与实践检验。     

复杂构造区深层页岩气藏射孔参数优化及应用——以涪陵页岩气田白马区块为例

为了实现四川盆地涪陵页岩气田白马复杂构造区深层页岩气储量的有效动用,针对该区地质构造复杂、储层非均质性强、储层埋藏较深、压裂改造难度较大的实际情况,基于平面三维"井筒—多裂缝扩展"全耦合计算模型,考虑不同小层物性与应力的差异,模拟了不同穿行层位、压裂簇数、射孔数量等因素对多簇裂缝扩展差异的影响。研究结果表明:①降低簇间距、增加单段压裂簇数的多簇密切割有利于提高改造段内的主裂缝密度、缩短气体运移距离;②段内簇数并不是越多越好,在相同注入排量及压裂规模条件下,随着压裂簇数的增多,各簇缝长、缝高呈现出降低的趋势,同时多裂缝的非均匀扩展现象加重;③水平井穿行层位及各小层物性特征、应力状态也会影响到水力裂缝的扩展形态,会增强不同小层改造的非均匀性,进而造成最优簇数的不同;④减少单簇射孔数的限流压裂,有利于提高压裂段内改造均匀性、降低各簇进液量差异减小系数,但是较低的射孔孔数则会提高射孔孔眼摩阻、大幅度提高地面施工压力。现场实践结果表明,依据水平井穿行层位优化压裂工艺参数,同时配合限流射孔,压后气井增产效果明显。结论认为,该研究成果为实现白马区块深层页岩气资源的有效动用提供了理论指导与实践检验。