岩石脆性对水力压裂裂缝影响的数值模拟实验

水力压裂裂缝起裂与拓展轨迹对致密油气储层水力压裂改造效果的影响至关重要。基于胜利油区某区块埋深为3200m的致密砂岩储层岩石试样的单轴压缩物理实验结果,应用数值模拟软件RFPA~(2D),对单轴压缩数值模拟实验中的岩石力学参数进行标定,建立数值模拟模型,研究岩石脆性指数及残余应力水平对水力压裂裂缝拓展轨迹的影响。研究结果表明:岩石脆性指数越大,越有利于水力压裂裂缝的拓展,并且产生的裂缝越宽,起裂压力越小,形成有效复杂裂缝网络的面积越大,水力压裂改造的效果越好;岩石残余应力水平越低,水力压裂产生裂缝的发育程度越高,并且压裂裂缝的宽度越宽,起裂压力越低,水力压裂改造的效果越明显。     

水力压裂形成裂缝形态的研究

油层水力压裂形成的裂缝形态与油层是否有天然裂缝和油层所地应力及其相岩石抗张强度有关，本文通过对吉林，大庆油田的水力压裂形成缝形形态研究，认为油层构造是压裂所形成缝形形态的重要条件，但油层三向应力是决定因素，进一步研究认为同一时代地层的地应力的相对大小的关系是固定的，不因地层埋藏深度而变迁。     

裂缝转向对低渗地层水平井压裂的影响

水力裂缝转向作为压裂过程中的一种重要现象,可造成近井筒裂缝的弯曲,对于裂缝中支撑剂的传输和流体的流动规律具有很大影响,可最终影响水力压裂的成败和人工裂缝的导流能力。统计了长庆油田水平井压裂施工的部分资料,分析了长庆油田水平井压裂的特点。结合二维裂缝的平面应变模型,建立了裂缝转向的曲率半径与地层物性参数和压裂施工参数的关系,并针对性地分析了不同参数对于裂缝曲率半径的影响。结果表明,水平应力差对裂缝的转向距离有决定性的影响,压裂施工排量对水力裂缝高度的增长贡献显著,控制排量、延长注液时间能有效增加裂缝长度。结论对于压裂参数优化设计和水力压裂施工具有参考意义。     

地层模量差对水力压裂裂缝高度控制的影响

以往的研究资料表明应力差对裂缝高度的控制占主导地位,而杨氏模量差的影响则较小.然而,最近一项研究表明模量差对裂缝的几何尺寸和支撑剂的铺置有非常重要的影响.进一步研究,我们考虑模量差和就地应力差对裂缝几何尺寸的联合影响.研究中应用了模量精确分层的拟三维水力压裂模拟器.在相同地应力差的条件下,将平均模量和分层模量计算的裂缝高度进行了比较.基于基本的断裂力学理论和水力压裂中流体压力的耦合作用,对结果进行了分析和解释.其中一个重要发现是低模量的地层也能够控制裂缝高度.研究中得出的结论可应用于中等模量差到较大模量差地层的水力压裂施工.研究的机理也可以部分地解释一些从微地震和测斜仪成像得出的最新结论.这些结论显示了实际裂缝高度小于普通应用拟三维水力压裂模拟器(基于平均模量)预测的裂缝高度.     

地层参数对爆燃气体压裂裂缝扩展形态影响分析

在对油井储层实施爆燃气体压裂过程中,地层参数会对裂缝扩展形态产生影响.建立爆燃气体在裂缝内的流动方程,通过设定与时间相关的气体压力分布函数,实现了爆燃气体沿裂缝压力梯度的求解.应用线弹性断裂力学、弹性力学理论模拟在爆燃气体驱动下裂缝的张开与闭合,得到了裂缝尖端应力强度因子、裂缝扩展速度及裂缝几何形态与气体载荷及地层特性之间的关系方程.模型分析结果表明:在离散时间域内,在特定气体压力作用下,裂缝起裂后,首先迅速以稳定速度传播,后期速度逐渐衰减,且在裂缝扩展过程中显示出相应的动态效果;与裂缝断裂韧性相比,地应力对裂缝形态影响更为明显,是裂缝扩展的主要阻力,地应力越大,裂缝起裂越晚,且裂缝传播速度越小;高弹性模量的岩层有利于裂缝的延伸,可以获得更长的裂缝长度,有利于压裂效果的改善.     

考虑地层污染时水平裂缝压裂产率比的计算

地层污染包括两种情况.一是压裂前井底附近地层受泥浆等的污染;二是压裂后裂缝壁面周围地层受压裂液的污染.本文从地层系数和填砂裂缝导流能力不均匀的基本情况出发,导出了水平裂缝压裂产率比的一般计算公式.然后应用于两种地层污染和加尾砂等实际情况,讨论和分析了压裂前地层污染对产率比估价的影响和压裂后地层污染对压裂效果的影响.与前人水平缝压裂产率比电模拟实验曲线进行比较,提出了本文方法的适用范围.     

重复压裂时水力裂缝的垂向延伸

利用长源距声波测试资料,对油层上、下隔层之间的最小主应力差值进行了量化分析研究。依据最小主应力差值的计算结果,应用三维水力裂缝模拟软件,对压裂施工中所形成的水力裂缝延伸状态进行了研究,通过施工后的井温测试资料,经与第一次压裂时的裂缝延伸状态进行对比,度为重复压裂与第一次压裂所形成的裂缝是不同的,在地层压力相对于第一次压裂时降低的情况下,裂缝高度小于第一次水力裂缝的高度。     

人工压裂形成多裂缝的可能性研究

人工裂缝形太对压裂效果至关重要，压裂设计中首先要考虑的就是裂缝裂态。随着固井质量提高和射孔深度加大，井周应力集中变得复杂，射孔壁的应力集中已不容忽视，每一个射孔都能成为一个独立的破裂源，射孔方位不同，应力集中也不同，这可能影响人工裂缝的形成与形态，并存在出现多条人工裂缝的可能性，分析套管射也壁的应力集中状态，讨论裂缝延伸的阻力和每一次射孔诱发人工裂缝的优先顺序，并讨论应力状态对裂缝形态的影响和初裂缝缝态与射孔方位的关系。依据大庆喇萨杏油田应力测试结果，分析深射孔条件下的人工裂缝裂，结论是：若射忆方位随机，800－1200m深度出现人工直立初裂缝或水平初裂缝的概率大体相同，所需破裂压力也相近，一次压裂可能出现多条裂缝；控制射孔方位可以控制人工初裂缝形态；由于该水平最小主主应力与垂向主应力相近，初裂缝可以保持原来的形态独立延伸。图3表2参5（刘建中摘）。     

水力裂缝在地层界面的扩展行为

采用岩石断裂力学的方法,分析了水力裂缝与地层界面相交时水力裂缝沿其高度方向可能发生的3种扩展行为:1裂缝停止扩展;2裂缝沿地层界面转向扩展;3裂缝直接穿过地层界面进入隔层内,并给出各种行为发生的判断准则。该模型中考虑了分层地应力、分层岩石力学参数、地层界面效应、储层厚度及施工参数的影响。研究表明,对于水力裂缝与地层界面相交后停止扩展的情况,裂缝存在一个临界长度。裂缝超过临界长度后,将沿地层界面转向扩展或穿过地层界面进入隔层内。得出临界裂缝长度的计算方法。对于水力裂缝与地层界面相交后穿过地层界面进入隔层内的情况,分段计算应力强度因子并将其叠加,给出了裂缝在隔层中延伸距离的计算方法及验证实例。     

川西马井气田蓬莱镇组气藏压裂工艺技术新进展

川西马井气田蓬莱镇组气藏是典型的低渗透致密砂岩储层,由于储层条件复杂,以前的储层改造效果不明显,措施成功率和有效率均较低。2005年以来,开展了低伤害压裂液和多层压裂、纤维支撑剂压裂、线性加砂等工艺技术研究及应用,使压裂液残渣含量下降了16%,措施成功率和有效率分别提高到90%、86.6%,单井平均压后增产倍数达到12.62,取得了较好的增产效果,压裂工艺技术在马井气田获得新的重大进展。     

压裂液伤害性研究

文章对油田使用的3种压裂液（羟丙基瓜胶、聚合物及表面活性剂）产生的二次地层伤害进行评定，通过吸附实验、固体残渣测定及岩心流动实验，定量和定性地说明了３种压裂液对地层的伤害。结果表明：增稠剂CTAB和聚合物KTU在４种吸附剂上的吸附量大小顺序为蒙脱土＞高岭土＞岩心砂＞石英砂，而阳离子表面活性剂在高岭土和蒙脱土上的吸附量均高于KTU；清洁压裂液对地层的伤害最小，损害率为12.5%， 聚合物压裂液次之，为35%，而瓜胶压裂液伤害最大达到43.7% ；瓜胶压裂液破胶后在地层的残余量最大，为333.3 mg/Ｌ，清洁压裂液和聚合物压裂液几乎没有残渣。通过膨胀性测试可以看出，清洁压裂液的粘土防膨性能最佳，粘土膨胀率仅有5.7%；聚合物压裂液次之，为9.47%；瓜胶压裂液最差，为43.54%。     

压裂返排过程中地层水与压裂液的判别方法研究

该方法是将一定量的硫氰酸铵示踪剂随压裂液压入储层，定期检测返排液中ＳＣＮ＾－的浓度变化，然后根据累计ＳＣＮ＾－返排量和返排液的体积综合判断出返排状况，现场试验表明：ＳＣＮ＾－示踪剂性质稳定，在地层水中背景值低，检测方便，判别方法简单，不仅能及时判断出返排液中地层水（或压裂液）所占比例，而且还能掌握前置液，携砂液的返排程度，了解储层压裂后综合因素对压裂液返排的阻塞作用，是较好的判别指标；压裂液中Ｂ＾     

大牛地气田盒1气层压裂技术分析

大牛地气田为低孔低渗储层,水力压裂是主要的增产措施。盒1气层与其他层、组相比压后效果较差,为此对盒1气层储层地质特征进行深化研究,总结分析目前压裂工艺技术及存在的问题,提出技术对策。研究认为,盒1储层物性总体较差,储层和隔层间的应力差较小,裂缝在高度上不易控制,压裂液对裂缝的伤害较大等因素是影响压裂效果的主要原因。通过实验和数模研究,建立了大牛地气田盒1气层压裂选井原则,预测压裂效果,优化裂缝参数和施工参数,评价优选了压裂液体系;为后期开发提出了配套的压裂工艺措施。     

川中香溪群储层加砂压裂改造效果分析

川中香溪群储层普遍具低孔、低渗特性,大部分井只有通过压裂改造,才能获得商业开发价值。但因储层非均质性强,地质情况复杂,改造难度大,已压裂施工的井大多效果不佳,通过对该储层已施工井的数据分析,结合施工情况进行了压裂工艺技术适应性及改造效果分析,获得了一定的认识,为该地区下步增产措施提出了一些建议,以达到最终经济有效改造储层的目的。     

清洁压裂液在煤层气井压裂中的应用

清洁压裂液自1997年首次被斯伦贝谢公司研制出以来，已经在国内外油气井的压裂改造中取得了良好的效果。由于清洁压裂液易于彻底破胶、流变性好、携砂能力强，可以提高压裂规模且对地层伤害较小，中联煤层气有限责任公司在陕西省韩城地区选用清洁压裂液对煤层进行了压裂试验，共压裂3口井、8层煤层，施工成功率100%，并取得了良好的压裂效果，压完后的火把高度2～4 m，平均砂比均在30%以上，最高单层加砂68 m³，压后放喷液显示完全破胶（未添加任何破胶剂），放喷初期黏度一般低于10 mPa·s，放喷4 ｈ后黏度均低于5 mPa·s。此次清洁压裂液成功应用于煤层压裂改造在国内外尚属首次，为大规模改造煤层同时尽量降低煤层伤害提供了一条新的途径，文章对清洁压裂液及煤层特点所做的室内研究情况及现场应用情况进行了详细的介绍。     

松辽盆地北部中浅层压裂返排液示踪监测技术

准确监测压裂液返排率和压裂改造后地层的产液状况,是得到压裂后油井实际产能的关键技术.研究了地层水和压裂液组分差异,优选出地层水微量物质溴离子和碘离子,将2种离子作为定性判别地层水存在的指标;探讨了在压裂液中定量加入硫氰酸钠示踪剂,用硫氰酸钠作为定量区分压裂液与地层水的指标;根据示踪监测结果,计算了压裂液返排量和返排率.在松辽盆地北部中浅层3口探井应用该技术,获得了比常规试油试采更为准确的压裂液返排率和压裂改造后地层产液的油水比,解决了压裂返排液地层水与压裂液定性、定量判别难题.     

纳米材料在压裂液体系中的应用进展

纳米材料具有的粒径小,表面大等特殊性质使其在油田开发中拥有广阔的应用前景。当其与传统压裂液技术相结合时可克服传统压裂液体系所遇到的困难。综述了国内外纳米材料在压裂液前置液、压裂液交联剂、压裂液破胶剂、处理压裂废液和VES清洁压裂液等油田压裂液体系中应用成果。     

牛东火山岩储层压裂技术研究与应用

近年来,随着火山岩勘探开发取得突破性进展,火山岩储层压裂改造已成为目前的研究热点之一.吐哈三塘湖盆地牛东区块卡拉岗组火山岩储层具有基质物性差、天然裂缝发育、温度压力低、水敏性强等特点,压裂施工时容易发生高滤失及砂堵等现象.通过室内研究和现场实验,形成了采用大排量、多段砂塞、低温低伤害压裂液技术相结合的压裂技术,该技术可以有效控制缝高、缝宽,能达到造长缝并有效沟通裂缝和孔洞的目的.现场实施压裂56井次,施工成功率85.7%,压裂有效率80%,平均单井日增油18.1 t.     

前景广阔的高渗透层压裂

高渗透层压裂技术是水力压裂的一个重要突破，它包括从中渗透率到高渗透率储层的压裂技术。压裂机理是要求压裂后产生的地层裂缝建立短而宽的高导流裂缝，有效地增大泄油半径。文中介绍了高渗透层压裂的选井原则、技术要求和措施。高渗透层压裂前必须进行测试压裂，其关键技术是作业中应用了端部脱砂技术，应用实例论证了该技术的增产效果。