筛管完井高能气体压裂模拟实验研究

筛管完井高能气体压裂技术是筛管完井油气储层增产的重要手段,进行筛管完井高能气体压裂模拟实验对于探究其增产机理、压裂前后筛管防砂性能变化规律和优化施工工艺具有重要意义。本文充分考虑筛管完井高能气体冲击破岩过程中的瞬态性和复杂性,利用施加围压的水泥靶来模拟筛管完井固体火药高能气体压裂过程,探究裂缝形态及整个压裂过程对筛管防砂性能的影响。研究结果表明:筛管完井固体火药高能气体压裂技术可在地层中产生2~4条经向裂缝;压裂后筛管防砂性能略有下降,旧筛管与新筛管防砂性能相比显著下降,但对后续生产无影响;裂缝条数和筛管防砂性能下降程度与峰值压力和升压速率有关,峰值压力越大,裂缝条数越多。该研究成果对于筛管完井高能气体压裂现场施工具有一定的指导意义。     

压裂泵入流体在射孔孔眼处的压力损失计算

压裂过程中压裂液流体在泵入所压开裂缝过程中的压力是诊断、分析压裂施工效果及裂缝性质的重要信息，而压裂液流过措施井的射孔孔眼时的压降对裂缝中的压裂压力分析有着一定的影响。本文应用非牛顿流体的基本特性和研究方法，基于管流中液体流动的分析思路，对压裂过程中泵入流体在射孔孔眼中流动的压力损失的进行理论计算；对不同的压裂液流体在孔眼处的压降损失与射孔段的密度、射孔孔眼的孔径的关系做了定性分析；同时对压裂液流变性、舍砂液的支撑剂浓度等对所孔眼处压降损失的影响进行了计算分析。所得到的分析结果从理论上给出了压裂液在射孔孔眼处的压力损失的影响规律。     

高能气体压裂流体漏失量的计算

在考虑流体渗流时的惯性力和粘性阻力损失的情况下 ,推出了高能气体压裂过程中流体渗流的偏微分方程和漏失量的计算公式 ,并对高能气体压裂形成的多裂缝体系进行了数值模拟 ,计算出了高能气体压裂过程中流体通过裂缝壁的漏失量 ,这对有效计算裂缝体积、评价压裂效果和压裂设计是非常重要的。     

高能气体压裂流体漏失量的计算

在考虑流体渗流时的惯性力扣粘性阻力损失的情况下，推出了高能气体压裂过程中流体渗流的偏微分方程扣漏失量的计算公式，并对高能气体压裂形成的多裂缝体系进行了数值模拟，计算出了高能气体压裂过程中流体通过裂缝壁的漏失量，这对有效计算裂缝体积、评价压裂效果和压裂设计是非常重要的。     

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。      

从闷井压力反演页岩油水平井压裂裂缝参数和地层压力

页岩油压裂水平井投产前普遍先闷井,为快速评价体积压裂效果,提出基于页岩油藏闷井压力数据的压后评估方法。通过闷井数值模拟,表征压裂水平井缝网改造区域的压力扩散与流体运移规律,并建立闭合后线性流计算模型和裂缝储集控制数学模型,形成反演裂缝参数与地层压力的计算方法。结果表明,压裂停泵后改造区域依次经历井筒末段裂缝控制、全井段裂缝控制以及储集层基质控制下的9个流动阶段,其压降导数在双对数坐标下为不同斜率的多个直线段;应用于吉木萨尔凹陷4口典型页岩油水平井,证明了闷井压力数据能用于裂缝参数和地层压力反演,也验证了提出方法的适用性,可供评价压裂作业效果和优化平台井距借鉴。     

高能气体压裂工艺技术适应性及优化设计应用研究

高能气体压裂属负压效应增产增注措施之一。介绍了岩石破裂产生多条裂缝与瞬间高负压效应的增产增注机理，对老井负压效应和新井正压、负压、脉冲、差速高能气体压裂工艺以及射孔与高能气体压裂联作技术、高能气体压裂与水力压裂联作技术等进行了详细论证。同时，对单井施工方案优化设计中的储层伤害原因、工艺类型选择、施工参数确定等进行了分析，为减少二次作业污染奠定了基础。     

胜利油田水平井射孔参数优化技术

为满足固井射孔完井方式的需要,胜利油田在开发实践中形成了水平井全井段射孔技术、水平井分段射孔技术、水平井不均匀射孔技术,以及水平井射孔与限流压裂优化技术.介绍了水平井射孔参数优化技术的原理,建立了水平井变孔密分段射孔的井筒流动数学模型.根据油藏特性、测井资料、井身轨迹、固井质量等资料,优化设计水平井分段数量、段长、射孔方位角等射孔参数,可发挥各射孔段的开发潜能,提高最终采收率.水平井射孔参数优化可控制限流压裂的裂缝延伸,降低破裂压力,与裂缝设计相结合进行分段限流压裂,可提高低渗透油藏储量动用率及采收率.该射孔优化技术在胜利油田取得了良好的应用效果.     

水力压裂近井裂缝转向延伸轨迹模拟

室内实验和现场实践已经证明射孔方位对水力致裂裂缝延伸转向有极其重要影响,但尚无定量化的理论预测模型。针对均匀各向同性线弹性多孔材料,考虑射孔井水力裂缝起裂的原地应力场和孔隙压力、孔眼内压、压裂液向地层渗滤附加应力等多种机理,基于弹性力学和孔隙介质流体渗流理论,建立了孔眼深度任意位置的应力分布计算模型;基于孔眼末端最大周向拉应力判据,首次建立了压裂裂缝转向模拟的理论计算模型。结合长庆某气田参数进行模拟分析,揭示了垂直井射孔方位对压裂裂缝转向规律:水平主应力差是影响水力裂缝转向半径最主要因素,且随水平主应力差增加,射孔深度减小;射孔方位小于30°时对裂缝转向半径影响较小。     

射孔水泥环损伤评价及压裂裂缝扩展规律

为了进一步提高储层段水泥环在射孔作业、压裂充填完井或水力压裂作业过程中的力学完整性,满足后期增产作业对固井质量的需求。以射孔作用下的水泥环损伤响应为研究对象,在模拟地层温度和压力工况条件下分别采用大孔径和深穿透2种射孔弹开展射孔实验,分析射孔水泥环损伤与射孔弹及水泥环性能的关系。结合射孔弹结构,建立射孔动态冲击载荷作用下的水泥环伤响应数值模型,提出以累计塑性应变率和最大偏应力为关键指标,形成射孔水泥环冲击损伤量化评价技术。基于流固耦合理论和压裂裂缝扩展力学理论,建立非均值特性水泥环压裂裂缝延展数值分析模型,针对射孔水泥环初始裂纹的4种状态,开展了压裂过程中的水泥环损伤及裂缝延展规律研究。研究结论可指导优化固井设计、优化射孔方案和优化压裂完井方案,对保障井筒安全具有重要意义。      

液体药高能气体压裂及其发展方向

文内简述了液体药理论配方优选和液体药点火、燃烧实验研究。通过讨论分析隔离液的不同配方及其实验研究结果，得出了一种易配制、低粘度、稳定性好、对地层无污染的隔离液配方。提出了液体药高能气体压裂选井、选层的条件。解决了液体药现场施工过程中的几个关键问题，并给出了现场试验效果。最后就液体药高能气体压裂的发展方向提出了几点看法。     

定向井压裂射孔方位优化

为了解决定向井压裂过程中存在的破裂压力高及易发生裂缝转向等问题,基于坐标变换,建立了定向井的井周三维应力场计算模型。在此基础上,综合考虑原地应力、孔隙压力、井筒液柱压力、井眼条件(井斜角、方位角)及其他物理力学性质等因素,建立了定向井射孔方位优化设计方法,分析了不同井斜角、方位角组合下的最佳射孔方位。现场应用表明,利用定向井射孔方位优化设计方法对射孔方位进行优化,能有效降低破裂压力,提高压裂改造效果。      

Relationship between Slivering Point and Gas Generation Rules of 19-Perforation TEGDN Propellants with Different Length/Outside Diameter Ratios and Perforation Diameters

In order to investigate the relationship between the slivering point and burning progressivity, a set of 19-perforation propellants containing triethylene glycol dinitrate (TEGDN) with different lengths/outside diameter ratios and perforation diameters was prepared and tested in a closed vessel. The mass fraction of burnt propellant was derived from the recorded pressure–time history of 19-perforation TEGDN propellants in the closed vessel according to the gas state equation and the form function of tested propellants. Based on the form function calculation and the mass fraction of burnt propellant, instantaneous burning surface area and the burning rate were obtained. The influence of length/outside diameter ratios and perforation diameters on the progressive combustion performance is studied through the dynamic vivacity method. With an increase in the length/outsider diameter, the slivering point occurs earlier and the slivering process lasts longer. Further, the burning progressivity of surface area can be improved. For propellants with same length/outside diameter ratio, with a decreasing of perforation diameter, the slivering point lags behind and the burning progressivity becomes greater. The slivering point corresponds to the instantaneous burning area, which is related to the form function and total burning process as well. However, the total burning progressivity of propellant is a very comprehensive result of propellant under multiple actions, including the mass fraction of burnt propellant, grain size and burning rate at different pressure regions. The correlation between them can boost a better understanding on the interaction between grain size, slivering burning process and burning progressivity.     

不同体积高压气体对复合射孔压井液运动的影响

利用复合射孔相似模拟实验装置,探讨了复合射孔过程中上部压井液在井底高能气体作用下的运动规律,观测了井底高能气体与上部压井液之间的作用过程及流型的变化规律,考察了不同体积的气体作用下压井液的运动状态及变化机理。由实测的压力曲线分析结果表明,高压气体与上部压井液之间的作用与空气中的气体爆炸作用有很大的区别。压井液的受力是逐层传播的,压力波传到之处的压井液被压缩,而压力波未传到之处的压井液不受影响。在其他作用条件不变而单独改变作用气体体积的条件下,在气液作用的初期和中后期均会引起压力波动值、波动周期和波动次数的变化。但在不同的作用时期,其变化的趋势有所不同。     

高能复合射孔技术及应用

高能复合射孔技术将射孔与压裂融为一体，用导爆索对射孔弹及复合固体推进剂同时点火，射孔弹沿不同相位爆轰射孔，推进剂爆燃产生的高压气体沿射孔孔眼压裂地层，在近井带形成的高导流孔缝网络可以大幅度增加渗流面积，大型地面水泥靶系列检测证实径向裂缝长达2.5m以上。1200多口井的现场应用证实，该技术增产、增注效果显著，安全可靠而且成全低。高能复合射孔技术体系由射孔器材研究及生产技术，地面检测技术，现场作业工艺，现代井下测试技术与大型优化设计分析软件5个方面组成，将引起石油射孔的巨大进步和变革。     

A new mathematical model for horizontal wells with variable density perforation completion in bottom water reservoirs

Horizontal wells are commonly used in bottom water reservoirs, which can increase contact area between wellbores and reservoirs. There are many completion methods used to control cresting, among which variable density perforation is an effective one. It is difficult to evaluate well productivity and to analyze inflow profiles of horizontal wells with quantities of unevenly distributed perforations, which are characterized by different parameters. In this paper, fluid flow in each wellbore perforation, as well as the reservoir, was analyzed. A comprehensive model, coupling the fluid flow in the reservoir and the wellbore pressure drawdown, was developed based on potential functions and solved using the numerical discrete method. Then, a bottom water cresting model was established on the basis of the piston-like displacement principle. Finally, bottom water cresting parameters and factors influencing inflow profile were analyzed. A more systematic optimization method was proposed by introducing the concept of cumulative free-water production, which could maintain a balance (or then a balance is achieved) between stabilizing oil production and controlling bottom water cresting. Results show that the inflow profile is affected by the perforation distribution. Wells with denser perforation density at the toe end and thinner density at the heel end may obtain low production, but the water breakthrough time is delayed. Taking cumulative free-water production as a parameter to evaluate perforation strategies is advisable in bottom water reservoirs.     

水平井变孔密分段射孔井筒压降计算模型

射孔是水平井完井的主要方式,由于流体在水平井筒内的流动为变质量流,在水平井筒内必然因流体的流动而引起压力损失,主要包括摩擦压力损失、加速压力损失以及混合压力损失.以渗流理论和流体力学相关知识为基础,考虑地层流体和井筒流体的相互耦合作用以及现场的实际需要,提出了变孔密分段射孔的概念,推导出了水平井变孔密分段射孔的井筒压降模型,并分析了孔眼密度变化对水平井井筒压降的影响,为水平井新型完井方式的井筒压降计算提供了理论依据.     

非均质油藏水平井分段变密度射孔优化模型

基于油藏数值模拟技术,耦合油藏渗流、井壁流体入流、井筒流体管流,建立三维三相水平井分段变密度射孔优化设计模型。分析了水平井跟(趾)端与中部渗流差异、避射段、渗透率非均质、油层厚度非均质、孔隙度非均质、井筒压降、最大射孔密度、射孔优化原则等8个因素对水平井分段变密度射孔孔密与入流剖面的影响及流体黏度、套管直径、管壁粗糙度对井筒压降的影响。结果表明,跟(趾)端与中部渗流差异、避射段、渗透率非均质性、油层厚度非均质性对分段变密度射孔有显著影响;考虑与不考虑水平井跟(趾)端与中部渗流差异可能会得出相反的孔密优化结果;避射段的存在会影响流体入流剖面;国内陆上大多数水平井分段变密度射孔不必考虑井筒压降的影响。塔河油田AT9-7H井预测与实际生产指标对比表明,该模型具有较高的精度。     

射孔完井参数对试井理论曲线的影响

射孔完井是石油天然气开采过程中最常用的完井方式之一。对于确定的油气储层,完井方式决定了单井产能大小。一般常用二维裸眼井模型来进行射孔井的试井资料解释及单井产能的确定,但这种方法分析的结果可能存在较大的误差。因此根据射孔完井的特征以及储层渗透率各向异性特征,建立了一种适合于射孔井的三维数值试井模型。利用三维有限元数值方法求解该模型,获得了射孔井的试井理论曲线和压力分布场。通过分析试井理论曲线的特征及压力分布场中的流体三维流动特征,明确了试井理论曲线的6个流动阶段:井筒储存阶段;第一过渡阶段;早期局部径向流阶段;第二过渡阶段;系统径向流阶段;外边界作用阶段。其中,围绕射孔的早期局部径向流阶段是该类井的主要特征。分析了射孔完井参数射孔密度、射孔长度、射孔相位角以及渗透率各向异性等因素对试井理论曲线的影响,为射孔完井设计以及射孔井的试井分析提供理论指导。射孔井的总表皮系数计算结果表明,在一定参数条件下,射孔井可以成为超完善井,深度射孔是提高产量较有效的手段。     

水平井变密度射孔优化设计模型

针对水平井应用过程中容易出现底水脊进、射孔成本过高、射孔易损害套管等问题,基于射孔完井水平井生产流体流动压降分析,研究了油藏流体渗流模型、射孔孔眼流体流动模型、井筒流体流动压力梯度模型以及流动耦合模型,建立了水平井变密度射孔优化设计模型。研究结果表明,通过优化水平井变密度射孔密度分布,可有效地调节水平井生产流体流入剖面,防止底水脊进;变密度射孔可减少射孔的数量,降低射孔成本及射孔对套管的损害程度;初始孔密、原油黏度以及是否射穿污染带等影响变密度射孔孔密分布;初始孔密较大时,射孔密度的变化较大;原油黏度较大时,射孔密度的变化较小;已射穿污染带时射孔密度的变化大于未射穿污染带时射孔密度的变化。同时,初始孔密和原油黏度对井底流压和孔眼压降也有较大的影响。图5参14