裂缝充填模拟试验装置的研制

鉴于常规裂缝导流仪无法有效开展如压裂充填防砂、防支撑剂回流和压裂液在裂缝条件下的破胶过程以及对导流能力的伤害等试验研究问题,研制了裂缝充填模拟试验装置。该装置通过铺置岩板和支撑剂,可以针对不同闭合压力、温度、流体、流速、射孔孔径和孔密,更加全面准确地模拟地层内裂缝前端和两侧壁面的流体渗流、地层砂侵入,支撑剂回流状况,基于出砂量、裂缝导流能力、裂缝缝宽变化或支撑剂回流量等测试结果,可全面地评价优化支撑剂的嵌入程度、防砂和防支撑剂回流效果及裂缝充填层的伤害等指标。该装置为水力压裂中各种参数的优化评价构建了一个合理而有效的平台。     

裂缝稳定剂实验评价

针对疏松砂岩储集层压裂后裂缝容易失效的问题,优选适用于该类储集层压裂缝的裂缝稳定剂,通过室内实验对其性能进行评价,优化其用量,并分析其与常用压裂液的适配性.实验优选出一种改性树脂作为裂缝稳定剂,该剂可在支撑剂表面形成一层带有一定强度的黏性膜,轻微降低裂缝导流能力,但能起到稳定支撑剂充填裂缝的作用.实验分析了不同裂缝稳定剂配比下的支撑剂导流能力和防砂效果以及裂缝稳定剂与胍胶压裂液、表面活性剂压裂液(VES 压裂液)的适配性.根据导流能力和微观地层微粒侵入现象对裂缝稳定剂用量进行了优化.推荐选用质量分数为3%~5%的裂缝稳定剂处理支撑剂,并用于胍胶压裂液.模拟现场实验表明,裂缝稳定剂能保持裂缝导流能力;用稳定剂处理过的支撑剂中侵入的地层微粒明显减少.图9表1参14     

页岩气藏压裂支撑裂缝的有效性评价

为了了解、掌握页岩气藏清水压裂缝网能够提供的导流能力大小及裂缝的有效性,利用四川盆地某构造的页岩进行了室内裂缝导流能力测试。实验结果表明：支撑剂浓度不足单层的情况时,闭合压力低于30 MPa,导流能力可与一定量的高浓度（多层）情况相当,但支撑剂嵌入和破碎显著增加,其导流能力不稳定,随时间增加可持续降低,闭合压力40 MPa时,20/40目陶粒嵌入程度可达71.8%,闭合压力进一步增大,裂缝将闭合失效;较低硬度的页岩支撑剂嵌入严重,导致低支撑剂浓度裂缝残余支撑缝宽不足,仅增加支撑剂粒径不足以克服嵌入影响,裂缝内需要有足够的支撑剂浓度,形成的缝网不能过于复杂;页岩黏土含量高,支撑剂充填层泥化严重,对支撑裂缝有效性的伤害不容忽视,可变形的树脂覆膜砂在一定程度上解决了支撑剂嵌入和充填层泥化问题。     

预防支撑剂回流的纤维增强技术实验研究

支撑剂回流对压裂井有着不利影响,油气田上提出了多种方法来消除或减少支撑剂的回流,其中以纤维增强支撑剂技术最具发展潜力。通过配伍性实验,从5种纤维材料中筛选出了在压裂液中分散性好、不影响压裂液性能的纤维材料A样。把A样纤维和支撑剂混合后,进行了不同闭合压力、不同压裂液粘度和不同纤维浓度的支撑剂充填层稳定性测量实验,并优选出合适的纤维加量为0.9%-1.2%。实验结果表明,加入纤维后,支撑剂充填层的临界出砂流速提高了10倍以上,明显增强了支撑剂充填层的稳定性,对预防支撑剂回流返吐非常有效;同时纤维对支撑剂导流能力的影响可以忽略不计,即不会降低压裂井的增产效果。     

因地层微粒侵入引起的支撑剂充填层伤害的研究

数值模拟研究表明 ,减少微粒侵入支撑剂充填层从而改进裂缝导流能力的一个方法是优化选择支撑剂尺寸。近来的研究表明 ,在采用表面改性化学剂的支撑剂控制地层微粒的侵入时 ,为提高裂缝的导流能力 ,可根据需要对支撑剂尺寸的筛选规则做一定的调整。研究结果表明 ,防止地层微粒侵入的关键是形成稳定的支撑剂充填层 /地层界面     

支撑剂回流控制技术优化设计研究

包覆支撑剂用来控制压裂井返排和生产期间的支撑剂回流。包覆支撑剂上的包覆层在地层条件下固化,将支撑剂胶在一起,阻止普通支撑剂或者地层砂向井筒的运移以达到控制支撑剂的目的。以最优化理论为基础,以压裂施工的净现值为目标函数。以砂量、砂比和施工排量为决策变量,建立了包覆支撑剂控制支撑剂回流优化设计模型。所建立的优化模型为多元非线性规划,采用优化方法——因素交替法求解。对每个单变量,采用均匀分批试验法求得最优值。依次对每个变量进行优选,就可求得局部最优解。该设计模型不依赖于裂缝几何尺寸模型与产能预测模型,可在保证支撑剂回流控制效果的基础上,从经济角度确定最优的包覆支撑剂量、包覆支撑剂段的砂比和包覆支撑剂段的施工排量等施工参数。采用该模型进行了实例计算,求出最优的包覆支撑剂加砂量为8m^3,最优砂比40％,最优施工排量为3m^3·min^-1。计算结果表明,所建立的模型对指导现场施工有积极意义。     

高压高产气井预防砂刺的综合措施研究

压裂井在施工后期进行排液测试及采气过程中,常有支撑剂回流造成刺坏地面流程的情况发生。通过对川西高压高产气井支撑剂回流出砂的调研分析,找出了影响压裂井出砂的主要原因是工程因素和地质因素,针对排液措施不当、压裂液破胶不完全、裂缝未充分闭合、顶替液量不足和输气流量突然变大等工程因素可采取相应的工艺措施加以解决;对于地层疏松等地质因素造成出砂可以从提高支撑剂在人工裂缝中的固定强度入手。提出了2种有效提高支撑剂充填层稳定性的技术——纤维支撑剂和树脂涂层支撑剂技术。通过在川西气田的现场试验,表明这2种技术能有效减少压裂井支撑剂的回流返吐,从而保障气井的正常采输和生产,提高了压裂增产效果,具有较好的经济效益和安全环保效益,在川西致密砂岩气藏领域具有良好的推广应用前景,为今后川西气田开展加砂压裂新工艺、新技术提供了可靠的参考资料。     

提高裂缝导流能力的新方法

一种用于涂层支撑剂的新型流体表面调整体系已开发研制出来 ,它极大地提高了表面摩阻 ,制约了周围颗粒。因涂层支撑剂颗粒间表面的高摩阻可经受高流速 ,从而可最大限度地减小压裂增产处理后的返排现象。按照现场试验结果 ,常规压裂处理后 ,当表面调整材料用作返排控制剂时 ,它可用在较侵蚀性的返排程序中。该处理方法不影响导流能力 ,事实上在闭合应力低于 4 0 0 0lb/in2 时会提高支撑剂的导流能力 ,实验当中垂向支撑剂的良好分布证实了表面调整是如何阻止支撑剂沉降的。已经存在在支撑剂的所有细粒 (地层中产生的或裂缝闭合点支撑剂破碎而产生的 )都粘附在处理的支撑剂上 ,从而阻止它们运移并堵塞支撑剂充填层的孔喉。这种独特的涂层技术通过改善某种流体中压裂破胶剂活性更进一步提高了导流能力 ,并能在增产处理后快速有效地洗井。     

控制支撑剂回流技术新进展

水力压裂后的支撑荆回流一直是困扰油气采输的难题.自从20世纪70年代末预固化树脂包层砂(RCP)防止支撑剂回流成功以后,相继开发出纤雏防砂技术、热塑性薄膜(TFS)防砂技术、表面改良支撑剂(SMA)防砂技术、可变形支撑剂(DIP)防砂技术和超低密度支撑剂(ULW)防砂技术.通过分析这6种技术的防砂原理和技术特点,指出可以根据现场实际情况选用相应的防砂技术,从而提高油气井产量,增加油气田经济效益.     

纤维控制压裂支撑剂回流实验研究

支撑剂回流现象在一些闭合应力低、结构疏松、微裂缝发育的砂岩层段及高压气藏时有发生。纤维控制支撑剂回流技术具有工艺简单,压后快速返排的特点。室内研究表明,在目前常用的压裂液、支撑剂体系下,适用于压裂改造控制支撑剂回流的纤维种类为聚丙烯类纤维,在液相、固相中分散性好,适用纤维长度为8～12mm,纤维浓度为0.8%～1.0%,纤维压裂液体系静态悬砂半衰期可达72h,加入纤维后的支撑剂充填层临界出砂流速可提高10倍以上,对裂缝导流能力和渗透率影响较大,但与储层基质渗透率相比仍然较大,不会影响压裂改造后的产量。     

新型树脂涂层支撑剂

本文简单介绍了从70年代中期开始,西方国家研制、使用树脂涂层支撑剂的概况。由于该类支撑剂克服了传统支撑剂砂及陶粒固有的缺点,不仅防止了支撑剂被压碎及吐出的现象,也减少了支撑剂嵌入地层的弊病。另外,使用该类支撑剂还可防止细粉的运移,因此在较高的闭合应力下也能使裂缝保持较好的长期渗透率。目前美国许多油田已大量使用这类支撑剂以代替砂及陶粒。文中通过室内评价及现场使用实例说明它在水力压裂作业中的效果比传统支撑剂好,对油田增产作用显著。经济效益分析表明,它是一类最经济、合理很有发展前迫的新型水力压裂支撑剂。     

Experimental Research on the Conductivity of a Fracture Influenced by Fiber

The conductivity of fracture is significant for fractured well production. In order to study the influence of glass fiber, which is used for preventing proppant flowback on conductivity of proppant, the conductivities of various proppants were tested by applying FCES-100 device, thus grasping the law of proppant conductivity change with fiber and fracturing fluid residues. The experimental results indicate that the law is similar for various proppants. The fiber is nearly no influence on proppant conductivity under lower pressure. However the influence of fiber becomes prominent when increasing pressure. The conductivity of proppant decreases about 30–40% caused by fiber when the pressure reaches 70 MPa. Fracturing fluid residues can reduce the conductivity of proppant more than 50% and combined with fiber the conductivity of proppant can be reduced more than 70%. So it is suggested that fiber should not be used for preventing proppant flowback in high closure pressure reservoir.     

压裂支撑剂新进展与发展方向

压裂支撑剂是油气储层改造中用来支撑压裂人工裂缝的一种关键材料,是提高压裂成功率和大幅提高改造效果的关键。国外近年来研发了一系列新型支撑剂,值得我们学习借鉴。笔者分析了压裂支撑剂的应用现状,总结了压裂支撑剂的最新进展及现场实验情况,包括高强度低密度支撑剂、高导流支撑剂、多功能支撑剂和智能支撑剂。结合我国油气勘探开发趋势,提出了压裂支撑剂的科技攻关和技术发展方向。围绕这些方向进行研究,尽快形成适应于我国油气储层的压裂支撑剂技术,对于提高油气产量,保障国家能源安全具有重要意义。      

阻水透油支撑剂在高含水储层的应用

针对大庆油田特高含水期压裂增产措施中，常规支撑剂石英砂无法控制采出液含水率的问题，研发了阻水透油支撑剂，主要是采用带活性基团的有机硅化合物覆膜于石英砂上，使其外表面具有疏水亲油气的特性，大幅提高了其控水能力。室内性能评价结果表明，该支撑剂油润湿指数大于0.75，在一定压差下油的通过能力是水的10倍以上，现场应用控水成功率100%，比常规支撑剂控水成功率提高54个百分点，该支撑剂可成为油田开发后期降低开采成本、提高可采储量的生力军。     

一种超低密度支撑剂的可用性评价

常规支撑剂的密度一般比较大,严重影响着有效水力裂缝的形成,并难以应用于长缝压裂,超低密度支撑剂的使用能够增加裂缝有效长度,提高压裂井的增产效益。采用室内实验与软件模拟相结合的评价手段,对一种新型空心覆膜陶粒支撑剂（ST-I）进行酸溶解度、抗破碎率等基本性能评价,分析了其导流能力在不同闭合压力、铺砂浓度下的变化规律。同时将这种超低密度支撑剂与普通陶粒支撑剂进行性能比较,测试了其在不同压裂液黏度下的沉降特性。结果表明,该支撑剂具有较好的物理、导流性能,在压裂液中的沉降速度较普通陶粒支撑剂明显较慢,完全满足长缝压裂的基本要求。通过后期合理的压裂施工设计,能够形成有效支撑半缝长达到180 m 左右的裂缝。     

支撑剂回流控制技术的新发展

水力加砂压裂已成为油气田增产的一种重要措施，但是压后支撑剂的回流给生产带来了严重影响，带到地面的支撑剂可能损坏地面测试设备，增加作业费用，降低水力压裂作业的改造效果。经过几十年的努力，在控制支撑剂回流方面已取得了突破性的进步。现在国内外控制支撑剂回流的新技术主要有树脂包层支撑剂（RCP）防砂技术、纤维防砂技术、热塑性薄膜（TFS）防砂技术和可变形支撑剂（DIP）防砂技术，这些技术在国内的应用还比较少。文章简要介绍了这４种防砂技术的技术特点、防砂原理、使用条件和施工工艺等方面。现场试验证明，这些防砂新技术都可以在一定程度上减少或消除支撑剂的回流，减少作业费用，提高油气井产量，增加油气田的经济效益。     

压裂井高效返排技术在川西地区的先导性试验

川西地区的气藏具有低渗、致密、压力低的特点，常规压裂后返排时间长，返排率通常较低，这势必要求加快排液速度，以降低对储层的伤害。然而，压裂井加快排液速度和控制支撑剂回流返吐是相互矛盾的，排液速度太快就可能超过临界出砂流速，导致支撑剂回流；排液速度太低又会导致排液时间增加和返排率下降。通过多年的探索和研究，发展了一套高效返排新技术--液氮助排＋纤维防砂＋优化放喷，在川西率先进行了4口井先导性试验，施工成功率100％，24 ｈ内返排率均在65％以上，并且返排中未见出砂现象，增产效果显著。该技术的研究和应用，为同类气藏的高效开发提供了很好的思路，值得进一步推广和应用。     

多轮次蒸汽吞吐井多层覆膜石英砂的研究及应用

稠油油藏多轮次吞吐井采用常规覆膜砂建立的挡砂屏障挡砂效果差,无法满足蒸汽吞吐井一次防砂、多轮注汽要求,因此,针对常规覆膜砂在覆膜工艺（冷法覆膜工艺）、覆膜材料等方面存在的不足,研制了由预固化层、可固化层和惰性层构成的高温多层覆膜支撑剂。同时,根据蒸汽吞吐井的井底温度、湿度环境,建立了湿热法评价系统,对研制的高温多层覆膜支撑剂进行了高温蒸汽老化实验,并与常规高温覆膜砂进行了对比,经过四轮高温蒸汽后,高温多层覆膜支撑剂的胶结强度可达7.1 MPa,渗透率高达87 ?m2,具有较高的固结强度和良好的导流能力。共进行了4口井的现场应用,取得了良好的防砂、增油效果,满足了稠油油藏一次防砂多轮次注汽的要求,具有良好的应用前景。