基于相场法的水力裂缝扩展模拟技术现状及展望

水力压裂技术已经成为开发非常规油气不可或缺的重要技术,水力裂缝扩展数值模拟方法是认识水力裂缝扩展机理与扩展规律、优化水力压裂工艺参数的重要手段,其中相场法逐渐成为一种广泛研究和应用的水力压裂连续裂缝扩展模拟方法。为了进一步推进相场法水力裂缝技术不断发展与进步,在回顾相场法基础理论发展的基础上,总结和展望了基于相场法的水力裂缝扩展算法研究和应用现状,并对发展趋势进行了展望。研究结果表明：(1)相场法作为一种连续裂缝模拟方法,建立的位移场始终保持连续,不需要引入额外的准则,通过相场参数的演化自动追踪裂缝扩展路径,相较于离散裂缝模拟方法更容易处理不连续相、实现二维或三维空间内复杂的断裂过程,包括裂缝起裂、扩展、转向和分叉;(2)基于变分原理的热力学连续相场模型通过总能量最小化原理求解裂缝扩展路径,具有处理水力压裂等多物理场耦合问题的天然优势;(3)相场法采用具有宽度的损伤带描述裂缝面,存在计算成本高、精确定位裂缝尖端较为困难等技术难题;(4)相场法因其方法优势,有望在精准刻画不连续相、开发不同物理过程适配的数值模型基础上,进一步揭示多场耦合作用下的复杂水力裂缝扩展机理。结论认为,对相场法的研...     

裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

裂缝性致密碳酸盐岩储层酸压多场耦合数值模拟与应用

深层高温致密裂缝性碳酸盐岩储层中，酸液在天然裂缝中的动态滤失减弱了酸液对水力裂缝的刻蚀，影响了酸压改造效果。为了提高此类储层酸压设计的准确性及有效性，建立了耦合裂缝扩展与天然裂缝动态滤失的"流场-温度场-化学场"三场耦合前置液酸压模型。以磨溪气田龙王庙组X井为例，采用所建立的酸压模型，基于酸压施工压力数据拟合获取了储层天然裂缝特征参数，分析了天然裂缝动态滤失特征及其对酸压裂缝参数的影响；基于无因次产能指数综合评价了不同施工参数下的酸压改造效果。研究结果表明：①酸液在天然裂缝的动态滤失对缝内流动、温度均存在较大影响，天然裂缝滤失的精确计算是准确模拟预测酸压效果的关键；②裂缝性储层中的酸液滤失量并不随注酸时间的增加而降低，而是随着沟通天然裂缝数量的增加呈现出锯齿状的动态平衡；③在裂缝性致密碳酸盐岩储层中，最优注酸排量随注酸量的增加而提高，天然裂缝滤失是施工参数优化最重要的影响因素；④综合考虑施工条件及经济因素，X井的最优注酸参数中注酸量为500~600 m³、注酸排量为6 m³/min，优化后计算得到的无因次产能指数为拟合所得的2.5倍。     

基于相场法的井壁微裂缝扩展规律及坍塌机理研究

文章建立了基于相场法的微裂缝扩展模型,通过数值模拟发现了井壁微裂缝的起裂、扩展和转向等现象,分析了钻井液液柱压力和天然裂缝对井壁微裂缝扩展的影响规律,预测了防止微裂缝扩展的坍塌压力。结果表明：当钻井液液柱压力较小时,井壁经历了微裂缝的萌生、扩展、分支缝产生和交叉贯通等阶段;随着钻井液液柱压力趋近坍塌压力,井壁上产生的微裂缝数量减少、缝长变短、扩展速度降低;具有天然裂缝的基岩起裂所需能量比完整基岩破坏所需能量更低,微裂缝扩展速度更大,增大了井壁的坍塌压力。此外,天然裂缝位于最小水平地应力方向、夹角45°且与井壁连通时,最容易起裂和扩展,此处的井壁坍塌失稳风险最大。基于相场法的模型不仅能够可视化模拟井壁微裂缝扩展及坍塌过程,且坍塌压力预测结果与实钻情况相吻合。此研究为裂缝性地层井壁坍塌机理分析及防治提供了基础理论支撑。     

多级酸压在超深裂缝型碳酸盐岩水平井的应用

塔里木油田奥陶系碳酸盐岩油藏以裂缝、溶蚀孔洞为主要储集空间,具有超深、高压和高温的特点。裂缝以中－高角度缝为主,既是储集空间又是主要的流动通道,孔喉配合度低,连通性差,需要酸压才能建产。影响酸压效果的主要因素是长裸眼井段酸压方式的选择以及酸蚀裂缝是否沟通有效缝洞储集体。针对以上难点,开展了各级酸蚀裂缝长度、导流能力、施工规模、前置液比例和排量等参数优化,优选压裂液和酸液,形成差异化的多级酸压优化设计方案。现场施工效果表明,设计参数合理、有效,多级酸压技术适用于超深裂缝性碳酸盐岩油气藏的增产改造。     

塔河油田深层酸压沟通裂缝获成功

SL066井是针对奥陶系碳酸盐岩储层，在阿克库勒凸起南斜坡部署的一口探井，完钻井深6100m。由于该井油气显示良好，于是采用大规模前置液酸压工艺，对奥陶系碳酸盐岩储层的5930～6100m井段实施深部酸压改造，酸蚀裂缝长100m以上，有效地沟通了储集体。关井憋压后求产，口产油79m^3。该井经过酸压改造获得高产工业油流，为进一步评价该井区奥陶系储集体发育提供了可靠依据。     

川西潮坪相裂缝型碳酸盐岩分层酸压井压力动态分析

为全面反映储层分层酸压后复杂的流动特征,针对潮坪相类碳酸盐岩储层,建立了考虑层间窜流的裂缝型碳酸盐岩分层酸压改造井不稳定压力模型,并利用拉氏变换和数值反演得到井底压力动态响应。根据典型曲线划分了流动阶段,分析了层间物性差异、层间窜流、分层改造差异对压力响应的影响规律。结果表明：潮坪相裂缝型碳酸盐岩分层酸压改造储层存在7个流动阶段,同时具有复合储层和多层窜流储层的流动特征;层间物性差异越大,层间窜流及压力导数曲线“凹子”越明显;分层酸压改造程度及改造范围均影响过渡流出现的时间和程度;高渗层流度比越大,过渡流阶段压力导数上升越明显,最终压力导数值为高渗层流度比的一半。本次研究建立的模型提供了一种快速识别储层高渗层改造程度的方法,对多层裂缝型碳酸盐岩的酸压效果评价、分层酸压改造程度的确定具有理论支撑作用。     

不同相态二氧化碳前置酸压碳酸盐岩裂缝形成规律

选取延安气田下古生界马五1亚段碳酸盐岩露头,开展了清水、液态CO2、超临界CO2作用下的真三轴压裂实验,同时采用CT扫描技术,分析了碳酸盐岩中压裂裂缝的起裂和扩展规律.研究表明,超临界 CO2黏度低,扩散性强,压裂过程中滤失量大,有利于提高井筒周围岩石孔隙压力,明显降低碳酸盐岩的破裂压力,但压裂过程中井筒压力上升缓慢,...     

轮南潜山裂缝性油藏酸压工艺评价

酸压改造是轮南油田增储上产的主要技术手段。轮南潜山奥陶系储层埋藏深、地层温度高、孔隙裂缝发育等特征给酸压施工和酸压材料带来诸多困难。在分析了轮南潜山碳酸盐岩储层酸压改造技术难点的基础上,对该油田所采用的深度酸压工艺、泵注程序、施工参数、排液方式等作了详尽讨论,并提出了一些建设性的认识,对类似的储层改造具有一定的指导作用。     

超大型酸压工艺技术在重复酸压中的应用

酸压工艺是塔河油田碳酸盐岩油藏勘探开发核心技术之一,但由于受多种因素的影响,有近半数的井经过一次酸压仍不能获得工业油气流或仅获得较低的产能.常规重复酸压技术由于存在入井液量规模小、压裂液滤失严重等问题,导致措施有效率低,而超大型酸压工艺通过增加酸压液体用量及施工排量,可进一步提高造缝长度,突破第一次酸压作用范围,提高重...     

Numerical simulation of hydraulic fracture propagation in tight oil reservoirs by volumetric fracturing

Volumetric fracturing is a primary stimulation technology for economical and effective exploitation of tight oil reservoirs. The main mechanism is to connect natural fractures to generate a fracture network system which can enhance the stimulated reservoir volume. By using the combined finite and discrete element method, a model was built to describe hydraulic fracture propagation in tight oil reservoirs. Considering the effect of horizontal stress difference, number and spacing of perforation clusters, injection rate, and the density of natural fractures on fracture propagation, we used this model to simulate the fracture propagation in a tight formation of a certain oilfield. Simulation results show that when the horizontal stress difference is lower than 5 MPa, it is beneficial to form a complex fracture network system. If the horizontal stress difference is higher than 6 MPa, it is easy to form a planar fracture system; with high horizontal stress difference, increasing the number of perforation clusters is beneficial to open and connect more natural fractures, and to improve the complexity of fracture network and the stimulated reservoir volume (SRV). As the injection rate increases, the effect of volumetric fracturing may be improved; the density of natural fractures may only have a great influence on the effect of volume stimulation in a low horizontal stress difference.     

塔河缝洞型碳酸盐岩油藏复杂缝酸压技术研究

缝洞体是塔河油田油气的主要储集空间,通过酸压工艺沟通缝洞体是实现这类油藏高效开发的主要手段。侧钻井放空、漏失现象揭示在井周不同方位均发育缝洞体。由于酸压人工裂缝延伸方向主要受控于最大水平主应力方向,造成非主应力方向上的缝洞体沟通困难。增加酸压裂缝复杂程度是提高井周不同方位缝洞体沟通的有效措施。通过建立复杂天然裂缝条件下人工裂缝延伸模型,评价了不同岩石参数对裂缝复杂程度的影响：摩擦系数 > 水平应力差 > 逼近角 > 岩石抗张强度 > 内聚力。研究形成了复杂缝酸压配套工艺技术并开展5井次现场应用,平均单井增油5 909.7 t。     

碳酸盐岩储层酸压裂缝高度延伸规律——以川西栖霞组为例

针对川西深层海相碳酸盐岩的开发,酸压是非常有效的增产手段;川西深层海相碳酸盐岩储层存在非均质性强、储层薄、储隔层应力差较小等问题,目前改造的技术难题是缝高的控制。针对川西X气井地质情况,基于有限元数值模拟方法,研究了工程地质因素对缝高的影响规律,并通过FracPT软件净压力拟合、微地震数据和生产井温数据获得的缝高结果,验证了本模型的合理性。结果表明,减小工作液黏度、施工排量和注液规模、增大储隔层间应力差有利于控制缝高;基于该结果,指导了X气井施工参数优化,施工后X气井测试日产气量10.45万m³,酸压施工增产效果好。该研究成果对于川西深层海相碳酸盐岩的酸压优化设计和现场施工具有指导作用。     

碳酸盐岩储层酸化(酸压)技术与理论研究

酸化(酸压)是碳酸盐岩油气层增产的主要措施和手段，本文介绍了不同地质条件下碳酸盐岩储层酸化及深度酸压的酸液体系和施工工艺技术的新发展，概述了酸压技术理论与油藏工程的结合．综述了碳酸盐岩储层酸压技术与理论研究现状，预测了未来酸压理论研究的主要发展方向。     

塔河油田超大规模酸压工艺技术的研究及应用

常规酸压已成塔河油田奥陶系碳酸盐储层改造的主要技术措施,但是常规酸压存在酸蚀裂缝距离短,导流能力有限,难以沟通远处有效储集体等问题,为此,开展了超大规模酸压施工工艺新技术研究,通过酸压工艺与加砂压裂工艺二者的有机组合,有效增加了裂缝缝长,提高了裂缝导流能力.该技术在TH10411井进行了现场应用,根据压后效果评价,该工...     

交联酸酸化压裂在低渗透气田的应用

对目前交联酸的研究及应用情况作了一个系统地阐述。随着低渗透气田的进一步开发,现有的酸压工艺对开发一些岩性特殊、复杂,物性极差,低渗透的气藏效果不是很理想。而交联的酸基压裂液因其具有粘度高、滤失低、摩阻低、易泵送、酸岩反应速度慢、造缝效率高、返排容易、流变性好,能携沙等一系列优点,从而可以实现酸液体系深穿透、提高酸蚀裂缝导流能力、延长压后有效期、提高单井产能的目的,因此交联酸很有希望成为改造裂缝性复杂岩性油气藏的有效手段。     

酸液有效作用距离预测及影响因素分析

酸液有效作用距离是酸压设计计算中的主要参数,也是影响酸压效果的主要因素.因此,酸液有效作用距离的准确预测就显得相当重要.文章提出了一种计算缝中酸液质量分数分布的数学模型,该模型考虑了酸液在缝中沿长、高方向的流动及沿缝宽方向的对流扩散,能预测酸液质量分数沿裂缝长度和宽度方向的变化,模拟计算结果显示其比传统酸质量分数计算模型具有更好的适应性.最后分析了酸液质量分数、温度、同离子效应、注入排量、酸液用量和天然裂缝等因素对酸液有效作用距离的影响,从而能为碳酸盐岩储层酸压设计及施工效果预测提供依据.