重复压裂总应力场计算模型

定量描述垂直裂缝井重复压裂前各种因素产生的诱导应力场分布状况计算模型的研究还不完整,为此系统地研究了引起垂直裂缝井重复压裂前?地应力场变化的主要因素,建立了重复压裂时的总应力场计算模型;综合应用渗流力学、岩石力学和热力学理论,建立了热—流—固三场耦合应力场计算模型。该模型对耦合渗流方程、耦合温度场方程采用有限差分法求解,对岩土变形方程则采用有限元法求解,并采用显示交替求解方式将其结合起来整体求解,可以得到热流固三场耦合作用下油/水井生产/注入引起的应力场变化,实现了对垂直裂缝井重复压裂前由于长期生产/注入活动产生的诱导应力场的定量分析和模拟,为现场实施压裂改造提供了指导。     

水力压裂裂缝转向数值模拟研究

水力压裂产生的裂缝方向取决于地应力状态,垂直裂缝井压裂前储层中的应力分布,尤其是水平主应力方向控制着裂缝的起裂方位和延伸方向。分析了影响储层地应力场、裂缝方位及几何尺寸的因素,在此基础上,建立了压裂裂缝转向的应力场和渗流场数学模型并进行模型求解。对压裂裂缝转向机理进行了定量研究。     

重复压裂前地应力场预测软件研究及现场应用

综合考虑初次裂缝的存在以及油气井的生产对原应力场的影响,研制了重复压裂前地应力场的预测软件。运用该软件考察了新站油田7口井重复压裂前的地应力场,对其中4口可能发生重复压裂裂缝转向的井实施了转向重复压裂。在现场施工中,用地面测斜仪监测了裂缝的形成和扩展过程,压裂后用数值模拟方法拟合的各井生产历史动态表明,试验井发生了重复压裂裂缝转向,证实了地应力场预测软件的有效性。     

页岩水平井重复压裂现地应力场计算方法

页岩水平井分段压裂改造后产能递减快、稳产期短,需要进行重复压裂以提高页岩气井的产量和最终可采资源量,而重复压裂的成功与否决定于选井选层工作和压裂优化设计,尤其是弄清重复压裂前现地应力场的分布情况以确保满足老缝张开与新缝起裂条件。为此,充分考虑构造运动、储层天然裂缝分布情况及层理关系,基于测井数据和施工压力数据,构建了原地应场计算模型;并依据等效主裂缝理论,采用加权平均法计算缝内净压力,在生产衰竭诱导基础上,通过线性叠加原理建立了页岩多段簇水平井重复压裂现地应力场计算方法。结果表明:①页岩水平井原地应力计算方法中,原地应力场水平应力构造系数由压裂施工数据反演得到,可真实反演原地应力场大小;②根据不同裂缝段簇和孔隙压力降低产生的诱导应力变化特征建立的诱导应力场计算方法,对实例井的计算结果和压后产量变化都显示长水平段多段簇压后裂缝诱导应力已使地应力场发生转向。结论认为:页岩水平井重复压裂现地应力场计算方法能够为现场重复压裂优化设计提供理论支持。     

重复压裂前诱导应力影响新裂缝转向规律

随着重复压裂技术现场应用的日趋成熟,如何产生不同于原裂缝走向的转向新裂缝成为目前重复压裂技术研究的热点问题。由于新裂缝的扩展方向主要由井周应力分布情况控制,重复压裂前初次裂缝、油井生产以及注水影响等因素产生的诱导应力是影响新裂缝形态的主要因素。应用多物理场耦合软件COMSOL建立了重复压裂井有限元模型,分析了重复压裂裂缝转向的机理和影响因素;建立了注水开发区块模型,研究了注水开发中注入水诱导应力的分布规律,以及注水量、注采井网分布等因素对新裂缝转向的影响。研究结果表明:裂缝转向受储层应力状态、油井生产情况和初次裂缝长等因素影响明显;注水井周边会产生应力集中,且在一定的井距下会影响新裂缝转向规律。此研究可以应用于预测重复压裂效果,优化重复压裂的选井选层,并指导现场重复压裂方案设计。     

气井重复压裂前应力场分析

重复压裂是针对初次压裂作用失效,或具备提高油气产量潜力的井进行再次压裂改造的工艺措施。研究重复压裂造缝机理及裂缝转向机理可以提高重复压裂的成功率和大幅度提高油气井产量。四川盆地川西地区作为重要的天然气生产基地,目前有相当多的压裂井失去了增产功能,需要重复压裂提高气井产能。为此,基于应力场分布理论,以川西地区某井为例,结合气井地质特征,采用有限元分析方法建立模型对井筒周围应力场、初次人工裂缝产生的诱导应力场以及生产过程中孔隙压力改变产生的诱导应力场进行仿真。结果表明:(1)诱导应力集中位于裂缝尖端,离裂缝越远诱导应力越低;(2)不考虑流固耦合情况下,孔隙压力增大,应力转向距离减小;(3)井眼周围应力场转向范围随着原地应力差的增大而减小;(4)生产压差越大越容易产生地应力转向;(5)缝宽越大、裂缝越长越容易发生地应力转向。本模型可快速模拟井筒及裂缝周围应力场转向范围,确定重复压裂是否产生新裂缝和重复压裂的最佳时机,对优化压裂施工设计、提高重复压裂成功率具有十分重要的作用。     

重复压裂前的地应力场分析

重复压裂是低渗透油藏增产稳产的重要措施之一,井眼周围和初次压裂裂缝附近的应力场分布对重复压裂裂缝的起裂和延伸有重要的影响。运用弹性力学和流固耦合理论,建立了原始地应力作用下的垂直井围岩应力、初次压裂裂缝诱导应力和孔隙压力诱导应力计算模型,实现了对重复压裂前井眼和裂缝附近地应力的定量研究;通过计算,得出了应力场和孔隙压力随空间和时间的变化特征。研究认为:孔隙压力变化和初次压裂裂缝在2个水平主应力方向产生的诱导应力,将改变初次压裂后井周的应力分布,并可能引起2个水平主应力的重定向;2个水平主应力的初始差值是决定应力是否发生重定向以及应力反转发生时间的关键因素。     

重复压裂产生新缝条件模拟试验

重复压裂井在压裂过程中受前次压裂的影响 ,裂缝的起裂以及延伸方向取决于地应力场的变化。以真三轴试验为基础 ,对重复压裂裂缝破裂机理和裂缝延伸规律进行了研究 ,分析了重复压裂产生新缝的可能性及新缝产生条件     

裂缝转向重复压裂技术取得成功

2007年6月，由大庆油田公司等多个单位联合攻关的大庆外围油田裂缝转向重复压裂技术取得成功。2004年年底到现在，这项技术在大庆外围油田累计应用400余口井，初期平均单井日增原油3．35t，与以往重复压裂相比采油强度提高36％以上，其中高含水井含水下降39％，有效期达11个月以上。经过3年多研究攻关，这项新技术目前已形成以重复压裂裂缝转向机理、储层地应力场变化规律、转向裂缝参数设计优化、转向裂缝监测识别及裂缝转向重复压裂施工工艺为核心的配套技术，通过实施，增加了新的泄油面积，提高了储层动用程度。     

转向压裂工艺在长庆油田的适应性分析

长庆油田超低渗透油藏所占比例较高,常规压裂增产幅度有限,为探索提高单井产量的新途径,进行了裂缝转向研究及试验。通过综合分析及现场试验,分析了水力压裂裂缝转向的应力变化条件和诱导储层地应力发生变化的因素,认为诱导储层地应力发生变化的主要因素为采油井生产、注水井注水及水力造缝等。结合长庆油田老井重复压裂、新井储层压裂改造的实际需要,分析了转向压裂工艺对长庆油田老井、新井储层改造的适应性。结果表明:老井由于多年的注水井注水、采油井采油使得地应力发生了较大的变化,在一定条件下能够满足裂缝转向对储层地应力变化的要求;对于新井,储层地应力变化较小,裂缝转向难度大。     

低渗透油藏水力压裂井应力场转向定量评价

基于多孔介质流-固耦合理论和有效应力定律,建立了孔隙压力与地应力相互作用的低渗透油藏水力压裂井应力场转向评价模型,采用有限元数值模拟技术并开发相应程序对耦合模型进行求解,定量分析了低渗透油藏开发过程中水力裂缝附近区域地应力场的变化特征。计算结果表明:水力裂缝导致近裂缝区域地应力场分布特征大幅度改变,沿裂缝与垂直裂缝方向应力场大小变化各向异性,应力场转向范围随初始水力裂缝长度增加而动态变化。     

重复压裂缝重新定向研究

针对重复压裂缝重新定向问题,分析了初次压裂后地应力场的变化机理,根据裂缝启裂的弹性理论得到了重复压裂裂缝重定向的力学条件,讨论了重复压裂所产生的裂缝的延伸轨迹。已有若干现场观测实例证实了重复压裂缝重新定向理论。     

重复压裂技术的发展及展望

早在20世纪50年代,国外已开始进行重复压裂。重复压裂技术经过50多年的发展,在重复压裂 前储层重评估、选井选层新技术、压裂液、压裂井动态预测、重复压裂裂缝转向机理、重复压裂优化设 计与工艺技术研究、裂缝诊断与效果评价等方面均取得了飞速的发展,不但成为油气藏的增产增注手段, 也成为经济有效开发特低渗透储量的关键。特别是最近二十年来,随着压裂技术的不断发展重复压裂技 术在选井选层、裂缝转向、定向射孔、转向条件下的油藏模拟技术方面有了进一步的完善和发展,重复 压裂的单项技术也有了很大进展。国内重复压裂虽然起步较晚,但发展迅速,尤其在地应力预测、选井 选层、裂缝转向实施等方面已接近或达到国际先进水平。介绍了国内外不同时期的重复压裂技术水平, 展望了在裂缝检测、转向条件下的油藏模拟技术等方面的发展方向,对更好地发挥重复压裂技术在油气 田开发中的作用具有重要意义。     

大庆外围油田裂缝转向重复压裂技术

外围三低油田经过多年开发,单井及油田产量逐年递减,初次压裂失效后单井及油田产能的恢复必须通过重复压裂才能得以保证.随着同井同层重复压裂次数增多,常规复压技术增油效果和有效期大幅度下降,油井储量动用程度差.这是由于常规同井同层重复压裂只能张开老裂缝,可以部分恢复老缝导流能力,但受老缝壁面的压实作用和井网条件限制,即使规模增大,增产效果也不理想.为此,针对外围油田压裂形成垂直裂缝的特点,研究应用了裂缝转向重复压裂新工艺,形成了以重复压裂裂缝转向机理、储层地应力场变化规律、转向裂缝参数设计优化、转向裂缝监测识别及裂缝转向重复压裂施工工艺为核心的配套工艺技术.通过实施可实现压开一条与原缝方向不同的水力裂缝,增加了新的泄油面积,提高了外围重复压裂井效果.     

重复压裂气井三维诱导应力场数学模型

重复压裂新裂缝的重新定向分析是具有相当难度和应用价值的核心问题,也是制约重复压裂优化设计的关键。重复压裂产生的裂缝方向取决于地应力状态,垂直裂缝井重复压裂前储层中的应力分布,尤其是水平主应力方向控制着重复压裂裂缝的起裂方位和延伸方向。系统研究了垂直裂缝井重复压裂前应力场的分布特征及影响应力大小和方向变化的主要因素,在此基础上应用弹性力学、流固耦合、孔隙弹性理论等建立了重复压裂气井诱导应力场的数学模型,实现了垂直裂缝气井重复压裂前应力场的定量分析与模拟。     

地应力对爆炸压裂影响规律的数值模拟研究

为了揭示地应力场对井内爆炸压裂作用下裂缝形成及分布的影响规律,进行了井内爆炸压裂室内模拟试验。基于弹塑性损伤理论建立了井内爆炸压裂数值计算模型,在借助试验结果验证模型准确性的基础上,研究探讨了地应力场对爆炸压裂作用下裂缝扩展规律的影响。研究结果表明:试验条件下,炮眼内炸药爆炸后并未对炮眼造成粉碎性破坏,且裂缝沿曲线扩展;爆炸压裂作用下井壁围岩中将产生长而宽的主裂缝和短而细的次裂缝;主裂缝扩展方向受地应力场控制,垂直于最小水平地应力方向;不同地应力场条件下,裂缝扩展范围及密度亦随之发生改变。 研究表明,准确掌握地应力大小及方位,有利于控制主裂缝的扩展及分布形态。      

提高大庆外围油田重复压裂井效果方法探讨

通过分析重复转向压裂机理及适应的油层特征,结合现场应用,认识到重复转向压裂效果比普通压裂要好,但实现转向需要一定的地质条件,即水平最大和最小主应力差值小于4MP。应用波速各向异性、黏滞剩磁、差应变、地应力场有限元数值模拟等方法研究了大庆外围油田15个区块的地应力特征。指出不同地应力特征的区块采取不同的重复压裂技术,可提高压裂工艺技术的适应性,提高油井重复压裂效果。该技术对开发低渗透油蔵具有一定的借鉴和指导意义。     

超低渗透油藏水平井储能压裂机理研究与现场试验

针对超低渗透油藏部分水平井生产一段时间后,出现单井产能降低的问题,开展了超低渗透油藏水平井储能压裂机理研究与现场试验。根据岩石破坏机理,进行了室内储能压裂模拟试验,利用声发射信号检测储能压裂对试件内部的破坏情况,并采用有限元法计算近井地带地应力变化情况。试验及数值模拟结果表明:在高孔隙压力作用下,天然裂缝面错动痕迹明显,憋压过程中试件内部产生了大量微破裂;压裂后焖井过程中,一段时间内地应力场受到影响。研究表明,压裂前注入适量的驱油压裂液,压裂后焖井进行渗吸扩散,可以有效补充地层能量,同时结合优化后的体积压裂重复改造技术,能够进一步增大压裂改造体积和裂缝复杂程度。该技术对能量亏空、裂缝闭合导致的低产水平井提高产量具有较好的适应性,可为同类超低渗透油藏重复压裂提供技术参考。      

重复压裂气井热—固耦合应力场拟三维模型

初次人工裂缝周围的应力场变化是影响重复压裂气井裂缝转向的关键因素。为研究人工裂缝和低温液体热—固耦合作用下应力场的变化情况,采用位移不连续法(DDM)与热源函数理论,考虑远场地应力作用、缝内压力非均匀分布及热效应,建立了重复压裂气井热—固耦合拟三维模型并得到其半解析解,可用于重复压裂气井的裂缝扩展模拟,计算结果明确了压裂液注入后裂缝周围应力场的分布及参数的影响情况。模拟计算表明,垂直裂缝面方向最小水平主应力增加值与增加范围均大于最大水平主应力,使应力转向区主要分布在裂缝壁面附近,有利于应力场发生转向,但同时该区域的破裂压力也相应增加。压裂液的注入在裂缝周围产生了很小的张性应力,对新裂缝的起裂与转向帮助不大,应力重定向的关键影响因素是缝内净压力。因此,封堵初次裂缝尖端不仅能阻止新裂缝沿原裂缝方向延伸还能提高缝内净压力,为重复压裂气井的定向射孔及缝内暂堵技术提供了理论依据。     

重复压裂造缝的应力场分析

通过对重复压裂造缝的应力场进行分析,推导出满足重复压裂产生新裂缝的条件。主要分析了一次压裂的 裂缝、储层压力等多种因素对当前地应力场的影响,可以看出诱导应力改变了原地应力场,当原应力场最小水平主 应力大于原最大水平主应力时,重复压裂裂缝可能重新定向。