非常规储层压裂支撑剂输送实验及数值模拟研究进展

非常规油气已经成为保障能源安全的重要支柱,而大规模水平井体积压裂技术是非常规油气经济开发的关键手段。由于压裂液、支撑剂、泵注排量等施工参数与常规压裂之间存在差异,大规模体积压裂过程中支撑剂输送铺置规律呈现完全不同的特征。文章从寻求非常规储层压裂支撑剂输送过程的典型特征出发,梳理了近年来国内外支撑剂输送实验和数值模拟的理论研究成果,阐述了单缝和复杂缝网中支撑剂输送、铺置、分流等规律,评价了基于计算流体力学的支撑剂输送数值模拟方法的适应性与局限性。以此为基础,对非常规储层压裂支撑剂输送模拟研究进行了展望,指出粗糙裂缝模拟实验装置、压裂液—支撑剂速度表征测试方法、裂缝-压裂液—支撑剂流固耦合条件下数值模拟方法等方向将是下一步研究重点,从而为非常规油气高效改造提供理论指导。     

中国海油低渗及非常规油气藏储层改造技术进展及展望

中国海上低渗及非常规油气开发存在产能低、投资大、操作费用高、收益较低及单井经济任务重等问题。经过技术攻关,中国海油形成了平台压裂、钻井船压裂和拖轮压裂等海上储层改造作业模式,研发出集海上低渗储层改造液体系、海上控水支撑剂技术、低渗储层压裂管柱设计和海上储层改造监测技术为一体的海上低渗储层改造技术,以及适用于陆上深煤层大规模压裂技术。本文综述了中国海上低渗油气储层改造技术及陆上深煤层大规模压裂技术研究进展,展望了未来储层改造重点发展方向,对推动中国海油低渗及非常规油气开发技术进步有重要指导意义。     

压裂新技术在非常规油气开发中的应用

压裂是非常规油气开发过程中主要的技术措施,压裂技术的创新是实现非常规油气资源大规模开发的关键。重点介绍了新型压裂改造技术的技术原理及其在煤储层、致密砂岩储层、页岩储层等开发过程中的应用,包括同步压裂技术、高速通道压裂技术、纤维压裂技术、穿层压裂技术、固井滑套压裂技术和泵送桥塞压裂技术。并针对应力叠加效应、支撑剂异构铺置、铺砂剖面优化、裂缝穿层延伸、定点起裂、变粒径变排量作业等技术优势总结了各技术的设计原理及现场应用情况,为非常规油气的开发与改造提供参考和借鉴。     

支撑剂的研究现状及展望

随着深层油藏和非常规储层开发进程加快,裂缝几何尺寸、储层物性复杂化,压裂工艺对支撑剂的性能要求也越来越高。支撑剂作为压裂作业中必不可少的元素,通过支撑水力压裂形成的人工裂缝,为油气畅流入井提供高速导流通道,故加深对支撑剂的研究将有助于高效经济地提高油气产量。本文调研了国内外支撑剂的发展现状,分类阐述了现有支撑剂特点,分析了支撑剂性能的影响因素并对比了不同压裂液体系支撑剂的运移规律,最后对支撑剂的发展及应用趋势做出了展望。     

压裂支撑剂研究与应用进展

支撑剂作为支撑水力裂缝的关键材料,其相关性能与压裂改造效果密切相关,关于压裂支撑剂的研究受到了持续而广泛的关注。本文分类概述了压裂用支撑剂及相关技术的研究与应用情况,包括石英砂、陶粒、覆膜支撑剂等常规支撑剂及近年来报道的自悬浮支撑剂、气悬浮支撑剂、原位生成支撑剂等新型支撑剂及相关技术等共计10个类别。最后对压裂支撑剂及相关技术的发展方向进行了展望,以期为相关领域的研究者提供参考,促进压裂支撑剂技术的进步。     

水力喷射分段压裂在白云质泥岩储层中的应用

白云质泥岩储层不同于常规的砂岩储层和碳酸盐储层,该类储层天然裂缝发育、泥质含量高,压裂过程中主裂缝形成困难、支撑剂嵌入严重,目前没有较好的压裂改造技术。达平3井储层大部分属于白云质泥岩储层,该井通过对白云质泥岩储层的特性研究,探索应用水力喷射分段压裂工艺,优化压裂施工参数,优选压裂液和支撑剂,成功进行了压裂施工,压后取得了一定的增产效果。该井的有效性试验为下一步该区块白云质泥岩储层的压裂改造提供了技术思路和施工经验。     

苏里格气田细分粒径支撑剂导流能力评价及试验

苏里格气田主力气层必须要进行压裂才能获得有效的井口产能,而获得较高的压裂裂缝导流能力则是其关键所在,然而国内外现用的支撑剂导流能力评价标准中支撑剂的粒径划分范围较大,只有针对不同类型气层采用合理粒径支撑剂进行压裂改造,才能有助于提高改造效果,进一步提高单井产量。为此,以苏里格气田现用的多家陶粒支撑剂性能评价为基础,通过新的支撑剂粒径划分和筛选,对符合苏里格气田压裂用支撑剂进行室内实验,开展了不同组合方式下的裂缝导流能力评价,优化适合该区域不同储层条件的支撑剂及粒径,并开展现场试验,取得了较好效果,为提高储层改造针对性、改善压裂改造效果提供了新的方法。     

松辽盆地南部低渗透储层改造技术

松辽盆地南部处于大型湖盆的边缘相带，储层具有厚度薄、致密、非均质性强、粘土矿物总含量较高等特点。因而，储层改造技术是松南地区低渗透油气田增储上产的关键。通过对该区储层地质特征、岩石力学特征和地应力参数的模拟实验，取得影响储层改造设计的关键参数－－最小主应力，得到压裂液、支撑剂优化方案。同时，从压裂时效角度论证了压裂优化设计的准则和原则，最终得出松南地区压裂改造的规模和砂比等压裂优化参数。经现场实践     

中国石油勘探压裂技术进展、关键问题及对策

为贯彻国家能源资源安全保障政策并加快国内油气生产,面对日益复杂的勘探对象,创新储层改造技术是发现资源和增加储量的必经之路。通过回顾中国石油天然气股份有限公司（简称中国石油）储层改造技术的发展历程,并针对目前中国石油所面临的勘探对象特点,厘清了技术难题,系统总结了取得的研究进展,包括缝控压裂优化设计最大限度释放储量、压裂装备作业能力不断提升、井下工具更加成熟、压裂液降低成本与提高个性化、支撑剂向低成本小粒径的趋势明显,明确了储层改造技术对勘探发现的重要支撑作用。全面梳理储层改造技术在压裂核心要素、工艺技术对策、现场实施质量、压裂方案迭代升级4个方面所面临的关键问题。具体而言,针对4个方面提出了以下对策措施：（1）推实基础研究创新工程,为压裂技术进步提供理论支撑;（2）推动五大要素提质工程,支撑储层改造技术高质量发展;（3）推进技术方案精准工程,为油气高效勘探开发提供指引;（4）推升技术管理提效工程,打造工程管理高效实施新模式。     

国内石英砂支撑剂评价及砂源本地化研究进展与前景展望

为了实现中国非常规油气开采成本的进一步降低,系统地梳理了近年来北美地区压裂支撑剂发展变化趋势,明确了国内外储层改造支撑剂的新进展,总结了国内外储层改造支撑剂使用理念的差距.在此基础上,结合中国非常规储层开发特点及当前形势,评价了中国六大主要砂源地石英砂品质,开展了石英砂应用可行性基础理论研究,挖掘了中国石英砂砂源本地化...     

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。     

松辽盆地南部致密气藏低伤害大型压裂改造技术研究与试验

松辽盆地南部深层致密气藏具有岩性多变、低孔、特低渗、埋藏深、杨氏模量高、压力高、温度高等特点,压裂改造的主要难点是加砂规模小、施工砂液比低,且易发生早期脱砂现象,使压裂改造效果一直难以获得突破。为此,研究了一种新的低伤害大型压裂技术,力求实现低伤害、深穿透、高导流的目标。其要点包括压前储层精细评价、耐高温耐剪切的低伤害压裂液体系、小粒径为主的高强度组合粒径支撑剂、压裂多级优化设计、螺旋式及段塞式加砂程序设计、新型压裂施工配套技术等。?两年9井次现场试验,成功率由以往的50%提高到80%以上,最高加砂量达90 m3,打开了松南盆地南部深层致密气藏的勘探局面,为今后的经济有效开发提供了重要的技术支撑。     

新型低密度高强度水力压裂支撑剂的研制

在油气田水力压裂中使用性能优异的低密度陶粒支撑剂,不仅可以解决支撑剂在裂缝内输送过程中的沉降问题,提高有效支撑裂缝的长度和导流能力,而且能够降低对压裂流体性能的要求,减小施工泵送功率,降低施工风险。以低品位铝矾土（A1₂O₃含量低于70%）和工业废弃物粉煤灰为主要原料,配以特殊辅料,按照一定比例混合粉磨、经制粒成球及高温煅烧等特殊工艺处理,研制出低密度高强度陶粒支撑剂,制备的粒径为0.45~0.9 mm样品体积密度为1.40~1.55 g/cm3,视密度为2.75 g/cm3左右,在52 MPa闭合压力下破碎率低于5.0%,性能优异,在低渗致密油气田和页岩气增产开发中具有广阔的应用前景。      

压裂工具与技术新进展及发展建议

页岩气、致密气、致密油等非常规油气的大力开发对压裂工具与技术提出了更高要求。介绍了国外压裂工具与技术的新进展。压裂工具包括InterFrac^TM多级压裂系统、BLITZ^TM连续油管压裂滑套系统、快速压裂系统、DEEPFRAC深水多级压裂系统、Toe-XT液压滑套、Elect^○R电子压裂滑套、i-Opener TD趾端滑套、ProDrill^○R Express系列复合压裂桥塞、ProDrill^○RVelocity^TM Fast-Drillout复合压裂桥塞、MILLITE^TM压裂桥塞、Scorpion^TM复合压裂桥塞、VapR可溶解压裂桥塞和Illusion^○R Spire可溶解压裂桥塞; 压裂技术包括BroadBand Shield裂缝几何形状控制技术、PSI-Clone固体火箭推进剂压裂技术、MajiFrac Plus压裂技术和微压裂技术; 而支撑剂包括导电支撑剂、超低密度支撑剂、陶瓷微支撑剂和SandTec^○R矽尘抑制支撑剂涂层。在此基础上, 对国内压裂工具与技术的未来发展提出了建议。提出我国应尽快完成核心压裂工具与技术的国产化, 以实现页岩气和致密油气的经济有效开发。     

体积压裂技术在红台低含油饱和度致密砂岩油藏的应用

红台低含油饱和度致密砂岩油藏直井常规压裂增产幅度小、稳产期短,难以形成商业开采价值。为实现该类油藏的增产、稳产以及解决见油周期长的问题,进行了体积压裂可行性评价和实施效果分析,利用形成复杂缝网的体积压裂技术解决增产、稳产难题。在确定影响该油藏体积压裂效果的主要因子（物性和压裂液量）和次要因子（砂量和平均砂比）基础上,优化压裂方式和工艺参数,解决见油周期长的问题,最终形成了分层系水平井开发、控制压裂液量600 m3/段、保持砂量规模60 m3/段,提高平均砂比至22%的体积压裂技术体系。现场试验结果表明,同比相同物性的直井,水平井体积压裂见油排液周期缩短43.6%,日产油提高47.4%,有效期提高25%,为同类油气藏开发提供借鉴。     

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。     

二连盆地不同沉积环境储层高效改造技术

二连盆地为多相湖盆沉积,沉积相带窄,储层沉积环境变化快、非均质性强,现有储层改造都是针对单井设计,缺乏针对不同沉积环境的储层改造技术。为此,以二连盆地具有代表性的巴音都兰凹陷为例,通过分析沉积相带、微相储层特点和储层改造难点,提出了不同沉积环境储层高效改造技术。该技术包括:为有效动用扇三角洲前缘水道相厚层,提出的厚层提高压开程度改造模式;为在浊积扇中扇辫状沟道储层控缝高、防嵌入,提出的低渗薄层控缝高压裂模式和变粒径支撑剂及中等砂比加砂施工方式;为解决近岸水下扇扇中水道相储层伤害问题,提出的白云质特低渗体积酸压与加砂压裂复合模式。不同沉积环境储层高效改造技术在巴音都兰凹陷应用25井次,压裂后平均增液2.1倍,取得了很好的现场效果。研究认为,该技术不仅可在二连盆地推广应用,也对同类中小断块沉积环境的油气藏改造具有借鉴价值。      

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。