塔河裂缝型油藏多段塞复合治理技术研究

针对塔河油田开发过程中,由于其储层严重的非均质性,使底水在生产压差的作用下,沿大裂缝、大孔洞快速突进生产井,导致油井很快水淹的问题,研制了一种多段塞(防漏 堵缝 清理)复合治理技术.研制筛选出防漏剂(TP-1)和堵缝剂(DKD),讨论了矿化度、温度和pH值对TP-1膨胀性能的影响,温度、矿化度对DKD固结强度的影响以及DKD的可解性.模拟试验结果表明,人造裂缝岩心采用多段塞复合治理技术封堵裂缝、启动基质岩心作用明显.该技术在塔河油田的现场试验取得了显著效果,具有广阔的应用前景.     

多段塞复合调剖工艺在火烧山裂缝油田的研究与应用

针对火烧山油田开发面临的水淹水窜问题,结合火烧山油藏的具体特征,应用油藏工程和采油工程研究方法,在室内实验的基础上,开展矿场试验,分析试验结果,不断调整并优化调剖方案。2009年在火烧山H2、H3、H42油藏采用多段塞复合调剖工艺共计24井次。实施结果表明该工艺与火烧山油藏适应性较好,能有效对大裂缝、大孔道水窜通道进行封堵,并能有效的控制油田含水上升,对油田的稳油控水起到了积极的作用。截止2009年11月底累计增油5406.9t、累计降水3451.6t。     

裂缝性油藏多段塞凝胶调剖技术研究及应用

为了研究多段塞调剖剂对裂缝性低渗透油藏调剖机理及效果,通过室内可视化裂缝模型,研究了多段塞调剖剂对单一裂缝封堵及对复合裂缝系统调剖物理过程,阐述了裂缝性低渗透油藏多段塞调剖机理,并在延长东部油田进行了多段塞深部调剖矿场试验。室内实验及矿场试验表明:对于单一裂缝,多段塞调剖封堵过程分为两个阶段:凝胶充填阶段和凝胶压实阶段,小段塞多轮次注入调剖剂比大段塞连续注入的后水驱压力梯度提高2倍以上;对于复合裂缝系统,多段塞调剖封堵过程则包含三个阶段:调剖剂选择性进入阶段、凝胶充填阶段和凝胶压实阶段,最终使裂缝系统吸水剖面得到最大改善。延长东部油田试验区经过多段塞深部调剖后,注水井都已正常注水,注水压力由0.25 MPa上升到8.5 MPa,注水量由2.0 m3/d上升到8.0 m3/d,油井日增油量为2.52 t,油井平均含水率由90%以上降至71.7%,多段塞深部调剖技术获得了较好的矿场试验效果,可作为裂缝性低渗透油藏增油降水措施的优选技术之一。     

川中异常高应力裂缝性气藏加砂压裂现场试验研究

四川川中须家河须四气藏施工井深2400～2800m，地层温度70℃～85℃，具有基质低孔、低渗、地应力高、天然裂缝发育等特点。以往压裂规模小、易砂堵、单井难以获得工业性气流。针对该气藏特征及以往压裂技术存在的问题开展现场试验研究，现场4次试验。施工有效率100％。最大加砂量达到78m^3，最大砂浓度达到940kg／m^3。该项试验提高了气藏压裂技术水平，增产效果显著，如西64井压前产量为0．31×10^4m^3／d，压后产量达到2．5×10^4m^3／d。     

体积压裂多分支裂缝支撑剂运移规律

为进一步明确体积压裂多分支裂缝内支撑剂的运移铺置规律,开展了不同裂缝形态、砂比、分支缝开启时机和不同粒径支撑剂注入顺序条件下的支撑剂运移模拟实验。研究表明,不同位置分支缝的逐级分流使分支后主缝砂堤高度增加,铺置长度减小。分支缝的流量是影响其充填的主要因素,分流作用使得远井分支缝流量小、充填情况较差。倾斜裂缝壁面对支撑剂施加减缓其沉降的摩擦力,提高支撑剂在裂缝纵向的分布。砂比增加可改善近井主缝和远井分支缝的充填并使主缝砂堤长度增加,由于缝高的限制,砂比提高到一定值后裂缝充填情况改善幅度减小。分支缝常开（持续扩展）时分支缝最终的支撑效果最好,但主缝铺置长度短,先关后开（后期扩展）的支撑效果优于先开后关（前期扩展）。不同粒径支撑剂顺序注入可增加主缝和分支缝的铺置长度,先小后大注入可改善近井裂缝充填,先大后小注入时近井裂缝充填情况不如先小后大注入时。     

井筒协调条件下多裂缝的相继开启模型

长期以来,人们认识到水力压裂过程中存在多裂缝现象,然而对于多条裂缝形成的机理认识不清。通过建立考虑裂缝延伸、井筒内流体压缩性的井口压力升高模型,模拟计算了井口压力升高的过程;同时考虑多条裂缝之间开启压力的差别,建立了多条裂缝相继开启的条件。分析表明,井口压力升高的机理是：由于井底流体不能很快扩散出去,因而在井筒内造成憋压;与此同时,流体在裂缝内流动的延伸阻力与射孔摩擦阻力一起与井底压力平衡。多个裂缝开启的条件是,井底压力的升高程度达到了次级裂缝的开启压力,其内在机理是井口液体的注入能力大于已经开启裂缝接纳液体的能力,多裂缝起裂指数Cm大于1。     

支撑剂段塞用量计算模型与影响因素分析

支撑剂段塞技术是裂缝性储层降低压裂液滤失的重要工艺措施,目前段塞用量都凭借工程设计人员的经验确定,无有效的定量计算理论,难免对压裂施工效果造成一定影响。依据支撑剂颗粒在幂律性压裂液中的沉降规律,在缝高方向上将裂缝分为n个单元,由颗粒的垂向沉降时间来确定水平运移距离,从而计算封堵每个单元的段塞用量,建立了设计压裂裂缝长度上支撑剂段塞的定量计算模型,并计算分析了其影响因素,对支撑剂段塞技术更好的现场应用具有一定的促进作用。     

天然裂缝对水力压裂的影响研究

在对石炭系天然裂缝发育地层进行水力压裂施工时，常会遇到异常高压及脱砂现象，有时导致施工的失败，而多裂缝是产生这些现象的根本原因。从裂缝的微观延伸出发，理论上剖析了井壁附近天然微裂缝在裂缝连接、裂缝延伸方面的作用：在水力裂缝延伸沿程的天然裂缝会改变水力裂缝的传播方向，从而导致裂缝的连接性能变差，产生多条水力裂缝；在射孔边缘的天然裂缝，虽然在方位上对裂缝连接极为不利，但仍可能成为水力压裂裂缝的最初通道，直接改变裂缝的延伸方向，使得裂缝自然连接的过程变缓或失败。针对上述情况，作为应对措施，一是加入细陶或微陶，封堵部分狭窄裂缝，兼降滤作用；二是，前置液中加入柴油，降低滤失：三是缩小射孔段的长度，减少裂缝的起裂点。     

住宅墙体温度裂缝分析及防治措施

当前我国的住宅建筑大多为砖混结构，这种结构形式一般在建成1～2年后容易因温度影响使墙体产生裂缝。分析了温度裂缝产生的原因、特点，并提出了预防温度裂缝的措施。     

WB气藏多裂缝形成机理与防治技术研究

位于准噶尔盆地西北缘的WB气藏的主力产层由于储层岩性复杂、天然微裂缝发育、地层倾角较大、固井质量差等因素,在压裂过程中易形成多裂缝,大大增加了压裂施工的风险。以WB地质特征为基础,系统的研究了微裂缝、地层倾角和固井质量等因素对多裂缝形成机理的影响,分析了支撑剂段塞技术对多裂缝防治的作用,提出通过优选压裂材料、优化压裂施工参数来防治多裂缝的产生。     

Experimental and Numerical Investigation of Proppant Placement in Hydraulic Fractures

Abstract

In hydraulic fracturing treatments, a fracture is initiated by rupturing the formation at high pressure by means of a fracturing fluid. Slurry, composed of propping material carried by the fracturing fluid, is pumped into the induced fracture channel to prevent fracture closure when fluid pressure is released. Productivity improvement is mainly determined by the propped dimension of the fracture, which is controlled by proppant transport and proper proppant placement. Settling and convection (density driven flow) are the controlling mechanisms of proppant placement. In this study, proppant transport and placement efficiency of four non-Newtonian fluids with controlled density differences was experimentally investigated and numerically simulated. Small glass model was used to simulate hydraulic fracture and parameters such as slurry volumetric injection rate, proppant concentration, and polymer type (rheological properties) were investigated.

It has been observed that small glass models easily and inexpensively simulated flow patterns in hydraulic fractures and the flow patterns observed are strikingly similar to those obtained by very large flow models used by previous investigators. Convection was observed to be significant flow mechanism even with small density contrast. As viscous to gravity ratio increases, due to increasing slurry injection rate or decreasing proppant concentration, convection settling decreases and proppant placement efficiency increases. Increasing non-Newtonian flow behavior index (n) by using different types of polymers shows more gravity underrunning and less proppant placement efficiency. Therefore, larger slurry volumes are needed to be injected to prop the entire fracture height. Experiments conducted were simulated and some of the simulated experiments were presented. The simulator quantitatively replicates the experimentally observed.     

基于CFD-DEM方法的迂曲裂缝中支撑剂运移关键影响因素分析

裂缝中支撑剂的运移和铺置是维持裂缝开放和增强裂缝导流能力的关键,但支撑剂在迂曲裂缝中的运移机理尚不明确。为此,基于计算流体力学原理,利用离散单元法建立支撑剂在迂曲裂缝中运移的数值模型,研究携砂液注入速度、压裂液砂比、支撑剂粒径等因素对迂曲裂缝中支撑剂运移铺置规律的影响。结果表明：裂缝迂曲度越大、支撑剂铺置距离越短,流速损失越大;在距裂缝入口20 mm处,与迂曲度为1.0的裂缝相比,迂曲度为1.2、1.5、2.0的裂缝中的流速损失率增大2.2、3.7、4.5倍;迂曲裂缝内支撑剂铺置距离随支撑剂注入速度的增大而增大,随压裂液砂比、支撑剂粒径的增大而缩短。该研究可为支撑剂在迂曲裂缝中运移的相关研究提供理论指导。     

水力压裂优化设计研究及应用

压裂优化设计的主要参数是无因次采液指数、无因次支撑剂数、无因次裂缝导流能力,弄清它们之间的关系是水力压裂优化设计的关键。经对裂缝优化设计的基本理论进行分析,结合自主研发的OptiStim系统,对水力压裂过程展开了研究分析得知,高渗地层采用压裂增产效果优于低渗地层,使用优质支撑剂、增加支撑剂量能提高压后产量。但为优选出最佳的水力压裂设计方案,需要根据油井具体情况,综合考虑各方面因素。     

多相混输技术研究现状及发展趋势

近年来,多相混输技术研究有了较大的进展。本文结合作者进行的研究工作,总结和回顾了这一领域的进展,其中包括:多相混输增压泵、多相流工艺计算、段塞流及段塞捕集器设计、水化物形成与防护、管道内壁腐蚀等。     

水力压裂支撑剂铺置形态影响因素研究

为改善支撑剂在裂缝中的铺置形态和提高压裂增产效果,采用实验模拟方法,应用可视化裂缝平板装置开展压裂液携砂实验,结合支撑剂颗粒的微观运动轨迹和砂堤的宏观形状,描述缝内砂堤的形成过程,分析黏性和非黏性压裂液携砂方式的区别,研究射孔孔眼间干扰、压裂液排量、压裂液黏度和施工砂比对缝内砂堤形态的影响规律。结果表明:支撑剂在裂缝中的运移是流化和沉积共同作用的结果,以流化拖拽和输送为主;黏性压裂液中流化层和砂堤之间可形成不流动的液体薄层,对颗粒具有托举作用,减小流体和颗粒间的摩擦和碰撞;砂堤的形成过程共经历砂堤形成、生长、平衡状态和活塞状推进4个阶段,在射孔孔眼干扰和液体冲蚀的共同影响下,形成的砂堤形态可由堆积角、平衡高度和前进角表征,裂缝内存在近井筒和缝高方向的无砂区;砂堤的平衡高度主要取决于支撑剂颗粒的运动速度,与施工排量和压裂液黏度成反比,与砂比成正比。该研究可为压裂施工参数优化提供参考。     

超临界CO2压裂技术现状与展望

以水基压裂液开发非常规油气过程中所面临的问题为背景,总结了超临界CO₂压裂技术的独特优势、技术特点、工艺流程及其作业机制。全面分析了超临界CO₂压裂技术的起源、超临界CO₂压裂岩石起裂机制、缝内携砂规律、井筒流动与控制、压裂设备及现场试验等研究发展现状,得到了当前阻碍该技术工业化应用的关键问题,并给出了相应对策。针对超临界CO₂压裂岩石起裂机制的研究多为现象性描述,未来应重视理论分析与模拟实验相结合,给出定量评价方法;超临界CO₂缝内携砂能力的研究除了加强增黏剂方向的攻关力度外,研发纳米纤维实现物理增黏、开发新型低密度支撑剂、提高施工设备技术参数等也是有益的工作。未来超临界CO₂压裂技术将逐渐由直井单层压裂向水平井多级压裂发展并与连续油管拖动压裂相结合,逐渐满足页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气的规模化开发需求。     

超临界CO2压裂技术现状与展望

以水基压裂液开发非常规油气过程中所面临的问题为背景，总结了超临界CO₂压裂技术的独特优势、技术特点、工艺流程及其作业机制。全面分析了超临界CO₂压裂技术的起源、超临界CO₂压裂岩石起裂机制、缝内携砂规律、井筒流动与控制、压裂设备及现场试验等研究发展现状，得到了当前阻碍该技术工业化应用的关键问题，并给出了相应对策。针对超临界CO₂压裂岩石起裂机制的研究多为现象性描述，未来应重视理论分析与模拟实验相结合，给出定量评价方法；超临界CO₂缝内携砂能力的研究除了加强增黏剂方向的攻关力度外，研发纳米纤维实现物理增黏、开发新型低密度支撑剂、提高施工设备技术参数等也是有益的工作。未来超临界CO₂压裂技术将逐渐由直井单层压裂向水平井多级压裂发展并与连续油管拖动压裂相结合，逐渐满足页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气的规模化开发需求。     

水力压裂低密度支撑剂铺置规律研究及应用

水力压裂过程中支撑剂在裂缝中铺置情况对增产效果的影响很大。研究低密度支撑剂在清水、0.08% HPG基液、0.3% HPG基液3种不同黏度的流体介质在不同排量（分别为1、2、4、6 m3/h）、不同砂比（5%、10%、15%、20%）条件下的砂堤铺置形态。通过线性拟合计算发现,随着排量增大,支撑剂的水平运移速度增大,垂直运移速度减小,支撑剂在沉降过程中出现“波动”状态;当缝口流速较小时（不大于0.5 m/s）,支撑剂水平运移速度增长量较快;缝口流速较大时（大于0.5 m/s）,支撑剂水平运移速度增长量减缓。目前已完成3口井低密度支撑剂现场应用试验,平均无阻流量为28.015×104 m3/d,是常规井的1.91倍,对现场施工具有良好的指导作用。      

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文章在总结大位移水平井的完井液体系研究过程中,针对大位移水平井的技术特点及渤海QK17—2油田的储层物性和特征,着重解决大位移水平井水平井段长、完井作业时间长、储层埋藏浅、高孔高渗、胶结疏松、成岩性差以及完井过程中还可能发生井漏等问题。此外,充分考虑完井作业等几方面因素的影响：大位移井的水平段完井液需要具备悬浮携带运移的特性;大位移水平井需要砾石充填先期防砂;套管射孔作业过程对储层的伤害;打开储层后各种工作液对储层的综合影响。通过室内研究和现场应用,成功地解决了四项关键核心技术：射孔后的屏蔽暂堵油层保护技术;水平井射孔液的悬浮携砂技术;携砂液的胶液悬浮、携砂及破胶技术;水平井工作液综合影响评价思路和技术。为渤海首次成功应用大位移钻井技术、完善和充实了完井技术,为在渤海地区进一步推广和应用大位移井完井技术奠定了坚实的基础。     

孔洞型碳酸盐岩储层压裂裂缝转向扩展特征研究

针对孔洞型碳酸盐岩储层改造产生的水力裂缝扩展规律复杂、不一定沿预设路径扩展的问题,基于碳酸盐岩储层孔洞体特征,制备了含孔洞体的碳酸盐岩试样;利用真三轴水力压裂试验结果,分析了不同水平主应力差异下孔洞体对水力裂缝扩展的干扰作用;并利用扩展有限元数值方法,分析了影响孔洞型碳酸盐岩储层水力裂缝扩展及扩展路径的因素。研究结果表明,水平主应力差异系数不大于0.15时,水力裂缝遇到孔洞体后产生非平面扩展,且水平主应力差越小,转向扩展距离越大,裂缝形态越复杂;水平主应力差异系数大于0.15、小于0.36时,水力裂缝会克服孔洞体的应力集中进行平面扩展,但遇到孔洞体后会被孔洞体捕捉,无法穿过孔洞体继续扩展;水平主应力差异系数不小于0.36时,水力裂缝会克服孔洞体的应力集中进行平面扩展,且遇到孔洞体后会直接穿过孔洞体继续扩展;随着水平主应力差增大,破裂压力逐渐降低。研究结果可为孔洞型碳酸盐岩储层压裂设计提供指导。