页岩油储层径向井立体压裂产能预测模型研究

页岩储层页理发育,常规水平井体积压裂纵向穿层能力不足导致改造程度受限。本文根据径向井立体压裂开发页岩油新思路,给出了径向井立体压裂的缝网形态描述方法,建立了页岩油三维基质—裂缝—井筒跨尺度流动模型,对比分析了水平井压裂和径向井立体压裂2种开发模式下的页岩油产能,研究了天然裂缝对页岩油产能的影响。结果表明：径向井立体压裂可打破裂缝层高限制,增强了储层改造效果,径向井层数和主井数越大,产能越高。以松辽盆地古龙页岩油藏为例,有天然裂缝条件下3井3层4分支径向井立体压裂缝网直接相交的水力裂缝是水平井压裂的1.35倍,第三年产油速率和总产油量均为水平井压裂的2.2倍以上,研究结果可为径向井立体压裂高效开发页岩油提供理论依据。     

陆相页岩油岩石可压裂性影响因素评价与应用——以沧东凹陷孔二段为例

大港探区沧东凹陷孔二段发育典型的陆相页岩油,国内外以海相页岩油气为对象的脆性指数模型不适用于指导陆相页岩油岩石压裂改造。在系统分析沧东凹陷孔二段页岩油储层地质特征基础上,开展岩心三轴破裂实验,利用分形方法建立了反应岩石变形破坏全过程特征的力学脆性指数模型;基于天然裂缝扩展分析,建立了天然裂缝和地应力影响因子的计算方法,以及综合岩石脆性、天然裂缝和地应力三因素的缝网指数模型,实现了对页岩可压裂性的定量预测。应用该模型建立水平井可压裂性指数剖面,优化水平井簇间距设计、射孔参数及压裂施工参数,优选滑溜水+低伤害压裂液体系、石英砂+陶粒组合支撑剂,形成页岩油水平井体积压裂技术。技术成果应用于GD1701H井、GD1702H井,微地震、稳定电场监测证实形成复杂网络裂缝,取得了显著的增产效果。     

页岩气水平井重复压裂层段优选与效果评估

对页岩气储层实施初次体积压裂后,生产测井监测显示1/3的射孔簇不产气或产气量较少,而且投产后产量递减也普遍较快。为此,应用微地震解释数据与裂缝网络扩展结果,建立压裂缝网预测模型与压裂井产能预测模型,在综合考虑岩石物性、微地震、生产动态等影响因素的条件下,提出了页岩重复压裂开发潜力评价指数(RDPEI),建立了重复压裂设计与评估方法,实现了针对性的层段优选与评价,并进行了现场应用。研究结果表明:(1)天然裂缝的非均质性导致压裂缝网存在着较大的差异,易形成明显的"死气区",具有较大的重复压裂挖掘潜力;(2)初次压裂裂缝网络受天然裂缝的影响大,裂缝网络主体沿最大水平主应力方向扩展,局部改造段裂缝扩展呈双翼扩展,液体波及裂缝网络长度为地震解释结果的52%~70%;(3)RDPEI模型避免了单因素分析的局限性,实现了对可采性、可压性与重复压裂3类指数的定量预测;(3)实例井重复压裂测试页岩气产量提高了38.9%,1年累计产气量提高了62.5%,增产效果明显。结论认为,重复压裂是提高页岩气单井最终可采储量的有效可行手段,该研究方法为页岩水平井重复压裂层段优选与效果评估提供了理论与技术支撑。     

利用测井资料预测水平井压裂裂缝形态

水平井压裂裂缝形态复杂,预测难度较大。建立水平井压裂裂缝起裂数学模型;考虑水平井井周裂缝应力和流体的实际状态,根据断裂力学理论给出水平井井周裂缝尖端的应力强度因子的计算方法,按照Irwin延伸扩展准则判断裂缝是否延伸,遍历计算起裂点及其扩展点并不断迭代求解直至满足约束条件,建立裂缝延伸扩展数学模型;提出了用测井资料预测压裂裂缝长、宽、高的方法,建立用测井资料预测水平井压裂裂缝形态的方法。针对四川页岩气水平井,研究了用测井资料计算岩石力学参数和地应力方法,对四川页岩气水平井H1-3井压裂裂缝形态进行了预测,预测结果与微地震监测结果进行对比,表明水平井H1-3井预测结果能够反映近井周围压裂裂缝的延伸情况。     

水平井压裂微地震监测成果的不对称性分析

为了分析水平井压裂微地震监测成果的不对称性,为客观评价压裂效果提供依据,文中综合应用微地震监测、三维地震、录井以及压裂数据,紧密结合精细地质研究、工程设计,系统分析了54口水平井压裂的微地震监测成果,总结了导致水平井压裂微地震监测成果不对称的因素,取得如下认识：(1)导致水平井压裂微地震监测成果不对称的因素主要包括工程因素、地质因素以及完钻井分布等三个方面,其中地质因素具体包括天然裂缝、断层、岩性变化、地应力等;(2)天然裂缝、缝长距离内的完钻井会诱导压裂裂缝转向,并沿着裂缝集中发育区和完钻井周围延伸,在水平井两侧形成不对称的微地震事件分布;(3)断层对压裂裂缝具有诱导和屏蔽作用,压裂裂缝沿着断面延伸,微地震监测事件呈面状分布,压裂裂缝无法延伸至断层另一侧,形成远离水平井的单侧分布;(4)纵向隔夹层、横向的岩性变化会对压裂裂缝的延伸起控制和封隔作用,在很大程度上抑制了压裂裂缝延伸甚至无法形成裂缝,形成微地震事件在横向和纵向的不对称性;(5)当水平井与最大主应力方向不垂直时,微地震事件分布与水平段存在夹角,形成角度不对称。     

页岩气压裂微地震监测中的裂缝成像方法

微地震监测是页岩气储层水力压裂改造过程中的关键配套技术,但目前国内微地震监测技术还不能直观描绘水力压裂改造储层的裂缝网络。为此,将地面微地震层析成像和细化算法相结合,提出了一种人工压裂裂缝反演方法——细化地震发射层析成像方法 (TSET),即将图像处理中的骨架提取算法引入到地面微地震监测结果中,提取能量最强位置的骨架结构来反演压裂裂缝的位置及形态。将该方法应用于河南中牟页岩气区块MY1井的水力压裂微地震监测:(1)对原始微地震数据进行滤波,应用基于Semblance算法的地震发射层析成像(SET)技术对微地震数据进行处理,得到压裂区域储层的能量叠加结果 ;(2)采用克里格网格化将能量图插值为连续的图像,并对网格化结果进行奇异值分解降噪(SVD);(3)应用细化算法提取叠加能量图的骨架结构,得到能直观显示的水力压裂裂缝或裂缝带成像结果。结论认为:(1)水力压裂活动可以改变天然裂缝的应力状态,即激活天然裂缝并在远离作业井段部位诱发破裂,在压裂液无法到达的部位形成新的"诱发破裂裂缝";(2)当压裂裂缝与天然裂缝方向平行或近于平行时,天然裂缝对人工压裂裂缝会产生延伸诱导作用,反之则产生屏障阻隔作用。     

页岩气压裂水平井开发效果的数值模拟

页岩气藏低孔、特低渗、吸附气含量比例高、人工压裂裂缝网络复杂等诸多不同于常规气藏的特点,使页岩气藏压裂水平井与常规气藏在渗流机制及产能动态分析方法上存在很大差异。数值模拟作为产能动态分析方法之一,可以有效地模拟页岩气藏独特的属性参数及复杂的渗流特征。综合考虑页岩气吸附解吸、扩散及渗流,应用油藏数值模拟方法,建立了页岩气双重介质压裂水平井模型,分析了吸附气、天然裂缝、人工裂缝参数等对页岩气井动用范围、动用形状及生产动态的影响。结果表明,页岩气藏水力压裂裂缝和天然裂缝复杂的裂缝网络系统对页岩气井的动用形状有着重要影响,人工裂缝展布形态、人工裂缝参数(裂缝半长和导流能力)对页岩气藏的开发效果具有较大影响。     

页岩油水平井体积压裂及微地震监测技术实践

为探索和解决准噶尔盆地吉木萨尔区块页岩油藏水平井体积压裂和平台式拉链压裂过程中人工裂缝网络的成像问题,储层改造方案采用高密度密集切割体积压裂充分改造储层,大排量施工满足多簇、多缝充分开启,滑溜水和胍胶逆混合压裂工艺实现高效造缝携砂,结合多种粒径支撑剂有效充填微细裂缝及主体人工裂缝。通过微地震井中监测技术识别页岩油水平井人工裂缝网络。结果表明：断层和天然裂缝带对微地震事件属性特征有影响,同时事件属性特征也能表征断层和天然裂缝的发育程度。在大规模体积压裂改造下,研究区内4口井的人工裂缝横向相互连通,形成了复杂的裂缝网络。压后投产初期的日产油量得到了较大提升,为该区页岩油的长期高效开发提供了技术依据。     

基于井中微地震监测方法的压裂效果评价——以延安探区YP5-1井为例

为了能够实时精确监测页岩气水平井水力压裂裂缝空间形态及储层改造体积,针对压裂过程中无法定量描述人工裂缝扩展形态,无法研究压裂裂缝扩展影响因素的问题,运用井中微地震监测技术,对宝塔南YP5-1井第1～第13压裂段压裂全过程进行了裂缝监测,结果表明：1)对比分析微地震事件纵横波差异,表明受储层天然裂缝发育影响,压裂裂缝出现不对称发育现象;2)人工裂缝FCL为0.32～0.71,裂缝复杂程度较高,SRV重合性较低,单层压裂裂缝重复交叉较少,表明储层改造效果比较好;3)微地震监测成果与测井显示结果密切相关,物性条件较好的压裂层段微地震事件比较多,裂缝复杂程度较高,储层改造效果更好。以上成果对分析微地震事件空间展布,研究储层物性,客观准确评价储层改造效果等具有一定指导与借鉴作用。     

考虑裂缝角度与干扰的压裂水平井产能预测模型

致密油藏孔喉细微、微裂缝发育,压裂水平井是开发的必要手段。由于受复杂地应力和天然裂缝影响,人工裂缝通常与井筒呈一定角度,使得角度缝压裂水平井产能预测变得十分复杂。基于天然裂缝等效渗透率张量理论,建立了考虑全渗透率张量的各向异性稳定渗流数学模型;根据势叠加原理,采用考虑应力敏感的半解析方法,构造了储层向人工裂缝流动的离散势函数单元,建立了考虑天然裂缝下任意角度人工裂缝有限导流能力压裂水平井产能预测模型。模型为致密油藏压裂水平井生产能力评估、合理工作制度制定提供了重要依据。     

水平井分段分簇压裂缝间干扰和段间干扰建模——以昌吉油田吉7井区八道湾组油藏为例

昌吉油田吉7井区八道湾组油藏开发过程中直井水力压裂的储集层改造效果有限,产能受到限制,需要开展水平井多级压裂。针对吉7井区八道湾组的地质力学特征,采用扩展有限元法编制了非平面人工裂缝扩展模型,模型考虑了多簇裂缝同时扩展时的缝间干扰和分段压裂时邻近段的段间干扰,表征了吉7井区八道湾组水平井非平面裂缝扩展特征。结果显示,段内缝间干扰会抑制中间簇裂缝半长,使得外侧裂缝的缝宽更大、裂缝半长更长;缝间干扰和簇间干扰使得裂缝扩展呈现非平面特征,在几何形态上具有一定曲率。通过与压裂施工数据和微地震监测数据对比,认为裂缝数值模拟结果与现场数据拟合程度较好,模型在目标区域的应用效果较好。在吉7井区八道湾组开展水平井多级压裂实验,单井日产油量达到了同井区直井的7.8倍,取得明显成效。     

考虑页岩储层微观渗流的压裂产能数值模拟

考虑页岩微观渗流特征下的产能评价方法有利于提高压后动态分析的准确性和可靠性。压裂改造后页岩储层中,页岩气将在纳米孔隙中通过解吸附、扩散和滑脱流进入天然裂缝,再由天然裂缝流向人工裂缝,常规的产能评价数学模型已无法进行刻画和描述。为此,在考虑页岩气生产过程中基岩纳米孔隙中Knudsen扩散、滑脱流、吸附解吸微观流动特征,天然裂缝应力敏感以及人工裂缝非达西流效应基础上,基于双重介质模型,人工裂缝考虑为离散裂缝,建立了页岩储层基质—天然裂缝—人工裂缝的渗流数学模型,并给出了数值解法。模拟分析了页岩水平井压裂裂缝与储层参数对生产动态的影响。研究表明:吸附解吸效应、Knudsen扩散与滑脱流、天然裂缝渗透率、应力敏感系数、裂缝导流能力、裂缝半长与压裂段数对页岩气井生产具有重要影响。该研究为完善页岩气渗流理论,建立适合页岩气的动态评价模型,准确评价页岩气产能具有重要意义。     

页岩气体积压裂压后试井分析与评价

经过体积压裂后的页岩储层,其压后评估和产能预测目前均缺乏相对成熟准确的分析手段,而单一的微地震监测、停泵压降测试等方法在应用上又具有一定的局限性。为此,在充分分析体积压裂所形成的裂缝网络形态和预期改造效果的基础上,采用"较短有效裂缝半长+改造体积内较高的有效渗透率"的方法,对页岩气井体积压裂的改造效果进行分区描述,突出近井地带的主裂缝通道形态,还利用平均有效渗透率概念对中远井地带由复杂、密集的裂缝系统切割破碎的压裂体积的改造效果进行等效描述,解决了传统多长直平面缝模型不能描述改造体积内部拟径向流的问题,更加合理地评价了体积压裂对于改造体积内部渗流能力改善的效果,提高了产能预测的准确性和稳定性。四川盆地威远区块页岩气水平井压裂实践表明:(1)体积压裂所形成网络裂缝的渗流特征与面源缝大不相同,而更近于以射孔孔眼或近井地带一定范围内主裂缝通道为中心点源流动;(2)从试井动态上呈现的是径向或拟径向流特征,而非线性流;(3)利用较短的主裂缝长度和高于页岩基质若干数量级的有效渗透率,可对改造体积进行描述。     

陆相页岩水平井分段压裂设计优化研究

本文针对陆相页岩储层特点,利用长水平井为依托进行多段压裂体积改造,并对水平井分段压裂设计参数进行优化研究,该技术在YYP1井的应用效果表明,压裂微地震事件覆盖了整个水平段,形成复杂的网状裂缝形态,达到"体积压裂"的效果。     

大庆油田水平井分流压裂技术

水平井分流压裂的技术原理是将水平井的水平段分成若干个单元，在每个单元的最佳部位进行射孔，每段的射孔数由孔径、单元数、设计施工排量等参数决定，射孔方案为压裂方案的有机组成部分。大庆油田已有5口水平井实施分流压裂，根据油层厚度分为两类：裂缝限制在油层内和裂缝穿透隔层贯穿多个薄油层。通过肇57-平35井和肇57-平33井进行的分流压裂贯穿多个油层现场试验，介绍了大庆油田水平井分流压裂的设计方法、压裂液体系、现场施工控制方法和效果分析方法。微地震裂缝监测结果表明，在最大施工排量7．5m^3／mim条件下，一次施工形成3～4条裂缝，加砂量最大达到75m^3（陶粒），平均砂比达到35％以上。水平井采用分流压裂技术施工后，初期产能可达到相邻直井压裂后产能的2．0倍以上。如何检测裂缝是否穿透了隔层并贯穿多个油层，是指导水平井分流压裂技术的选井选层，提高压裂效果的关键技术。图8表2参2。     

页岩气体积压裂数值模拟研究

为建立合理的页岩气体积压裂水平井产能模拟模型,同时研究压裂裂缝参数及地层性质对压裂井产能的影响,通过油藏数值模拟的方法,以某口页岩气井基本参数为基础,利用椭球体状的线网模型模拟复杂的裂缝网络,并利用不可流动油中的溶解气模拟页岩中的吸附气,建立页岩气体积压裂水平井的产能预测模型。在建立模型的基础上分析页岩气体积压裂水平井储层改造体积、网状裂缝导流能力、改造体积的复杂程度等参数对产能的影响,并研究了地层渗透率非均质性等对改造井的影响。结果表明,所建模型能高效模拟实际页岩气体积压裂水平井产能。研究显示改造体积越大,裂缝的导流能力越强,主、次裂缝的间距越小,页岩气体积压裂水平井的产能越高。地层渗透率各向异性对气井产能的影响较小。所建模型对页岩气体积压裂开发效果的预测有积极意义。     

页岩油气藏水平井井间干扰研究现状和讨论

低渗页岩储层难以自然形成工业油气流,常采用水平井和水力压裂建立人工缝网以保证商业化开采。然而,随着大规模加密布井和压裂,水平井间距缩小、储层改造体积增加,井间出现人工裂缝导致的干扰,影响邻井的井口压力和产量,甚至诱发井控、套损和支撑剂侵入等问题,严重时导致水平井报废,极大地影响生产效率。此外,老井亏空会导致储层地应力在原位地应力的基础上发生动态演化,形成复杂地应力状态,继而影响加密水平井和重复压裂井的储层改造效果,限制井平台产能表现。我国准噶尔盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等地的页岩油气资源开发已进入小井距和加密布井阶段,井间干扰已对正常生产产生明显影响,急需开展针对性研究。本文对国内外页岩油气藏的井间干扰现象、机理以及诊断方法进行全面、详细的介绍,并提出干预对策。研究认为:准确表征与预测压裂水平井井间干扰需要在地质工程一体化的框架下展开;对天然裂缝、断层、原位地应力和储层岩石力学特征的准确认识是评价井间干扰的前提;地层亏空诱发的动态地应力和复杂人工缝网的建模与表征是定量评价井间复杂缝网交互与连通的关键手段,也是定量预测井间干扰对于井平台最终可采储量(EUR)影响的有效方法;关井、老井注液、重复压裂、优化井距和压裂优化都是干预或减小井间干扰的手段。     

页岩油前置超临界二氧化碳压裂造缝技术

针对松辽盆地南部G1H井青一段泥页岩储层天然裂缝不发育的特点，为解决该井常规体积压裂缝网复杂程度有限的难题，研究了前置大排量超临界二氧化碳造缝技术。利用超临界态二氧化碳表面张力低，流动性、扩散性强的特点，提高裂缝破岩能力，增加裂缝复杂程度。温度场模拟显示，G1H井近井筒9 m以上的位置，温度都能超过31℃,同时地层压力达到25 MPa,井底满足超临界二氧化碳的形成条件。该井施工过程中，微地震裂缝监测显示裂缝形态复杂，改造体积较大，压后评估二氧化碳压裂事件产生效率约是水力压裂的4.6倍，造缝效果很好；测试过程中，稳产油36 t/d,增产效果显著。该技术对青一段泥页岩储层具有较好的适用性，为后续松辽盆地页岩油的高效开发提供了借鉴。     

涪陵页岩气田井地联合微地震监测气藏实例及认识

四川盆地涪陵页岩气田属国家级页岩气示范区,是全球除北美以外最大的商业开发页岩气田,基于"井工厂"模式下的压裂工艺已得到了广泛应用,但如何有效评价同平台多井次间的"井工厂"压裂效果及此模式下的缝网展布规律仍需进一步研究。为此,通过利用地面及井中微地震联合监测技术,对焦页4X平台"井工厂"压裂裂缝进行实时监测,初步了解了涪陵页岩气田焦石坝区块"井工厂"压裂模式下的人工裂缝几何尺寸、展布方向;同时利用联合微地震技术的综合解释成果,结合压裂SRV预测图版,对井工厂压裂工况下的压裂参数进行了重新认识,准确了解到涪陵气田页岩气"井工厂拉链式"压裂过程中的人工裂缝展布情况。该项研究成果对后期压裂参数的优化具有重要的指导意义。     

基于天然裂缝破坏行为的页岩储层压裂微地震事件预测

微地震事件的分布范围和密度与页岩气井的产量有较好的正相关关系,经济、高效地进行微地震事件的压前预测和压后评估,对压裂增产优化设计具有重要的指导意义。针对微地震监测技术成本高和施工受限的问题,基于渗流力学和岩石力学理论,结合天然裂缝张性和剪切破坏准则,建立了水力裂缝动态扩展过程中微地震事件模拟预测的流固耦合数学模型,给出了数值求解方法。采用涪陵页岩气示范区HF-X水平井的储层地质参数和施工参数,对页岩储层压裂过程中剪切和张性微地震事件的动态演化和展布进行数值模拟,模拟结果与实时监测的微地震数据吻合度高于80%。结果表明,该理论方法能够经济、高效和可靠地预测微地震事件的展布。