气藏压裂提高裂缝有效导流能力的技术分析

提高压裂裂缝有效导流能力是改善气藏压裂效果的重要方面。本文从提高裂缝初始导流能力、降低导流能力的伤害、保持裂缝长期导流能力等方面系统分析了近年来实现高导流能力的一些典型压裂工艺技术措施,包括：二次加砂压裂、端部脱砂压裂、提高支撑缝宽的超常规压裂、高砂比大粒径压裂、低伤害压裂液压裂、防支撑剂回流压裂等工艺。通过其施工工艺和技术特点的分析,为气藏压裂工艺技术措施选择提供依据。     

体积压裂复杂裂缝形态压力响应特征分析

体积压裂根据岩石脆性会形成不同的裂缝形态,会造成不同的改造体积和增油效果.本研究在实际油田认识基础上,建立了不同裂缝形态的渗流数值模拟模型,并分析了关井压力恢复时不同裂缝形态的压力响应特征.研究结果表明,当体积压裂形成两翼缝时,表现为有限导流的压力响应特征;当形成裂缝网络时,会出现双重介质和复合油藏的压力响应特征,由该特征可以通过试井分析方法判断体积压裂后裂缝形态,从而为体积压裂效果评价提供技术参考.     

页岩气藏体积压裂技术概述

页岩气作为一种储存在页岩中的非常规天然气,其巨大的储藏量和可持续性使得其开发成为世界各国关注的能源焦点.利用传统的水力压裂方式形成单一对称双翼裂缝的增产改造技术目前已不能满足页岩气产量的需求.为此,美国提出了改造油气藏体积(Stimulated Reservoir Volume,SRV)的概念,即通过压裂形成复杂裂缝网络,极大地改造储集层有效泄油体积,从而达到提高页岩气产量的目的.对体积压裂原理及工艺技术现状进行了简要的回顾,认为体积压裂是目前页岩气开发最为有效的技术之一,虽然其技术工艺已有一定的进步,但对于体积压裂力学机理仍缺乏深入认识,与之配套的压裂优化设计和施工工艺技术也有待进一步研究和开发,同时给出了下一步体积压裂研究应努力的方向.     

体积压裂裂缝对地应力场干扰规律的研究

为了研究体积压裂在低渗透油藏的开发效果,采用有限元分析并利用Comsol对体积压裂过程中的地应力扰动进行模拟,分析了地应力的分布、裂缝长度、裂缝的净压力、简单缝和复杂缝对地应力扰动的影响,以及裂缝长度、弯缝与直缝的应力扰动及影响分析,获得了地应力扰动的影响因素与影响规律。研究表明:裂缝长度、裂缝净压力和裂缝形态是影响应力扰动的主控因素,应力扰动的幅度值与这些因素呈现正相关;同时建立了不同裂缝长度,最大和最小主应力扰动差值的图版,可用此图版来确定不同裂缝长度条件下复杂缝网产生的位置;直缝对弯缝的扰动值较直缝更小。     

煤岩压裂裂缝长期导流能力的实验研究与评价

当前煤岩长期导流能力测试实验受人为因素影响,不能完全反映煤岩自身的物理性质,实验中无统一单点承压测试时间,支撑剂组合选择单一。针对这些不足,运用裂缝导流仪对煤岩裂缝长期导流能力进行实验研究与分析,确定长期导流能力实验研究中单点的最佳承压时间。研究认为长期导流能力受铺砂浓度和支撑剂类型影响很大,受支撑剂粒径影响较小:其中石英砂类支撑剂导流能力好,但却存在砂堵的缺陷;树脂包砂类支撑剂抗压性能良好,和石英砂配合使用既能增加导流能力,也能降低出砂的损害。     

现河油区低渗稠油储层压裂可行性及裂缝导流能力研究

现河油区低渗稠油储层地质储量大、动用程度低,因其储层岩性具备低渗致密砂岩和稠油疏松砂岩的双重属性,开发难度异常大。为解决此类开发难题,结合脆性指数与断裂韧性,建立模型计算该类储层的可压指数,并针对区块内已进行压裂改造的油井测算拟合,确定了可压指数的临界值,判断W152储层具备压裂可行性。同时进行低渗稠油储层条件下的裂缝导流能力评价实验,明确了裂缝在W152储层岩性条件下的导流能力,并对支撑剂、铺砂浓度等参数进行了优选,并通过灰色关联法对各因素对裂缝导流能力的影响程度进行了研究,最后通过数值模拟进行了导流能力对产能的影响,确定了施工参数对导流能力以及导流能力对产能的影响规律。     

页岩岩心人工裂缝导流能力室内模拟实验研究

为了研究页岩储层不同类型裂缝导流能力的差异及导流能力与围压的关系,利用渗流应力耦合拟三轴实验系统,展开页岩人造裂缝室内模拟实验,测定3种类型裂缝导流能力随围压的变化关系。研究结果表明:裂缝导流能力随围压增加而减弱,与围压呈负指数关系;张开裂缝导流能力对围压最敏感,相同围压下张开裂缝导流能力最小;剪切裂缝和支撑剂充填裂缝导流能力对围压敏感度相差不大,由于剪切裂缝具有自支撑作用,其导流能力与低支撑剂密度的张开裂缝导流能力相当。     

压裂裂缝拟三维延伸的数值模拟

为了使压裂设计更符合实际情况,近年来倾向于使用裂缝三维延伸的数学模型。本文以I D Palmer缝高模型为基础,应用线弹性断裂理论,建立了适合层状分布油气层压裂时裂缝拟三维延伸动态尺寸计算的数学模型,模拟了裂缝三维延伸过程中裂缝尺寸随时间的变化关系。     

支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响

采用自行研制的国家发明专利测试仪器,对地层煤板进行了支撑剂嵌入实验研究。考察了在不同支撑剂类型、不同支撑剂粒径、不同铺砂浓度、不同闭合压力下支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响。实验结果表明:随着闭合压力增大,石英砂的导流能力快速降低;铺砂浓度越大,支撑剂充填层抗压能力与抗破碎能力越强,裂缝导流能力越高。     

裂缝三维非对称延伸模型的建立及加砂程序的确定

油气层水力压裂时，所产生的裂缝将在长、宽、高三方向同时延伸。为了提高压裂设计的准确性和施工的成功率，本文建立了水力压裂裂缝三维非对称延伸的数学模型。该模型考虑了注液过程中的井筒温度变化和裂缝中的热交换对裂缝几何形态的影响。在此基础上，根据各段裂缝所需的导流能力，确定了各段裂缝填砂所应具有的面积浓度，以及相应的地面各注入段的砂比。     

ASP体系对耐碱砂和石英砂裂缝导流能力影响

实验研究了三元复合体系对石英砂和耐碱树脂砂充填裂缝导流能力影响。结果表明,与弱碱相比较,强碱对石英砂溶蚀作用较强,颗粒破碎率较高,填砂裂缝导流能力降低幅度较大。与石英砂相比较,碱型对耐碱树脂砂溶蚀作用程度差异较小,对耐碱树脂砂填砂裂缝导流能力影响程度差异不大。随闭合压力增加,石英砂和耐碱树脂砂充填裂缝导流能力下降,但降低幅度逐渐减小。与石英砂相比较,闭合压力对耐碱树脂砂充填裂缝导流能力影响程度较小,裂缝导流能力较大。     

煤层气有限导流压裂井的压力动态分析

针对煤层气产出过程中的降压,解吸,扩散,渗流等特点,应用非稳态解吸模型;研究了煤层气在基质和割理中的单相流动;建立了新有有限导流压裂井评价模型;讨论了裂缝壁面表皮系数,吸附系数,裂缝储容系数和窜流系数对压力动态的影响;分析了煤层气压裂井的压降典型曲线特征和参数估计方法,从而为煤层气藏开发提供了可靠的数据。     

支撑剂异常影响裂缝导流能力的实验研究

阐述石英砂、树脂砂与人造陶粒的物理综合性能评价情况。对石英砂、树脂砂和人造陶粒三种支撑剂在不同闭合压力下的导流能力进行对比,并测试同种支撑剂不同粒度范围的导流能力。与以往实验室测试不同的是在三种支撑剂导流能力下降到一定数值后将闭合压力降低为零,再次测试三种支撑剂经高闭合压力后的导流能力情况,以此判断导流能力受到何种异常...     

复杂人工裂缝网络系统流体流动耦合研究

为实现体积改造中复杂人工裂缝网络系统中主裂缝与分支裂缝流动最优匹配关系,根据体积改造中复杂裂缝三线性渗流模式及裂缝网络最优耦合的重要性,建立考虑裂缝网络中主、支裂缝匹配关系的数学模型。结果表明:在体积改造形成的复杂裂缝网络中,由于三线性流的存在,主、支缝中也存在非达西效应,当渗透率小于0.1mD时,主缝与支缝的非达西效应影响较小,一般小于5%;当渗透率达0.1mD以上时,随渗透率增加影响增大,考察支缝数量由10条增到200条时,对产量影响明显变强,可达50%以上.揭示主、支缝匹配关系在复杂网络系统中的真实性与重要性,为现场复杂网络压裂方案优化提供理论基础.     

支撑剂导流能力测试实验研究

选用DL-2000酸蚀裂缝导流能力实验仪,以蒸馏水和氮气作为介质,以短期导流能力实验评价方法为基础,展开长期导流能力评价,并对短期导流能力和长期导流能力进行实验对比。实验结果显示:在相同的闭合压力、支撑剂类型、铺砂浓度等实验条件下,短期导流能力优于长期导流能力;随着支撑剂粒径增大及铺砂浓度加大,导流能力也随之增强;当温度为80℃时,其导流能力大于常温(24℃)时的导流能力;与陶粒不同,石英砂粒较易破碎,其导流能力也较小;在任意闭合压力条件下,导流能力随着模拟地层压力时间的延长而逐渐下降。     

自悬浮与普通支撑剂裂缝导流能力实验研究

开展了自悬浮支撑剂与“支撑剂+携带液”裂缝导流能力对比实验研究,并进行了机理分析。结果表明,无论是自悬浮支撑剂还是“支撑剂+携带液”,随闭合压力增加,裂缝导流能力均减小。随填砂浓度增加,裂缝导流能力均增加。与石英砂相比较,陶粒抗压和裂缝导流能力明显较高。聚合物类携带液一方面可以增强支撑剂抗压能力,降低破碎率,进而增加裂缝导流能力。另一方面,携带液在支撑剂颗粒间隙中会发生滞留,致使渗透率减小,这会降低裂缝导流能力。因此,最终裂缝导流能力是渗透率和破碎率共同作用的结果。与“支撑剂+携带液”相比较,自悬浮支撑剂破碎率略高,对裂缝导流能力未造成明显影响。由此可见,自悬浮支撑剂加工过程中并未对支撑剂抗压能力和裂缝导流能力造成影响。     

压裂压后裂缝闭合模型及其应用

综合运用流体力学和岩石力学的相关理论以及物质平衡原理,建立压裂压后裂缝闭合模型.通过模型求解分析裂缝闭合过程中井口压力的变化规律,给出裂缝闭合时间和支撑剂沉降距离的计算方法.实例分析和应用表明,低渗透储层人工裂缝自然闭合时间过长,支撑剂沉降距离较大,导致压裂液对地层和裂缝的污染严重,最终影响压裂效果,因此,压裂压后合理选择液体返排时机非常重要.     

水力压裂裂缝宽度影响因素分析

在PKN模型的基础上,对水力裂缝宽度方程进行了推导.根据水力裂缝宽度方程对影响水力裂缝宽度的因素进行了分析.分析结果表明,水力裂缝宽度随着施工排量、压裂液效率、流变指数等的增大而增大,随着地层最小水平主应力和杨氏模量的增大而减小,地层泊松比对水力裂缝宽度影响较小.通过对影响水力裂缝宽度的因素进行分析,对优化压裂设计有一定的指导意义.