川渝油气田压裂用生物酶破胶技术的研究与应用

研制了一套适合川渝地区使用的酶破胶羟丙基胍胶压裂液体系,该酶破胶剂对压裂液稠化剂具有很好的专一破胶性能,与压裂液各种添加剂有良好的配伍性能。与常规破胶剂相比,酶破胶剂破胶更彻底,破胶液黏度小,残渣含量少,对支撑裂缝导流能力伤害小。在合川001-25井组3口井的现场应用表明,该酶破胶压裂液体系能够完全满足现场加砂压裂施工要求,返排液残渣含量明显低于常规破胶剂体系,且使用酶破胶剂的2口井压后增产效果较使用常规破胶剂的更好。     

川中沙溪庙致密油藏压裂液技术研究及应用

川中沙溪庙致密油藏为特低孔、低渗致密储层,压裂工艺要求先以滑溜水大排量泵注方式在地层中形成复杂缝网,再以冻胶压裂液造主缝,形成大规模的连通性体积缝网。将聚丙烯酰胺类滑溜水与低分子量胍胶类冻胶压裂液复合应用,开发出了适合川中沙溪庙储层的"滑溜水+冻胶"混合压裂液技术。其中,滑溜水具有低摩阻、高效防膨等特点;冻胶压裂液具有耐剪切、低伤害等特点;混合压裂液体系的破乳效果好、返排能力强。现场试验表明:"滑溜水+冻胶"混合压裂液技术具有良好的储层改造效果,在G36井、G117井应用获得成功,现场降阻率达61.5%⁶4.8%、返排率>40%,返排液油水界面清晰,获井口测试产油45.1t/d。     

页岩气储层定向射孔压裂裂缝转向影响因素分析

针对页岩气藏水力压裂过程中裂缝起裂、扩展和转向规律的认识尚不够清楚的问题,基于扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)建立了用于页岩气储层直井定向射孔水力压裂裂缝同步扩展和转向状况模拟的流-固耦合2D模型,分析了射孔方位角、压裂液注入速率、地层水平应力差异等因素对水力裂缝的起裂压力和转向半径的影响。研究结果表明:1)随着射孔方位角的增大,裂缝的起裂压力和转向半径均越来越大,不利于具有较好压裂改造效果的平直裂缝的形成;2)在较大的压裂液注入速率下,裂缝起裂压力较大,转向半径也较大,储层的压裂改造效果更好;3)对于地应力差异较大的储层,裂缝起裂压力会更小,裂缝转向会表现得更为显著。研究结果全面揭示了不同因素对裂缝起裂和转向的影响,可以为页岩气水力压裂设计提供参考和理论支持。     

毛细管力影响下页岩储层液化石油气压裂裂缝网络扩展形态研究

页岩储层中广泛分布着从纳米级到毫米级的多尺度天然裂缝,这些天然裂缝显著影响着压裂后的缝网形态。液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)压裂液具有黏度和表面张力小的特点,在页岩储层中压裂后易形成裂缝网络。针对LPG在页岩储层中的压裂特性,同时考虑了天然裂缝尺寸及压裂液与储层润湿性的影响,建立了LPG压裂裂缝网络扩展模型。通过研究发现,天然裂缝宽度越小、初始长度越长、压裂液润湿性越强,天然裂缝越容易起裂、扩展,形成的裂缝网络形态越复杂,压裂效果越好。     

加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术

非常规储层体积压裂施工液体用量大,返排液多,返排液中含有各种地层离子、残余添加剂、悬浮物等,无害化处理难度较大。介绍了国外体积压裂返排液的处理方式,并结合四川盆地的特点,形成了适合于四川盆地非常规储层体积压裂返排液回收利用处理流程。室内研究表明,体积压裂返排液中的残余添加剂浓度较低,具有一定的矿化度,采用回收利用处理流程进行处理后,其摩阻与清水配制的体积压裂液相当。现场应用也进一步表明,体积压裂返排液处理后配制的液体摩阻性能与清水配制的相当。现场获得了良好的储层改造效果,节约了配液用水,减少了废弃物排放,实现了节能减排。     

超临界二氧化碳干法压裂温度压力场耦合计算方法

相对于传统水基压裂液,超临界二氧化碳压裂具有无水相、低伤害、环保等优势。针对二氧化碳相态及物性变化规律复杂,压裂过程中温度压力变化对其物性参数产生较大影响,进而影响压裂改造效果的问题,基于超临界二氧化碳干法压裂泵注过程中井筒及地层裂缝中热量传递及压力传播过程分析,建立温度压力场耦合计算模型,并基于MATLAB编程进行有限差分求解。结合二氧化碳物性参数随温度压力变化计算模型,研究了井筒和裂缝内温度压力变化规律,以及注入排量等因素对于温度压力变化的影响。将模型计算结果与现场监测结果进行对比,二者具有较好的一致性。较大的注入排量可以使井底温度更低,且在更短时间保持稳定,此方法可为现场压裂施工设计提供一定参考。     

超低浓度羟丙基胍胶压裂液体系的研制及在苏里格气田的应用

在分析苏里格气田上古储层地质条件的基础上,依据"羟丙基胍胶的临界重叠浓度就是交联的最低浓度"理论和有机硼交联机理,通过对交联络合剂和合成条件的优选,研发出新型的高效交联剂,采用该交联剂体系,羟丙基胍胶稠化剂质量分数较常规气井降低40%时,仍保持了良好的耐温和流变性能。该压裂液体系残渣残胶含量大大降低,降低了对储层的伤害程度。截至到2011年底,该压裂液已成功应用于苏里格气田42口直井、3口水平井,取得了较好的改造效果。     

不同压裂液对煤层气解吸影响的实验研究

煤层气主要以水力压裂的方式来提高产量,压裂过程中入井液与煤岩的接触对煤层气的生产具有较大的影响。与常规气藏不同,煤层气的产出分为解吸—扩散—渗流三个步骤,仅研究压裂液对储层渗透率的伤害不能完全反应压裂液对煤层气生产能力的伤害程度。本文利用自主研制的煤岩解吸分析实验装置,通过逐级降压测试,实时记录不同阶段下压降与解吸速率、解吸量的关系,评价了不同压裂液及添加剂对煤层气解吸扩散过程的影响。结果表明:液体进入煤基质和微割理中,阻碍了煤层气的解吸和运移;由于各种液体表面张力和润湿性的不同,对煤层气解吸伤害最小的是水源水,伤害最大的是微乳剂溶液;与干煤样解吸相比,在压裂液的作用下煤层气的解吸量主要集中在1 MPa以下,解吸速率随着压力的降低不断增大。     

基于脉冲致裂储层的改造新技术研究

针对水平层理发育、地应力差值大或天然裂缝不发育的非常规储层,常规水力压裂技术实现复杂裂缝的难度大,改造效果不理想,探索一种新型动力学脉冲致裂岩石的改造技术。首先建立脉冲致裂试验装置,实现对三向就地应力场的独立加载,以及脉冲致裂和水力压裂模拟技术的结合。利用龙马溪组页岩露头开展大尺度(762mm×762 mm×914 mm)试验,直观揭示脉冲致裂裂缝形态及延伸规律;在试验数据基础上,建立更优化的数值模型,并对影响裂纹延伸距离的因素进行量化分析。结果表明:脉冲冲击波能够在页岩储层形成多方向复杂致裂裂纹,同时不会对井筒产生破坏;提高冲击能量可明显提高页岩储层致裂效果,但冲击次数存在合理的设计区间;与常规压裂模式相比,脉冲致裂与水力压裂复合的改造新模式更易形成复杂水力裂缝形态,有利于提高储层垂向和平面动用程度,在非常规储层开发中具有良好应用前景。     

低断裂韧性页岩压裂工艺

针对低断裂韧性深层页岩气压裂工艺针对性不强的问题,以深层低断裂韧性页岩气井CD-1HF井为例分析了压裂难点,提出了相应的压裂改造对策并进行了模拟论证,最后建立了压裂优化模型,对该井压裂工艺参数进行了优化和应用。结果表明:低密度粉陶-缝端脱砂、不同黏度液体配合造缝及交替注酸技术有利于增大改造体积,提升裂缝复杂度;采用大孔径射孔,黏度为100 mPa·s内的不同黏度压裂液组合,滑溜水在9～12 mPa·s时为主加砂阶段的压裂液,中后期注入胶液可有效提高改造体积;在注完胶液以后泵注液量分别为总设计液量的62%和73%时是中后期胶液注入的最佳时机。采用上述工艺措施该井增产效果显著。     

超低渗透砂岩储层同步压裂先导性矿场试验

 为了探索同步压裂在超低渗透砂岩储层的适应性,提高超低渗透砂岩储层开发效果,以长庆油田陇东地区的双水平井阳平1井和阳平2井为试验井,对双水平井同步压裂机制以及压裂优化设计方法进行深入研究,并开展矿场试验。施工中裂缝延伸的微地震监测以及压后试油数据表明：压裂缝展布形态复杂,呈网络化扩展;阳平1井和阳平2井压后试油产量分别达到了132.3和109.5 m3/d,相比该井区直井压后试油平均产量14.1 m3/d分别提高了约9.4和7.8倍,反映双水平井同步压裂能实现对长庆油田超低渗透砂岩储层的充分改造,扩大水力裂缝对储层流体流动的控制范围,提高采油速度和最终采收率。为此,双水平井同步压裂为长庆油田超低渗透储层的高效开发提供了增产工艺技术选择,具有巨大的推广价值和应用前景,对我国超低渗透储层的增储上产具有十分重要的现实意义。     

陆相页岩储层水平井无限级压裂工艺优化

相较于传统压裂工艺，新型无限级滑套压裂技术在非常规储层改造上已被证实具有诸多优势，包括层级改造均匀和级数不受限制。然而，基于此压裂工艺的裂缝扩展和诱导应力分布的主控因素仍未厘清。为此，以陆相页岩储层为例，基于离散格子法建立多裂缝扩展模型。通过对比射孔压裂与无限级压裂在不同页岩岩性、层理参数、压裂施工参数下的裂缝形态，针对无限级压裂的裂缝扩展规律展开定性与定量分析。结果表明，复杂岩性、发育的层理弱面以及应力阴影效应是造成射孔分段压裂各级裂缝扩展不均的主要原因。相较之下，无限级压裂不仅能克服陆相页岩储层的层理缝影响，还能形成更多有效裂缝、更均匀的单簇裂缝改造体积。此工艺的改造效果受储层岩性、分簇设计、施工排量及起始簇几何尺寸影响。当簇间距过大、排量过高、起始簇半径过大时，无限级压裂的改造效果变差。2种压裂工艺所产生的沿井筒方向诱导应力场分布也不同，无限级压裂形成的裂缝诱导应力场会叠加进而影响后续压裂作业。研究成果可为我国陆相页岩储层压裂工艺优化提供理论支撑与技术指导。     

体积压裂缝网渗流特征与注水开发适配性研究

鄂尔多斯盆地致密油储层体积压裂改造后,单井产能较常规压裂有了大幅度的提高,但由于地层压力系数小,仅靠天然能量开发效果并不理想,因此,探索体积压裂井的注水补充能量方式有重要意义。基于体积压裂复杂缝网形态的特点,建立了缝网数值模拟模型,对直井体积压裂缝网渗流特征进行了分析;以体积压裂矩形井网为例,研究了注采形式下体积压裂井的增产机理,并结合并网对缝网适配性进行了探索。研究结果表明,缝网系统增加了储层垂向动用程度,提高了主裂缝壁面方向的水驱波及体积,改善了注采井间的水驱动用效果。由于缝网系统存在"最短渗流距离",体积压裂井见水后含水上升较快。通过长庆某典型致密油储层直井体积压裂实例分析,对后期可行的井网形式进行了优化设计和论证。     

煤系页岩储层多气共采水力裂缝扩展规律试验研究

多岩性组合煤系页岩储层在纵向上交替发育页岩、煤岩及灰岩等多类含气层,压裂后储层间的连通程度与裂缝复杂程度是决定多气共采成败的关键。通过制作模拟煤系页岩储层的多岩性组合层状岩石试样,开展真三轴压裂物理模拟试验,分析了水力裂缝纵向扩展形态及多因素影响规律。试验结果表明：岩性界面、页岩层理及煤岩割理等非连续结构面对水力裂缝垂向扩展具有显著抑制作用,水力裂缝缝高扩展往往呈非对称扩展模式;值为0.1的低垂向应力差系数更易被弱结构面捕获,高垂向应力差系数、高压裂液注入速率有利于裂缝垂向穿层扩展,水力裂缝穿透至煤岩中可激活割理系统形成复杂裂缝网络。试验结果证实了多岩性煤系页岩储层多气共采的可行性,研究结果亦可为认识煤系地层水力裂缝形态及指导现场压裂施工提供参考。     

注液方式对深层页岩裂缝形态影响实验研究

开发深层页岩需要通过对储层进行水力压裂,而注液方式会对压裂效果产生很大的影响。采用真三轴水力压裂实验系统,研究不同的注液方式对深层页岩的裂缝形态的影响规律。实验结果表明:高地应力差下水力裂缝会沿着垂直于最小地应力方向起裂并扩展成横切缝,遇层理或天然裂缝会沟通并形成分支缝;采用先小排量后提升至大排量的注液方式可以开启更多的裂缝;先注入高粘度的压裂液制造主缝,然后替换为低粘度压裂液开启分支缝,形成主缝+分支缝的裂缝形态,有利于提升储层SRV。本实验研究结果可以为深层页岩压裂设计提供参考。     

致密灰岩储层压裂裂缝扩展形态试验研究

开发低孔、低渗的致密灰岩储层需要进行大规模的水力压裂。致密灰岩的成岩过程、矿物组成以及岩石力学性质与致密砂岩等储层差异很大,在不同应力状态以及施工参数条件下水力裂缝扩展形态有待研究。采用真三轴水力压裂试验系统对致密灰岩露头展开压裂物模试验,研究地应力差、压裂液黏度、变排量、酸处理等多种因素对水平井压裂裂缝扩展规律的影响。试验结果表明:当水平地应力差在2~8 MPa之间时,水力裂缝易于沟通天然裂缝形成复杂裂缝网络;压裂液黏度升高,会降低剪切滑移和滤失膨胀的可能性,从而降低裂缝的复杂程度;在走滑断层的应力状态下,即σ_Hσ_Vσ_h,容易形成水平缝,特别是当井眼方向沿着层理面时极易沿着层理起裂;变排量压裂可以激活更多的天然裂缝,有助于形成复杂的裂缝网络;酸液预处理裸眼井段能够显著降低破裂压力,随泡酸时间的增加,破裂压力下降幅度逐渐增大。研究成果为现场压裂施工提供参考。     

水平井穿层压裂技术研究与应用

大庆油田低丰度葡萄花层薄互层发育,采用常规水平井开发储量损失大、注采关系不完善。为此,打破传统压裂控缝高理念,通过压裂工艺参数优化,使人工裂缝沟通纵向储层,提高储层动用程度。对水平井穿层压裂技术原理进行了分析,对穿层压裂效果进行评价,探讨提高穿层压裂成功率的方法。现场试验165口井,穿层工艺成功率93%,单井纵向目的层小层动用率100%,与同区块常规压裂水平井对比,施工规模为0.97倍,而压后初期单井日增油为1.25倍,累计增油为1.26倍,取得了明显的增产效果,水平井可控穿层压裂技术实现了少井高产和难采储量的整体动用。     

交联酸加砂压裂技术的研究和应用

塔里木碳酸盐岩储层非均质性强,裂缝和孔洞关系复杂,在裂缝和孔洞不发育的低品位储层进行酸压效果差。在分析酸压和压裂特点的基础上,开展了交联酸携砂压裂技术研究和现场试验。该技术是携砂液使用交联酸,形成带有酸液刻蚀和支撑剂支撑的复合人工裂缝,扩大储层和人工裂缝的接触面积。交联酸耐温流变性和携砂性能好,酸岩反应过程中能保持较高的黏度和携砂能力。在酸岩反应速度和导流实验研究的基础上,提出在携砂阶段使用不同浓度酸液的工艺方法,在缝端和缝口分别发挥酸液刻蚀和压裂支撑的优势,保持人工裂缝的高导流值。交联酸压裂技术在塔里木油田现场应用8井次,施工成功率100%,为塔里木油田碳酸盐岩储层高效开发提供了新的技术路径。     

储层非均质性对水力压裂裂缝扩展的影响研究

为了研究滤失和储层非均质性对水平井多簇射孔水力压裂裂缝扩展形态的影响,在前期建立的水力压裂流固耦合模型基础上,增加考虑多孔介质内流体流动,裂缝-孔隙间的流体交换和射孔流量分配的物理过程,形成了用于多簇射孔水力压裂裂缝扩展的裂缝-孔隙流固耦合模型,并数值模拟研究了致密砂岩气储层性质均质、非均质下水平井多簇射孔水力压裂裂缝扩展。研究发现:(1)滤失对中间簇射孔水力压裂裂缝扩展影响较大;(2)在储层均质情况下,多裂缝呈对称扩展,而在储层杨氏模量、抗拉强度、基质渗透率等非均质分布情况下,多裂缝呈非对称、非均匀扩展;(3)在储层复杂非均质情况下,四簇和三簇射孔水力压裂存在射孔簇过度改造、欠改造、甚至未起裂扩展的情况,尤其是在小间距条件下的四簇射孔。而两簇射孔水力压裂即使在间距较小时裂缝也能正常起裂扩展。因而,为了裂缝更多地有效扩展,在实际工程中,如果水力压裂密集施工,建议采取两簇射孔压裂;如果水力压裂不密集施工,兼顾施工成本建议采取三簇或四簇射孔压裂。     

裂隙岩体同步压裂干扰机制的数值模拟研究

为认清裂隙岩体中同步压裂的应力扰动规律,指导页岩气储层压裂的优化设计,应用基于有限元的RFPA^2D-Flow软件,首先对配对井相同压裂段间裂缝静、动态诱导应力扰动机制进行研究,随后研究了天然裂缝对水力裂缝的影响机制,并对裂隙岩体的同步压裂进行模拟。结果表明,相向延伸水力裂缝的诱导应力相互叠加,其对地应力场产生的扰动作用相对单井裂缝更加明显。水平主应力差较小时,配对井相同压裂段裂缝在相向延伸过程中相互吸引的趋势越明显,分支缝越多;小主应力差、小逼近角且高脆性矿物充填的天然裂缝更易使水力裂缝转向;对于非完全充填雁列式裂缝型储层,大主应力方位与天然裂缝呈30°至60°夹角时,天然裂缝起裂及失稳压力适中,可有效降低施工难度,同时该角度范围也利于一定数量的分支缝形成。同步压裂技术可对目标储层实现充分改造,具有良好应用前景。