苏北盆地页岩油体积压裂技术研究与应用

随着勘探开发技术的不断发展,页岩油不断取得重大突破,以压裂为主要改造措施的开发技术成为页岩油领域研究的热点.苏北盆地泥页岩发育良好,开发潜力巨大,通过对苏北盆地页岩油储层特征分析,按照"主攻甜点,肥瘦兼顾"的整体思路,采用分段体积压裂工艺改造,施工顺利,通过裂缝监测显示,达到了体积压裂造复杂缝的目的,形成了苏北盆地页岩...     

延长油田陆相页岩体积压裂SRV优化研究

储层改造体积(SRV)是衡量体积压裂改造效果的重要指标,簇间距和排量是影响SRV的重要设计参数。为评价延长陆相页岩压裂的储层改造体积,优化压裂簇间距,基于岩石力学理论,使用山1、长7页岩基本物性和常用压裂参数,计算了不同储层类型的SRV大小。结果表明,簇间距增大SRV增大,但增加到一定程度时,SRV不再变化,簇间距增大易在簇间形成未改造区域;簇间距减小导致SRV重叠,使得总体SRV减小,当各簇的SRV区域刚好接触而不重叠时,簇间距最佳。液体黏度越小,储层渗透性越强,对SRV有增强的作用;但液体黏度越小滤失越强,裂缝尺寸也越小,对SRV也有减弱的作用,二者相互抵消。液体排量越大,SRV和层内SRV也越大,但增加的趋势减小。Ⅲ类储层簇间距为10～20 m,Ⅰ类和Ⅱ类储层簇间距约为20 m。研究结果对延长陆相页岩压裂设计具有一定指导意义。     

陆相页岩水平井体积压裂裂缝展布规律研究

鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩储层岩相变化快、脆性矿物含量低、泥质含量高、物性差。水平井体积压裂技术是该区陆相页岩气勘探的必要手段。根据该区水平井的压裂施工情况,通过井间微地震裂缝实时监测手段,采用体积压裂施工参数与裂缝监测参数对应分析的研究方法,对储层物性、射孔参数、压裂分段、施工参数等因素与裂缝实时展布情况进行分析研究。通过上述研究,对陆相页岩气水平井体积压裂裂缝展布状况进行了初步探讨,对该区后期水平井压裂方案优化提供了初步的依据,并为下步陆相页岩气水平井体积压裂裂缝网络扩展规律的深入研究奠定了基础。     

体积压裂分支裂缝的产生条件分析

页岩油气藏的物性极差,需要水平井加体积压裂才能实现经济有效开发.水平井压裂产生主裂缝的破裂压力公式已经建立起来,但还没有建立分支裂缝的破裂压力公式.根据岩石力学的有关理论,以深层页岩地层为例,分析了主裂缝壁面上的受力情况,推导建立了垂直分支裂缝的破裂压力公式.公式表明:①分支裂缝的破裂压力与地层的最大水平地应力有关,与...     

体积压裂多分支裂缝支撑剂运移规律

为进一步明确体积压裂多分支裂缝内支撑剂的运移铺置规律,开展了不同裂缝形态、砂比、分支缝开启时机和不同粒径支撑剂注入顺序条件下的支撑剂运移模拟实验。研究表明,不同位置分支缝的逐级分流使分支后主缝砂堤高度增加,铺置长度减小。分支缝的流量是影响其充填的主要因素,分流作用使得远井分支缝流量小、充填情况较差。倾斜裂缝壁面对支撑剂施加减缓其沉降的摩擦力,提高支撑剂在裂缝纵向的分布。砂比增加可改善近井主缝和远井分支缝的充填并使主缝砂堤长度增加,由于缝高的限制,砂比提高到一定值后裂缝充填情况改善幅度减小。分支缝常开（持续扩展）时分支缝最终的支撑效果最好,但主缝铺置长度短,先关后开（后期扩展）的支撑效果优于先开后关（前期扩展）。不同粒径支撑剂顺序注入可增加主缝和分支缝的铺置长度,先小后大注入可改善近井裂缝充填,先大后小注入时近井裂缝充填情况不如先小后大注入时。     

页岩油气水平井压裂裂缝复杂性指数研究及应用展望

为了评价页岩水平井压裂效果,将适用于直井的裂缝复杂性指数概念拓展到页岩水平井分段压裂中,考虑缝宽的非平面扩展、缝高的垂向延伸、主缝长的充分扩展和分段压裂的缝间应力干扰因子等因素,研究了不同裂缝类型对应的裂缝复杂性指数范围。对如何提高裂缝复杂性指数,进行了实施控制方法上的系统探索。结果表明,要增加裂缝的复杂性指数,一是要有一定的有利地质条件,二是需要优化压裂施工参数及现场实施控制技术。研究结果在四川盆地周缘4口水平井进行了应用和验证,每口井分段压裂10~22段,共实施65段140簇压裂,单段最大加砂量126 m3,最大用液量达4.6×104 m3。压裂后复杂裂缝出现的概率为40%左右,部分井增产效果明显。      

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。     

大庆古龙页岩油密切割体积压裂工艺参数优化探索

为解决大庆古龙页岩油因其储层致密且层理缝发育缝高受限导致水平井增产困难的问题,探索青山口组Q9储层的有效动用程度,开展了密切割压裂工艺最大化提高储层改造体积研究,优化了密切割体积压裂工艺参数,将平均簇间距缩短至7 m,平均段间距52 m,可大幅提高页岩储层缝控程度;形成了以水平井16～20 m³/min大排量,冻胶造主缝和滑溜水造复杂缝网、石英砂中小粒径支撑剂组合和高强度加砂等为核心的大规模体积压裂关键技术,保证了主裂缝及各级层理转折裂缝有效支撑。现场试验表明,该技术能够显著提高水平井压裂效果,单井18个月累计产油量达10 969.3 m³,是前期水平井产油量的3倍以上。研究结果表明,水平井大规模密切割体积压裂技术可以有效解决致密页岩油储层难动用的问题,为大庆古龙页岩油高效开发提供了强有力的技术支撑。     

裂缝性页岩暂堵压裂复杂裂缝扩展模型与暂堵时机

通过修正页岩水力裂缝非线性拉-剪混合模式的黏弹塑性损伤本构方程,考虑射孔簇之间的流体竞争分流和压裂液对孔眼的动态冲蚀效应,发展了基于离散裂缝网络全局嵌入有限元法（DFN-FEM）的暂堵裂缝扩展数值算法,并通过现场压裂施工监测参数进行了验证。针对四川盆地深层页岩特征,建立了多簇复杂裂缝的交错扩展数值模型,开展了水平井多簇裂缝竞争扩展形态及泄流面积研究,分析了暂堵前后复杂裂缝的竞争干扰及交错扩展规律,优化了不同天然裂缝走向、密度及分簇方式下的暂堵时机。研究表明,两侧射孔簇的裂缝扩展对中间簇裂缝有显著限制作用,暂堵两侧裂缝有利于各簇均匀扩展;天然裂缝密度越高或天然裂缝走向越低,最优暂堵时机越靠后;威远页岩气天然裂缝分布特征下,不同分簇方式下最优暂堵时机以注液总时长的2/3为主。     

松辽盆地古龙页岩油复合体积压裂技术优化

为提高古龙页岩油增产改造效果,通过开展古龙页岩岩石力学参数测试实验,明确岩石力学参数对古龙页岩裂缝扩展的影响,优化页岩油储层射孔方式、簇间距、支撑剂粒径组合及类型、压裂施工控制工艺,改进古龙页岩油复合体积压裂技术。结果表明：古龙页岩岩石垂直页理方向上平均弹性模量为6.46 GPa,小于平行页理方向的平均弹性模量;页岩岩石表现脆性特征,抗拉强度及断裂韧性实验验证了页岩沿页理方向形成的裂缝更易扩展延伸;单段7簇35孔射孔方式能够保证人工裂缝的密集程度、增加裂缝网络长度,提高页岩储层体积改造效果;簇间距为7 m时,裂缝缝高有一定提升,容易形成复杂缝网;以70/140目、40/70目与30/50目粒径按照6∶3∶1的比例组合的支撑剂能有效支撑裂缝网络,为油气渗流建立通道。研究成果对实现古龙页岩油效益勘探与开发具有重要意义。     

JY1HF井筇竹寺组页岩气体积压裂实践

井研-犍为区块筇竹寺组页岩气为页岩气勘探突破的有力区块,储层埋深3 500~4 000 m,资源量为4 658.1×10~8m~3。JY1HF井为区域内第一口水平井风险探井,储层表现为水平应力差异大(32 MPa)、脆性矿物含量中等(56.2%)等特征。针对储层特征,通过体积压裂改造形成复杂裂缝网络,将大通径压裂技术、变排量控缝高技术、水平井分段优化技术、高砂比体积压裂技术等先进技术进行集成创新,并成功应用于JY1HF井。该井压后在油压18.5 MPa下,测试产量5.9×10~4m~3/d,获得较好的增产效果,证实该套技术在井研-犍为区块具有较好的适应性。     

蜀南页岩气藏体积压裂效果预测新方法

针对四川长宁—威远地区龙马溪组页岩储层特点,在完善现有的总有机碳质量分数、渗透率和吸附气体积分数评价方法的基础上,采用灰色关联分析方法修正了储层含气性分类评价标准。综合岩石力学参数、脆性特征、地应力和天然裂缝发育状况,对岩石可压性进行定量分析,应用层次分析法建立了岩石可压性评价标准。通过现场压裂测试分析和裂缝解释,给出了适应于该区的改造体积计算模型,并分别对含气性、可压性和改造体积这三者与产量的相关性进行了分析。结果表明,改造体积与压后产量的相关性最高,含气性次之,可压性最低。综合考虑含气性、可压性和改造体积的影响,建立了多因素压后产量预测模型,预测结果与已有生产井产量拟合较好。实例给出了新方法的计算过程,预测结果更准确。     

页岩气井体积压裂条件下的水泥环界面裂缝扩展

射孔会对井筒完整性造成局部损伤,尤其是导致水泥环本体破坏以及第一界面(套管-水泥环界面)、第二界面(水泥环-围岩界面)的胶结脱离、微环隙等,在后期页岩气水平井体积压裂过程中,由于高压流体的注入,界面微环隙将会加剧甚至发生裂缝扩展,影响封固性能。针对这一问题,建立了界面裂缝扩展数学模型,通过流体连续性方程、泊肃叶定律和净压力与缝宽弹性关系以及边界条件联立得到非线性偏微分方程组,利用对控制方程无因次化的方法求得自相似解。使用该模型对现场算例进行了计算,并分析了各参数对界面裂缝长度的影响。研究结果表明:适当提高水泥环弹性模量,适当降低井口压力和压裂时间有利于减小界面裂缝扩展长度,有利于保障水泥环长期有效封固。研究结果能够对页岩气井体积压裂条件下的水泥环封固性能进行评价和预测,同时在满足油气开采要求的前提下,对相邻射孔段间距的优选,也具有一定的指导意义。     

塔河缝洞型碳酸盐岩油藏复杂缝酸压技术研究

缝洞体是塔河油田油气的主要储集空间,通过酸压工艺沟通缝洞体是实现这类油藏高效开发的主要手段。侧钻井放空、漏失现象揭示在井周不同方位均发育缝洞体。由于酸压人工裂缝延伸方向主要受控于最大水平主应力方向,造成非主应力方向上的缝洞体沟通困难。增加酸压裂缝复杂程度是提高井周不同方位缝洞体沟通的有效措施。通过建立复杂天然裂缝条件下人工裂缝延伸模型,评价了不同岩石参数对裂缝复杂程度的影响：摩擦系数 > 水平应力差 > 逼近角 > 岩石抗张强度 > 内聚力。研究形成了复杂缝酸压配套工艺技术并开展5井次现场应用,平均单井增油5 909.7 t。     

页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律

为了研究页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律,构建了大尺度复杂裂缝支撑剂运移与展布评价实验系统,测试了次裂缝角度、注入排量、加砂浓度、支撑剂粒径、压裂液黏度等对支撑剂运移与展布的影响,研究了主/次裂缝中支撑剂的运移与展布规律。结果表明:(1)裂缝中流体流态随裂缝支撑高度增加逐步由层流向紊流转变;(2)支撑剂在裂缝中的运移方式主要包括悬浮运移和滑移运动;(3)分支前主裂缝的支撑剂展布形态与次裂缝角度、注入排量、加砂浓度和支撑剂粒径等参数相关,其中注入排量为最主要的影响因素;(4)分支后主裂缝的支撑剂质量比与次裂缝角度、注入排量、液体黏度、加砂浓度和支撑剂粒径呈正比,同次裂缝与主裂缝的流量比呈反比;(5)分支后次裂缝的支撑剂质量比与注入排量、次裂缝与主裂缝的流量比、压裂液黏度呈正比,与次裂缝角度、加砂浓度和支撑剂粒径呈反比;(6)分支后主裂缝的砂堤前缘角度同加砂浓度、支撑剂粒径、次裂缝与主裂缝的流量比呈正比,与次裂缝角度、注入排量和压裂液黏度呈反比;(7)次裂缝的砂堤前缘角度同次裂缝角度、加砂浓度与支撑剂粒径呈正比,和注入排量、压裂液黏度、次裂缝与主裂缝的流量比呈反比。结论认为,该研究成果可以为页岩储层体积压裂支撑剂的优选和压裂方案设计提供理论支撑。     

基于三维扫描技术的页岩暂堵压裂物理模拟实验

页岩水力裂缝扩展形态及表征方法是评价暂堵压裂效果的基础,常规裂缝形态监测手段(如示踪剂法、声发射法)难以准确反映水力裂缝的起裂与扩展规律。因此,文中结合三维扫描技术,开展真三轴暂堵压裂物理模拟实验,研究不同排量下页岩暂堵压裂水力裂缝的起裂与扩展规律;通过获取裂缝体积与面积等参数,定量表征页岩暂堵压裂的裂缝网络复杂程度,从而评价压裂改造效果。结果表明,暂堵剂可有效促进页岩水力裂缝转向、分叉,以及多裂缝的形成,水力裂缝面曲率变化反映不同注液阶段暂堵剂的累积作用效果。不同排量下,页岩暂堵压裂的裂缝形态和裂缝网络复杂程度不同:小排量条件下,暂堵剂封堵初次裂缝,形成平行于初次裂缝的简单缝;大排量条件下,暂堵剂封堵初次裂缝,形成平行于初次裂缝并伴随天然裂缝张开的复杂缝。现场可通过增大排量提高暂堵剂在裂缝中的运移距离和封堵程度,增加远端天然裂缝的激活概率。     

泌阳凹陷陆相页岩复杂裂缝起裂及扩展研究

泌阳凹陷陆相页岩油具备较好的形成条件,进行水力压裂改造的可行性较好,但泌阳凹陷已部署的几口页岩油井均存在高产期短、稳产油量低的问题。通过大型真三轴水力压裂物理模拟实验系统,开展泌阳凹陷陆相页岩油储层水力压裂裂缝起裂及扩展的机理研究,结果表明,泌阳凹陷陆相页岩压裂时为了形成复杂裂缝,水平应力差异系数不应大于0.2。当井筒与层理面呈45°夹角时,更有利于形成复杂裂缝;当压裂液排量为25 mL/min(换算实际排量为12.4 m3/min)时比较容易形成复杂裂缝。在此基础上,通过可视裂缝模拟系统优化了具体的压裂施工参数,对下一步泌阳凹陷陆相页岩压裂改造具有一定的借鉴意义。     

地层产生体积压裂缝网的条件分析

自然产能特别低的油气藏,渗透率往往也极低,采用直井很难实现经济有效开采,通常采用水平井加多级压裂的方式进行开采。水平井增大了油气井与储层的接触面积,多级压裂增大了储层的改造体积,进而提高了油气井的产能。多级压裂可以是分段单缝压裂,也可以是体积缝网压裂(即体积压裂)。体积缝网压裂在地层中产生纵横交错的裂缝网络,对地层的改造程度远高于分段单缝压裂。为了提高压裂效果,文中研究了产生分段单缝压裂和体积缝网压裂的地质条件和施工条件。研究认为:只有物性极差的微观非均质地层才会实现体积缝网压裂,均质地层和宏观非均质地层只会实现分段单缝压裂,只有当井底压力同时高于主裂缝和分支裂缝的破裂压力时,才会实现体积缝网压裂;为了实现体积缝网压裂,需要提高压裂泵组的功率,采用低黏压裂液和大排量泵入技术;微观非均质地层压出的裂缝都是蜿蜒曲折的,而均质地层和宏观非均质地层压出的裂缝大多是直裂缝。     

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。     

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。