致密油水平井压裂数值模拟及裂缝参数优化

水平井压裂是致密油藏开发的必要技术手段。为了给出致密油水平井压裂的合理裂缝参数,以大庆油田致密油储层为例,使用油藏数值模拟软件Radial-X建立模型,模拟了致密油水平井压裂生产过程。结果表明,致密油仅在井、缝附近发生渗流,水平井开发的控制范围由水平段长度和压裂改造的缝长、缝密决定。通过水力压裂的裂缝参数敏感性分析得出:裂缝导流能力增加到一定程度即可达到增加水平井产能的目的;增加裂缝数量能提高水平井产能,但是水平井多条裂缝会互相干扰,大庆油田致密油高台子储层2 km井长模型5 a的最优裂缝条数约为20条,扶杨储层5 a的最优裂缝条数约为15条;增加裂缝长度对压后生产有利,但随着裂缝长度增加,产量增加幅度会减小。     

低渗气藏压裂水平气井产能影响因素分析

结合低渗气藏水平井压裂后裂缝形态特征,应用节点分析理论和压降叠加原理,建立了气藏压裂水平井产能预测模型。运用产能模型分析了裂缝形态因素、裂缝间距、裂缝条数、导流能力以及储层渗透率等因素对产能的影响。结果表明:气藏压裂水平井产量随裂缝条数、裂缝长度、裂缝间距和裂缝导流能力的增加而增加,但这些参数达到一定值后,产量增加幅度减小;裂缝的非均匀分布会增加压裂水平气井整体的干扰作用,应尽量保持裂缝间距相等;由于"屏蔽"效应作用,应适当减小中间裂缝的长度,增加两侧裂缝的长度。     

苏里格气田西区储层岩石力学性质及其应用研究

对苏里格气田西区砂岩、泥岩岩石力学性质的实验研究,获得了储层砂岩、泥岩的抗张强度、静动态弹性模量、静动态泊松比、岩石地应力等力学参数。通过岩石力学参数、地应力、施工排量、缝长等因素对压裂缝高的影响研究表明:随储层与隔层地应力差和岩石断裂韧性增加,压裂缝高呈曲线和直线下降;随着岩石弹性模量和泊松比增加,压裂缝高呈曲线和直线增加;随着施工排量和半缝长增加,压裂缝高呈直线增加。现场应用研究中,根据苏里格气田西区岩石力学和地应力特征及其对压裂缝高的影响,优化了施工排量、加砂规模和半缝长,有效控制了缝高延伸,压裂避开了水层,获得了苏里格气田避水压裂开发的良好效果。     

低渗/致密油藏分段压裂水平井渗流特征的物理模拟及数值模拟

为了研究低渗/致密油藏分段压裂水平井的开采机理和渗流规律,通过建造高压仓、密封和改进多通道电阻率测量方法,研发了大型露头岩样高压物理模拟实验系统。通过分段压裂水平井物理模型的岩样筛选、模型的制作和封装、模型抽真空饱和以及有效驱动的物理模拟评价等方法的研究,建立了分段压裂水平井物理模拟实验方法。进一步结合低渗/致密油藏非线性渗流油藏数值模拟软件研究了低渗/致密油藏分段压裂水平井渗流规律。研究结果表明：在相同驱替压差下,分段压裂水平井的压力梯度值要比普通水平井的压力梯度值高,且随着压裂裂缝半缝长的增加,压力梯度值也增加;当水平井水平段长度一定时,储层渗透率越低,分段压裂水平井的最佳分段数越多;当储层渗透率一定时,水平井水平段长度越长,水平井压裂的最佳段数也越多,最佳裂缝半缝长反而呈现减小的趋势;对于低渗/致密油藏分段压裂水平井开采来说,对产量最为敏感的是压裂段数,其次是裂缝半缝长,而裂缝导流能力最为不敏感。     

考虑启动压力梯度的弹性采收率计算方法及影响因素

低渗透油藏流体渗流存在启动压力梯度,应用非达西渗流理论,对不同渗流形态下考虑启动压力梯度的弹性采收率计算方法进行了分析,给出了考虑启动压力梯度的直井、直井压裂、水平井和水平井压裂4种开发方式的弹性采收率计算公式,并通过实例分析不同参数对弹性采收率的影响。研究结果表明:随着启动压力梯度的增加,4种开发方式的弹性采收率均呈线性下降,其中直井降幅最大,水平井次之,水平井压裂降幅最小;4种开发方式的弹性采收率和单位压差弹性采收率均随压差的增加而增加,前者呈线性增加,后者增幅逐渐变缓;直井压裂开发的弹性采收率随压裂裂缝半缝长的增加而增加,但增幅逐渐变缓;对于水平井压裂开发,压裂裂缝半缝长较裂缝间距对弹性采收率的影响更大,且存在最优的压裂裂缝半缝长;对于启动压力梯度较大且弹性开发的低渗透油藏,宜采用压裂的方式来提高弹性采收率。     

压裂水平井半解析产能预测方法在低渗透油藏中的应用

将压裂水平井半解析产能预测方法应用于实际油田压裂水平井的产能模拟,与现场的生产数据相对比,计算结果的准确性较高。该方法避免了解析方法和有限差分数值模拟方法的不足,且简单易行,完全可以满足现场应 用的要求。利用压裂水平井半解析产能模型,结合我国实际的低渗透油田,对影响压裂水平井产能的几个重要因素进行了分析,并得出了一些有益的结论。结果表明,裂缝井的产量随着裂缝条数、裂缝长度、裂缝高度的增加而增加;当裂缝与水平井夹角成90°时,裂缝井产量随裂缝长度的增加而线性增加,随着夹角的减小,这种增加的趋势变缓;为了获得较高的产量,裂缝与水平井最优夹角应为75°-90°,裂缝高度应至少达到油层厚度的70％;在裂缝总长度一定的情况下,为了避免缝间干扰造成产量损失,压裂时应尽可能使两侧缝长大于中间缝长。     

基于遗传算法优化超低渗透油藏水平井压裂裂缝参数

超低渗透油藏水平井压裂裂缝优化需要考虑注采井网、储层物性等因素,综合优化压裂段数、裂缝长度、布缝方式及裂缝导流能力等,只有这些参数达到最优组合,水平井开发才能获得更优的开发效益。结合长庆油田ＸＸ超低渗透区块的储层参数,在既定的七点井网和储层特征条件下,将遗传优化算法与ＰＥＢＩ数值模拟运算相结合,考虑压裂水平井的人工裂缝条数、裂缝长度、裂缝宽度及裂缝导流能力对压裂水平井开发效果的影响,优化得出该超低渗区７００ｍ水平段的水平井人工压裂参数的最佳组合为：裂缝条数１２～１４条、裂缝最大半长１７５ｍ,裂 缝导流能力（３５０～４００）×１０－３μｍ２·ｍ,裂缝宽度０．８～１．３ｃｍ。     

基于最优裂缝导流能力的水平井压裂后生产指数预测新方法

生产指数是水平井压裂后生产能力评价的重要指标，目前非常规油气水平井压裂后产能预测方法较复杂，参数较多，需进一步优化设计。基于统一压裂设计理论的支撑剂指数法，借用支撑裂缝流动效率优化无因次裂缝导流能力及无因次生产指数，采用多元线性回归方法建立了水平井长度、裂缝半长、裂缝条数、井控边界、储层厚度5种因素影响下的最优无因次裂缝导流能力及无因次生产指数计算模型。结果表明：利用新建模型回归的最优无因次裂缝导流能力多元线性方程决定系数R2为0.933，回归的无因次生产指数多元线性方程决定系数R2为0.980，平均相对误差均小于5%，与传统预测方法相比，精度有了明显的提高。敏感性分析结果表明，生产指数与水平井长度、裂缝条数、裂缝半长和储层厚度呈正相关，与矩形渗流区域长度呈负相关，其中与裂缝条数的关联性最强。研究成果对快速实现非常规油气水平井压裂后产能准确预测、经济评价和施工参数优化都具有重要意义。     

基于均衡驱替的低渗透油藏直井压裂缝长优化方法

目前,大多数油田采用相对规则的面积井网进行开发,受储层非均质的影响,各油田开发效果差异大。为此,提出对位于渗透率低值区的采油井进行人工压裂的方法,以达到井网均衡驱替的目的。以矩形五点井网为研究对象,推导出矩形五点井网内压裂井与未压裂井的见水时间计算公式;并以各采油井同时见水为目标,结合流线积分法和等效井径法,建立非均质油藏内位于渗透率低值区的压裂井的最优裂缝半长计算方法。通过分析储层渗透率级差、注采井距、注采压差差值及裂缝导流能力对压裂井最优裂缝半长的影响可知:最优裂缝半长随注采压差差值和裂缝导流能力的增大而减小;当储层渗透率级差和注采井距较大时,压裂井所需的最优裂缝半长也较大。     

压裂水平井裂缝分布对产能影响的电模拟实验

水平井压裂是开发页岩储层、致密砂岩储层等难动用储层的有效方法,但其渗流机理非常复杂,而水电模拟实验则是研究压裂水平井储层流体渗流规律直观有效的方法。根据水电相似原理,利用电模拟实验装置,分单因素和多因素分别考察了裂缝位置、分布、条数、长度等影响压裂水平井产能的因素,绘制了各种裂缝分布情况下的储层压力场分布图,并综合采用正交试验设计和灰色关联分析方法分析压裂参数对压裂后水平井产能影响的重要程度。结果表明：①压裂水平井控制的储层有效生产区域存在差异,垂直缝控制储层有效生产区最大,水平缝次之,然后是30°、60°、75°斜交缝;②压裂裂缝有效缓解了近井筒区域的应力集中现象;③水平井筒长度与裂缝长度存在产量变化临界点,该临界点随井筒长度变化而变化。压裂裂缝参数对水平井产能影响程度依次为：裂缝长度、裂缝条数、裂缝间距、裂缝与水平井井筒之间的夹角。     

金华—秋林致密气藏直井层内分簇压裂裂缝扩展规律及应用

造长缝是金华—秋林地区沙二段致密气藏直井压裂改造的主要目标,如何进一步提高裂缝长度对该储层的勘探开发有重要意义。针对该问题,文章基于工区储层地质特征,建立了直井压裂裂缝扩展数值模型,分析了射孔簇数、射孔位置等因素对裂缝形态的影响。研究结果表明,储层全部打开时,裂缝高度最大,长度最小,分2～4簇射孔时,裂缝高度相对较低,长度相对较长。射孔长度越长,射孔位置离储层中部越远,裂缝长度越低。相比储层全部射开,层内分簇压裂工艺有利于控制裂缝高度,提高裂缝长度。实践证明,该工艺取得了较好的压裂改造效果,对同类型的致密砂岩压裂改造具有重要借鉴意义。     

超低渗透油藏老井宽带体积压裂缝网参数优化

超低渗透油藏具有储层致密、天然裂缝发育等特征,难以建立有效的注采驱替系统,为提高单井产量,通常采用常规重复压裂,但常规重复压裂仅能增加裂缝长度,提高裂缝导流能力,而不能有效增加裂缝带宽,扩大裂缝侧向波及范围。提出了宽带体积压裂技术理念,即通过在原人工裂缝侧向开启次生裂缝或沟通天然裂缝,增加裂缝带宽,对宽带体积压裂裂缝的合理带宽进行了优化,建立了合理裂缝带宽计算方法,在此基础上采用正交试验方法对主、次裂缝的导流能力,裂缝半长等其他缝网参数进行了优化设计。结果表明:以超低渗透油藏某一井组为例,重复压裂合理裂缝带宽范围为13~46 m,其中G127-160井缝网参数最优方案为主裂缝导流能力0.15 μm2 · cm,裂缝半长140 m,裂缝带宽50 m,次裂缝导流能力0.04 μm2 · cm,在此方案下模拟的重复压裂可控制含水上升速度,显著提高措施累计产油量。该研究为挖潜超低渗透油藏老井裂缝侧向剩余油提供了技术思路。     

低渗油藏穿层压裂水平井非线性渗流产能模型

由于低渗油藏特殊的储层特征,当流体在储层中流动时,流体和多孔介质间的相互作用力使其在渗流过程中表现出明显的非线性渗流特征。为了进一步研究低渗油藏的非线性渗流特征,基于椭圆渗流理论和叠加原理,建立了穿层压裂水平井非线性渗流产能模型;以冀东某低渗油藏区块为例,分析地质参数和工艺参数等主要因素对压裂水平井产能的影响。研究结果表明：1)油井产能随启动压力梯度的增加而降低,启动压力梯度为0.00～0.05 MPa/m时对产量影响较大;2)基质应力敏感系数为0.0～0.2时产量变化较大,裂缝应力敏感系数为0.0～0.1时产量下降较大,裂缝应力敏感系数对产能的影响强于基质应力敏感系数;3)在裂缝有限导流能力的影响下,随裂缝半长的增大,油井产量由快速上升到趋于平缓,且存在着最优裂缝半长,最优裂缝半长为100～150 m。该研究成果对提高穿层压裂水平井产能具有指导意义。     

考虑启动压力梯度的特低渗透油藏压裂水平井产能预测模型

针对特低渗透油藏存在启动压力梯度的问题,在考虑压裂水平井裂缝半长、导流能力、间距等因素的基础上,建立了裂缝变质量入流与油藏非达西渗流的耦合模型,分析了不同启动压力梯度下裂缝参数对产能的影响.结果表明:启动压力梯度较大的油藏,应选择压裂更多条裂缝;水平井长度和裂缝条数一定时,可适当增加内部裂缝间距;裂缝总半长一定时,为减小缝间干扰,压裂时应尽可能增加外部裂缝半长.研究结果为特低渗透油藏压裂水平井设计提供了重要方法依据.     

疏松砂岩压裂充填裂缝扩展与参数优化研究

压裂充填技术已经成为渤海油田疏松砂岩油气藏开发中一种非常重要的完井方法，但目前对该区域的疏松砂岩裂缝延伸规律尚未明晰，无法有效指导压裂充填作业。为此利用室内试验和数值模拟相结合的方法，研究了疏松砂岩裂缝的延伸机理，通过灰色关联度的方法探索了排量、地层渗透率及压裂液性质等参数对压裂效果的影响敏感性。试验和模拟结果发现，交联压裂液比线性胶压裂液更容易形成单一、平整的拉伸型裂缝，裂缝长度随压裂液排量的增加而增加，随储层渗透率和滤失系数的增加而降低；而裂缝宽度随储层渗透率增加而增加，随滤失系数和排量增加而降低。基于上述成果形成了压裂充填关键参数优化设计方法，并在渤海油田进行了170余井次现场应用，取得了较好的增产效果。研究成果可为疏松砂岩压裂充填技术的进一步推广应用提供技术指导和理论支撑。     

低渗透油藏不同类型油井产能对比

利用势的叠加原理分别建立了直井、水平井、分支水平井、压裂直井、压裂水平井的产能预测模型,针对低渗透油藏不同油层厚度、油层渗透率、水平井长度、分支长度(裂缝半长)和分支数目(裂缝条数)对上述5种井型产能变化规律进行了研究,分析了不同类型油井在低渗透油藏中适应性。研究结果表明:低渗透油藏中,所有井型产量随油层厚度和渗透率的增加而增加。但压裂水平井产量增幅逐渐减缓,其他4种井型的产量近似线性增加。水平井长度是决定水平井产量的重要因素,增加分支长度和裂缝条数分别是低渗透油藏提高分支水平井、压裂水平井产量的重要途径。     

页岩储层复杂裂缝扩展研究

页岩储层孔隙度和渗透率低,岩石脆性大,天然裂缝发育。大规模水力压裂过程中,页岩储层易发生张性破坏和剪切破坏相结合的复合破坏,形成复杂网状裂缝,而网状裂缝的展布形态关系到页岩压裂方案的设计和压后产能的评估。针对页岩储层网状裂缝扩展问题,基于流-固耦合方程和损伤力学原理,建立了二维网状裂缝扩展有限元模型。综合研究认为:水平主应力差增大,压裂裂缝分布长度增加,分布宽度降低,长宽比增大;压裂施工排量降低,压裂裂缝复杂程度降低,压裂裂缝分支数减少,分布长度增加,分布宽度降低,长宽比增大;水平井"多段分簇"压裂可能出现多裂缝干扰问题,部分压裂裂缝在延伸过程中止裂或者沟通两端射孔簇的压裂裂缝;水平井"多段分簇"压裂过程中,各个射孔簇形成的压裂裂缝分支长度差别较大,部分裂缝分支长度明显大于其他裂缝分支。     

考虑非达西效应的低渗气藏水平裂缝井产能特征研究

针对低渗气藏经压裂后形成水平裂缝,考虑地层条件下的气体PVT参数变化,基于稳定流理论,推导出气井压裂后产生水平裂缝条件下,推导建立了考虑启动压力梯度、滑脱效应、应力敏感共同影响下低渗气藏有限导流水平裂缝井产能预测模型,通过实例分析各因素对产能产能特征的影响。研究结果表明:启动压力梯度和应力敏感使气井产能下降,且启动压力梯度和应力敏感系数越大,气井产能下降幅度越大,而滑脱效应使气井产能增大,且滑脱因子越大,气井产能增加幅度越大;在高流压阶段,启动压力梯度对气井产能影响显著,而在低流压阶段,对气井产能影响更大;气井产能随裂缝半长的增加而增加,而增加幅度随裂缝半长的增加而减小,且在一定裂缝长度下,裂缝导流能力存在一个最佳值。     

工程参数对致密油藏压裂水平井产能的影响

中国陆相致密油藏储层物性差,非均质性强,大规模体积压裂往往形成复杂的缝网结构,次级裂缝对产能的影响有着不可忽略的影响。为此,利用数值模拟方法,通过局部加密网格的方法,设计包含主裂缝和次级裂缝的椭球形缝网,对新疆X油田致密油藏在经过大规模体积压裂后的单井生产动态进行模拟,分析压裂水平井的产能影响因素。结果表明,水平井单井产能随水平井段长度、压裂规模、储层改造体积、缝网复杂程度和裂缝导流能力的增加而增大,但增幅越来越小,均存在一个最优范围。利用正交试验法,将工程参数对产能的影响程度进行排序,发现对致密油藏压裂水平井产能影响程度由大到小依次为储层改造体积、压裂规模、缝网复杂程度、水平井段长度和裂缝导流能力。     

延长油田超低渗透油藏水平井分段压裂开采参数优化研究及应用

文章基于超低渗透水平井分段压裂大型物理平板模型,进行不同压裂规模、压力驱替下的实验研究。 研究结果表明,随着驱替压差的增加,压力梯度升高,相同驱替压差下,裂缝越长,压力梯度越高,增加压裂规模可提高储层动用,在此基础上,针对直井与水平井联合开采井网,对井网形式、水平井长度、裂缝分布形态及导流能力等参数进行了优化,定量表征了对开发效果的影响程度,得到延长油田 Ｗ区块长 ９储层 ８００ｍ水平段采用 ６～７条裂缝,半长为 ０．６倍井距,导流能力为 ３０Ｄ·ｃｍ时为最优裂缝布置,最佳井网为水平井采油 ＋直井注水 ＋裂缝交错排列,采用间断型纺锤形布缝时补充能量效果最好,矿场应用后增油效果显著,该研究对延长油田超低渗透储层水平井分段压裂开采参数优选具有重要的理论和矿场意义。