人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用

压裂施工中,如果隔层的遮挡能力较差,裂缝就会穿过隔层,含水层离产层较近的情况下还会引起含水急剧上升,影响压裂效果,甚至造成压裂失败。为了提高压裂作业的成功率,对缝高控制技术进行深入研究,实验分析了人工隔层上转向剂和下转向剂的上率浮、沉降率、上浮相对速率、沉降相对速率及隔层应力提高率,优选出了上转向剂KR2（上浮率为97%,上浮相对速率1.78,突破压力提高7.23 MPa）和下转向剂KR4（沉降率为98%,沉降相对速率1.83,突破压力提高6.29 MPa）。现场试验中,上转向剂的加入很好控制了裂缝在高度上的延伸,控缝高效果显著,人工裂缝高度降低2.7 m且未压穿水层,为以后控缝高压裂井的施工提供了很好的参考。     

人工隔层性质对控缝高压裂效果的影响研究

对于遮挡层(隔层)较差的储层(尤其对于薄层储层)压裂,广泛应用人工隔层技术有效控制压裂裂缝高度。文章假定浮式、沉式控缝剂在裂缝端部分别形成具有一定厚度和强度(梯度)的人工隔层获得了裂缝剖面上的应力分布。应用线弹性断裂力学张开型裂缝静态延伸准则,首次建立了人工隔层条件下的裂缝高度延伸控制方程,定量描述缝流体压力对裂缝高度的控制作用和人工隔层对裂缝高度延伸的影响。通过编制计算机程序模拟、研究了人工隔层性质对裂缝高度延伸的控制作用,模拟表明人工隔层强度(阻抗)和厚度对于有效控制压裂缝高度都有相当重要的作用。为现场优选控缝剂材料和控缝高压裂设计提供了依据。     

转向剂形成遮挡层压降的数值计算模型及其应用

利用转向剂控制水力压裂裂缝高度已在现场实施中取得显著效果,而目前国内外对该技术的研究主要是现场应用效果评价、基本原理的定性描述及室内实验研究,因此有必要对转向剂形成人工应力遮挡作用的效果进行数值计算。根据料浆沉降原理,建立了转向剂的沉降-成层数学模型;根据流体流动的连续性方程、达西定律并结合转向剂沉降-成层数学模型,提出了遮挡层压降的数学表达式。用数学表达式并结合试验可定量确定转向剂形成人工遮挡层的效果。实际应用表明,该计算方法可以进一步用于压裂设计,保证工艺的可靠实施。     

压裂用新型下沉式转向剂的研究与应用

低渗透底水油藏进行水力压裂施工时,由于层间应力差异小,或根本没有隔层形成层间应力差异而有效阻挡裂缝在垂向上的延伸扩展,必将导致水力压裂形成的裂缝在垂向上延伸进入底部水层,从而造成底水油藏压裂后,底水沿着裂缝上窜流入井筒,引起油井暴性水淹,致使水力压裂施工无效,不能达到提高油井产量的目的。为此研究出了一种底水油藏压裂改造用的新型下沉式转向剂,对其性能进行了测试,并介绍了研究与应用情况。结果表明,该新型下沉式转向剂达到了既能控制裂缝向下延伸进入底部水层,又能避免压裂施工后底水沿着裂缝上窜进入井筒的目的。     

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）。     

苏里格致密砂岩压裂中转向剂用量与转向角的关系

绒囊转向剂通过改变岩石强度控制裂缝走向,已在现场应用获得印证,但是缺乏裂缝转向理论研究。转向剂强度与转向角的关系是转向裂缝准确地延伸至预定位置的关键之一。室内进行转向剂封堵实验和岩石三轴实验,用囊层剂+1.5%绒毛剂+0.3%成核剂+0.5%成膜剂配制绒囊转向剂,测得注入量为4、8、10、12 mL时,封堵后承压达到10.15、12.37、16.52、25.14 MPa;绒囊转向剂封堵直径75 mm致密砂岩岩心人造裂缝,通过三轴试验机测得封堵前后岩心径向应力应变曲线拐点从0.004 8 mm/mm升至0.012 7 mm/mm,轴向曲线拐点从0.014 3 mm/mm升至0.018 6 mm/mm,说明岩心强度提高。测得转向角增量分别为24.9°、23.2°、37.5°和55.9°。根据4组岩心封堵后弹性模量19.55、16.65、19.61、19.77 GPa和泊松比0.36、0.30、0.46、0.38,选择影响转向角度的参数为弹性模量和泊松比,用最小二乘法方法拟合参数与裂缝转向角度之间的数学关系,得到弹性模量与泊松比商的自然对数与转向角度呈线性关系,进而得到注入量与转向角的函数关系。结果表明,绒囊流体的注入量可以控制转向角度,进而实现转向裂缝准确延伸至目的层位。      

水力压裂支撑裂缝损害机理试验研究

针对压裂工艺特点，研究了高聚物滤饼、压裂液残渣、粘滞性育体和液体表面性能对支撑裂缝导流能力的影响，为进一步认识地层污染机理，制定有效的水力压裂保护技术措施，提高压裂改造效果，提出了科学的试验依据。     

水平井压裂裂缝形成机理初探与应用

水平井储层水力压裂改造是近几年国内外发展起来的一项新技术,还存在一些技术问题.为此,初步研究了水平井水力压裂机理,建立了水平井眼的应力分布模型,给出了水平井眼地层破裂压力的计算公式.该模型在现场试验中应用效果良好.     

水力喷射分段压裂密封机理

采用室内试验,结合计算流体力学方法,系统研究了水力喷射分段压裂过程中的密封机理,确定了影响射流密封性能的3个因素,即射流压力、喷嘴直径和套管孔眼直径,并获得了影响规律及计算模型。研究结果表明：高速射流周围存在低压区域,促使环空注入的高压液体流入喷射位置,然后在射流黏滞作用下被带入裂缝中,依靠射流实现密封;密封压力随射流压力和喷嘴直径增大而增加;套管孔眼能够防止孔道的高压液体影响密封压力,辅助高速射流,进一步增强其密封性能;水力喷射分段压裂技术应用于裸眼井时,射流密封性能有限。     

水力喷射压裂技术

水力喷射压裂技术综合了水力喷射射孔、水力压裂、封隔及其流体泵入等多种技术,具有准确实现定向射孔造缝,无需封隔,降低地层污染,节省作业费用和时间等优点.中原油田水力喷射压裂技术现场应用效果明显.水力喷射器不足之处在于喷嘴耐磨性较差,使用寿命较短,在后续研发中需对喷嘴结构和耐磨性进行优化设计.     

凝胶作为压裂人工隔板材料的实验研究

提出了一种新的人工隔板模型一压裂人工隔板模型.即水力压裂形成裂缝后,向支撑裂缝中注入凝胶,裂缝中的凝胶和通过裂缝上下壁面滤失在地层中的凝胶一起形成一定强度的化学凝胶隔板,可有效控制底水和次生底水的锥进.该凝胶初凝时间在1～8 h可调,pH值对凝胶成胶时间的影响较大,pH值6～8时的成胶时间最短,在盐水中的成胶时间延长.随着岩心中凝胶注入量的增加,凝胶的封堵率和突破压力梯度增大,注入0.8 PV凝胶时的封堵率达80.6%,突破压力为0.21 MPa.隔板系统的突破压力大于23 MPa.封堵率100%.随着加压时间的增加,渗透率基本不变.说明该凝胶很稳定,耐压强度大,且堵水效果很好,几乎不渗透.图4表3参6     

低密度支撑剂可改善二叠纪盆地水力压裂的效果

一种新型支撑剂在水基压裂液中几乎呈悬浮状态 ,因而能更有效地填充形成的裂缝 ,这种支撑剂由填塞或涂包树脂的研磨颗粒制成。总结了低密度支撑剂在水力压裂中的发展 ,讨论了在提高携砂液运移距离以及更完全地填充形成的裂缝中这种新型支撑剂的作用。图例给出两种裂缝横剖面图的对比 :一种是采用常规支撑剂来填充裂缝 ,只是在井筒周围形成一个支撑剂堤 ;而采用轻质新型支撑剂填充的裂缝总长度与高度均较高。迄今为止 ,在Texas西部二叠纪盆地 ,利用一种被称为LiteProp的人造低密度物质实施了 130井次压裂处理。     

同步压裂缝网形成机理研究进展

同步压裂技术是实现页岩气、煤层气等非常规天然气储集层改造的新兴技术,揭示裂缝延伸的力学机理是进行施工参数优化的基础.研究表明,多裂缝同步延伸诱导应力场及其天然裂缝作用机制共同确定了同步压裂裂缝展布情况;裂缝网络工程方法是目前研究同步压裂裂缝延伸模型最好的手段;优化施工参数主要在于优化裂缝条数、裂缝间距、净压力和水力裂缝几何尺寸,以实现最大程度诱导应力场形成复杂裂缝网络.     

页岩气水力压裂中套损机理及其数值模拟研究

在页岩气开采的水力压裂过程中,套损时有发生,严重影响页岩气开采效率。明确套损机理及其影响因素有助于有针对性地采取缓解措施,避免套损。鉴于此,分析了压裂过程中储层的变形特征,同时综合考虑微地震数据和套损规律等信息,指出压裂施工中套损的主要机理是储层滑移引起的套管剪切。建立了水平井尺度的套损有限元模型,其中利用虚拟热膨胀模拟注液后压裂改造区的体积增加效应,采用单元埋入技术模拟套管和地层之间的相互作用。分析结果表明:天然裂缝长度和倾角对套损有较大影响,但增加套管壁厚不能缓解套损。研究成果对认识和缓解压裂中的套损有一定的理论指导意义。     

水力压裂加砂施工曲线形态剖析

压裂是油气井增产的一项重要技术措施。依据200多口井压裂资料,分析了其“加砂”工序中泵压、排量、混砂比曲线随时间的变化形态,归纳出“加砂”曲线的5种类型:下降型、下降稳定型、波动型、上升型、稳定型。研究认为下降或下降稳定型曲线形态主要是因被压开地层裂缝缝高的增加;波动型曲线形态主要受地层物性严重非均质性影响;上升型曲线形态是受地层渗透性差、层薄影响,造成缝高延伸受阻,水平延伸缓慢或是携砂液在地层缝内严重堵塞,产生砂卡,泵压突然上升;稳定型曲线形态可能是地层滤失量的增加,使施工泵压长时间维持常量。现场施工可根据加砂曲线形态,合理调整“加砂”施工参数,保证油井施工顺利进行。     

水力喷砂压裂工具喷嘴磨损分析

分析了水力喷砂压裂工具喷嘴磨损的机理。水力喷砂射流对喷嘴的磨损主要是喷砂射流中砂粒对喷嘴内壁材料的冲蚀磨损。砂粒对喷嘴内壁面冲蚀磨损作用的形式包括微切削磨损、疲劳磨损、脆性断裂磨损及扩散磨损等。研究表明:喷嘴材料的微观组织结构及物理力学性能、喷嘴内流道结构形状及几何参数、喷嘴内表面粗糙度、喷砂射流中砂粒浓度、砂粒特性(硬度、粒度、形状等)及射流工作参数(射流压力等)对于喷嘴的磨损都有影响。提出了耐磨材料选择,喷嘴内流道结构优化等延长喷嘴寿命的措施。     

水力喷射压裂的机理分析与应用

水力喷射压裂是一种集喷射射孔、水力压裂及酸化、水力封隔于一体的新型增产改造措施。其利用伯努利方程的基本原理,先将高压流体的势能转化为动能,再将动能转化成势能,实现定点增压。该技术具有准确实施定点造缝,无需机械封隔,节省作业时间,减小作业风险等优势。本文就水力喷射射孔机理、水力喷射压裂机理展开讨论,从理论上阐述了水力喷射压裂的可行性与先进性,并对喷射压裂工艺控制的一些环节进行论述;简要介绍了喷射工具模型、双泵体系,从工程角度探讨了喷射压裂的可操作性。通过对水力喷射压裂的施工实例的描述为以后的水力喷射压裂设计和施工提供借鉴参考。     

水力压裂关键技术分析与研究

传统的水力压裂分析一般是基于岩石的抗拉强度、断裂力学的破坏准则或是Mohr-Coulomb准则的线弹性断裂力学理论（LEFM）,很难对大型水力压裂中观测到的多缝起裂和分支延伸等方面进行合理的解释和模拟。为此,系统分析和讨论了基于岩石断裂力学强度理论的水力压裂研究存在的问题和不足,运用分形理论、岩石损伤力学、细观岩石力学、非线性动力学和岩石断裂力学等相关领域的最新研究成果,结合水力压裂现场实践,从一个崭新的视角对水力压裂岩石破裂机理、裂缝延伸规律和裂缝真实形态描述等方面进行了分析和对比,分析了水力压裂双翼对称裂缝和多裂缝起裂延伸机理、压裂对天然裂缝系统的影响、压后产量变化特征和重复压裂作用增产机理,提出了若干新问题和新思路,为压裂优化设计的进一步改进和完善具有重要的意义。