裂缝性砂岩储层酸化和压裂产能预测研究

大北-克深地区低渗透裂缝性砂岩气藏,储层物性较差,初期产能较低,酸化和压裂是提高产能的主要措施。对泵压、排量以及酸液注入量等酸化施工参数与产能的关系进行研究,发现单位厚度的酸液注入量与产能具有较好的线性关系;对砂浓度、泵压、排量以及压裂液注入量等压裂施工参数与产能的关系进行研究,发现单位厚度的压裂液注入量与产能具有较好的对数关系。此外,对于裂缝性气藏,产能的大小还取决于裂缝的发育程度。通过成像测井资料获得测试层段的裂缝参数,对裂缝参数与产能的关系进行研究,发现裂缝密度和面缝率与产能具有较好的线性关系。在此基础上,综合酸化和压裂施工参数对产能的影响,得出综合裂缝参数的酸化井和压裂井产能预测公式,相比单一考虑液体注入量的产能预测结果更加精确,并以实例进行了论证。     

典型砂岩储层酸化工艺技术研究

花土沟、尕斯油藏是典型的砂岩油藏,通过对该油藏长井段薄互层高泥质砂岩储层岩性、矿物组分、物性和敏感性的分析,并结合以往措施历史情况,掌握了储层的措施改造难点。对矿物组分进行进一步分析研究,选择合适的措施液体系。通过对措施液性能的评价及优选入手,形成了一套长井段高泥质砂岩储层酸化措施改造工艺技术。     

砂岩储层酸化实时监测新技术

实时监测技术在酸化过程中能有效地促进基质酸化处理方法以及优化酸的用量,同时可评价酸化效果.众所周知,实时监测技术的基本原理是监测表皮系数的变化.然而,常规的实时监测技术是在酸处理过程中通过测量注入速率及压力(表面压力或地层压力)来估计表皮系数的变化以及评价酸化的效果.在目前技术基础上,提出了一种新的实时监测技术,酸处理时它可以通过计算渗透率以及酸的有效穿透距离来获得表皮系数.选择了适合砂岩储层的数学模型来举例说明如何计算渗透率、酸液有效穿透距离以及表皮系数的变化.计算结果与实例研究相吻合,证明了这项技术是一种有效的实时监测技术.     

砂岩储层盐酸酸化工艺技术的应用

砂岩储层常采用土酸酸化解除储层伤害,砂岩储层当盐酸的溶蚀率达20％以上,就可以采用盐酸酸化;但砂岩储层盐酸的溶蚀率较低时,并且采用大段长筛管完井、长裸眼完井方式,如用土酸酸化,由于各段物性差异,前置盐酸没有有效地发挥作用,紧跟的土酸就会对储层造成新的伤害,不能达到酸化目的。针对此完井方式采用合理的盐酸酸化能有效地解除砂岩储层的伤害,达到砂岩储层酸化的目的。     

裂缝性致密砂岩储层声波测井数值模拟响应特性研究

由于裂缝性致密砂岩储层的裂缝宽度小于100μm,因此常规测井和成像测井等方法难以对微裂缝进行有效识别,且目前关于裂缝性致密砂岩的储层研究相对较少。斯通利波具有频散性,其速度和能量的空间分布随频率的改变而改变,低频时斯通利波转变为管波,管波能量的消耗使井眼流体流入和流出地层,因此斯通利波对微裂缝非常敏感。为此,开展了裂缝性致密砂岩储层声波测井数值模拟响应特性研究。针对单条水平裂缝,确定了裂缝宽度对斯通利波识别微裂缝的影响:裂缝宽度越大,斯通利波波形振幅越小;裂缝宽度较小(小于100μm,即微裂缝)时,波形振幅递减较快,波形振幅衰减更明显;20μm裂缝宽度与0μm裂缝宽度时的斯通利波波形振幅基本相同,说明在数值模拟Z方向网格最小设为20μm的条件下,斯通利波识别微裂缝的最小分辨率,即利用斯通利波能够识别微裂缝的最小裂缝宽度也为20μm;并与等价实验条件下的单条水平裂缝物理模型试验结果进行了对比,符合度较高,说明利用声波全波列测井资料评价裂缝性致密砂岩微裂缝的精确度较高。     

致密砂岩储层水平井水力压裂裂缝参数影响因素数值模拟

在大规模压裂开发过程中,水力压裂裂缝扩展形态及空间展布是致密砂岩储层改造效果定量描述和评价的难点。为了研究水平井水力压裂裂缝扩展形态及空间展布规律,通过落实岩石力学参数,建立油藏地质、岩石力学及地应力模型,利用kinetix水力压裂模拟模块,模拟泊松比、弹性模量、水平应力差、加砂量、压裂液排量以及压裂液总量等参数对复杂缝网形成规律的影响,分析了裂缝起裂和扩展的规律。结果表明：随着泊松比、弹性模量、加液量的增加,裂缝缝长呈减小的趋势,加砂量、主次应力差对裂缝缝长影响较弱;裂缝导流能力随泊松比、单段加液量、加砂量、压裂液排量的增加而增大,主次应力差在6 MPa左右时,裂缝导流能力最高,弹性模量对水力裂缝的导流能力影响相对较小;主次应力差较小时,裂缝展布方向与主应力方向夹角较大;主次应力差较大时,裂缝沿主应力方向延伸。研究结果可为致密油藏储层水平井大规模压裂参数优化和压后定量评价提供技术支撑。     

利用测井技术研究致密砂岩储层裂缝

利用FMI资料和常规测井曲线,并结合岩心观察,能够准确的识别井下裂缝和判断井下裂缝的有效性。结合试采情况表明,裂缝解释结果基本与井下符合。同时,综合各种测井资料,显示出口地区须家河组致密砂岩储集层中裂缝较为发育,且裂缝的有效性较好。     

提高砂岩储层人工裂缝复杂度的压裂技术及其应用

提高裂缝复杂度是提高储层改造体积的重要组成部分。为明确砂岩储层复杂裂缝形成的控制因素及实现方法,在物理模拟实验结果的基础上,建立了天然裂缝储层形成复杂裂缝的数学模型,采用数值模拟方法研究了应力场,提出并试验了多种施工工艺。研究结果显示砂岩储层形成复杂裂缝的必要条件包括改变应力场、发育天然裂缝或提高缝内净压力。其中天然裂缝是砂岩储层能否形成复杂裂缝最重要的因素,储层最大最小主应力差越大,天然裂缝与人工裂缝夹角越大,形成复杂裂缝所需缝内压力越大;多缝应力干扰可有效改变应力场。现场监测及压后分析证实试验井形成了复杂裂缝。该技术为低渗尤其是致密砂岩油气藏的经济开发提供了有效手段。     

注入气体提高砂岩储层酸化效果

针对常规酸化作业逐渐暴露出酸化效果差、有效期短、解堵范围有限等问题,充分考虑砂岩储层气井酸化效果普遍好于油井的现场经验,提出了油井酸化过程中通过注入气体以提高酸化效果的设计思路。研究过程中分析了气液交替注入酸化解堵工艺的作用机理及优势,通过室内实验进一步探索3种不同注气模式下,对未伤害及受钻完井液伤害岩心的酸化改善效果,并对比分析了注入不同气体对酸化效果的影响。研究认为,酸化过程中注入气体能明显提高被污染岩心的酸化效果,尤其采用前置气+气液交替注入的酸化模式,而对未受污染岩心注入气体改善酸化效果不明显,且总体上注CO₂气体酸化效果要好于注N₂。气液交替注入酸化工艺现场实验解堵效果显著,能够有效地提高常规酸化效果。      

砂岩储层酸化自转向酸研究与应用

利用一种长链甜菜碱表面活性剂在酸液中的聚集形态变化,形成了以土酸为主体酸的自转向酸体系:15%HCl+3%HF+4%转向剂+1%缓蚀剂+0.5%铁离子稳定剂。该体系在酸化改造过程中不需要大量钙镁离子的"交联"作用,仅依靠自身聚集形态随酸浓度的变化即可增黏,胶束平均水合直径最大可达330.5 nm,酸液黏度最大可达180 m Pa·s,能有效实现砂泥岩储层暂堵转向酸化的目的。体系缓速性能出色,酸岩反应20 min后,含转向剂的土酸酸液溶蚀率仅为13%,并且具有良好的耐高温流变性,在90℃下剪切90 min后的黏度依然保持在60m Pa·s以上。自转向酸残酸凝胶与地层原油接触120 min后,酸液黏度降至10 m Pa·s左右,能加快残酸返排。现场试验表明,自转向土酸酸液体系在砂岩储层增产效果明显。     

疏松砂岩油藏压裂裂缝延伸规律数值模拟

压裂充填防砂可实现增产与防砂双重目的,是疏松砂岩油藏的一种重要完井方式。疏松砂岩具有高孔、高渗特点,且强度低、塑性强,裂缝起裂与延伸机理较为复杂。为研究疏松砂岩储层压裂裂缝延伸机理,揭示压裂工艺参数对裂缝形态的影响,建立了考虑储层岩石弹塑性变形、裂缝起裂与延伸、压裂液流动与滤失以及储层孔隙流体渗流复杂耦合作用的流固耦合有限元数值模型,针对渤海油田绥中36-1区块典型疏松砂岩储层,开展了压裂裂缝延伸规律数值模拟计算,并重点分析了压裂液效率、排量对于裂缝延伸规律的影响。结果表明:低效率压裂液在疏松砂岩中仅形成极短而窄的裂缝,裂缝两侧伴随着一定范围的剪胀高渗带,难以容纳支撑剂,无法实现充填防砂目的;效率高压裂液可在疏松砂岩中形成压裂充填防砂工艺所需的短宽裂缝,裂缝壁面两侧存在轻微压实现象,对渗透率的影响较小;提高压裂液排量,裂缝长度减小,裂缝宽度增加。研究结果可为疏松砂岩压裂充填设计提供一定理论参考。     

基于细观损伤多相耦合的砂砾岩水力压裂裂缝扩展数值模拟

低渗透砂砾岩油藏水力压裂裂缝扩展机理及其数值模拟研究,对该类储层压裂改造成功实施具有重要意义。将砂砾岩储层中砾石表征为基质- 交界面- 砾石的三模态结构,假定砾石分布与几何尺寸及储层物性满足随机分布,结合Moter-Carolo 方法,完成砂砾岩储层数学表征;考虑储层渗流场、应力场、水化膨胀湿度场的三相耦合特征,结合损伤力学、断裂力学等原理,利用细观损伤有限元的方法,建立了砂砾岩储层水力压裂裂缝扩展数学模型,并进行数值模拟研究。模拟分析了不同主应力差、基质- 砾石交界面强度、砾石强度情况下,水力裂缝遇砾石扩展情况,并最终实现砂砾岩储层水力裂缝动态扩展数值模拟。研究表明,水力裂缝遇砾发生绕砾、穿砾、止裂现象,并以绕砾扩展为主,且裂缝发生明显转向,存在羽状次生裂缝;裂缝转向程度和裂缝延伸长度与主应力差、砾石强度以及交界面强度有关,主要表现有:水平主应力差越小,水力裂缝遇砾转向越明显;基质- 砾石交界面强度增加,水力裂缝明显变短,并难以转向;随着砾石强度的增大,裂缝的转向程度增大。     

低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

随着低渗透油气藏的大量开发,迫切需要具有一套适用于现场实际使用的三维水力裂缝几何形态的预测软件。通过力学分析,依据流固耦合效应、岩石材料的非线性效应以及裂缝扩展的动态效应,建立了低渗透油层水力压裂三维裂缝动态扩展力学模型,运用有限元方法进行求解,实现了低渗透油层三维裂缝形成过程的动态描述。对肇38-271井进行了模拟计算。计算的裂缝形态与现场测试的裂缝形态对比表明,模拟计算平均误差率为10.7%,能满足工程精度要求。建立的低渗透储层三维水力裂缝的模拟方法和技术,可对低渗透储层条件下的水力压裂设计提供准确的预测手段,提高了低渗透储层水力压裂措施的成功率。     

富县探区中生界油藏储层压裂裂缝形态研究

水力压裂裂缝形态是油层压裂设计首先要考虑的问题针对中原油田富县探区中生界油藏储层埋藏深度浅,跨度大(300～1100 m),储层三向地应力变化大,压裂裂缝形态复杂的情况,通过对区域构造特征、岩芯地应力、岩石抗张强度、瞬时停泵压力、压裂时缝内净压力、岩石横向非均质性等综合分析,得出该区人工裂缝以水平缝为主,垂直缝及高角度斜交缝也有可能存在,而且人工裂缝在延伸过程中还可能发生转向。     

高粘度酸液在人工裂缝中流态规律研究

随着油气田勘探开发应用技术的不断深入,高粘度酸液越来越多地应用到不同类型的复杂致密油气藏的储层改造中。高粘度酸液可以降低滤失量、减缓反应速率,实现酸液的深度穿透。研究高粘度酸液在人工裂缝中的流动状态对模拟其滤失和酸岩反应过程具有重要意义。运用幂律流体的雷诺数分析法和稳定性Z值法,对高粘度酸液在地层裂缝中的流动状态进行了研究。分析发现影响高粘度酸液流态的主要因素有酸液排量、裂缝高度、裂缝宽度、酸液稠度系数、流态指数。其中酸液的稠度系数为主控因素。当稠度系数小于0.015Pa.sn时,常规施工中的地层酸液为紊流状态。因此普通酸酸化时的地层酸液为紊流状态,而常规酸压中高粘度的稠化酸和交联酸在地层中一般为线性层流状态。研究认为增加排量对酸液的流态影响不大。     

基于MATLAB 的水力裂缝扩展数值模拟技术

水力裂缝扩展数值模拟是水力压裂设计的重要内容,可以用来评价压裂效果,降低施工风险,为节省计算时间目前主要采用二维模型或者拟三维模型。现今比较成熟的GOHFER商业软件,以差分方程代替微分方程,误差逐层逸散不断扩大,差分格式稳定性难以保证,为此,采用MATLAB编程语言编制模拟程序,实现有限元数值分析对水力裂缝扩展真三维模型的求解,其适应性强,边界条件自动满足,且以高阶多项式逼近真实值,误差较小,精度更高。同时,采用复化辛普森数值积分代替MATLAB编程语言中的符号积分,节省了61.9%～73.5%的运算时间。     

疏松砂岩油层出砂问题的Monte-Carlo模拟

石油开采过程中，由于水动力的冲刷等作用引起的疏松砂岩储层出砂，会导致储层损害和产能降低，甚至造成套管损坏，油井报刻度。通过分析疏松砂岩油藏出砂发生和发展的机理，设计了出砂预测的数学模型，在此基础上，用Monte-Carlo法模拟疏松砂岩油藏出砂的发生和发展。孔隙介质的渗流数服从给定分布的随机变量。模拟结果表明，在同一生产压差下，出砂几率随并距的缩短而增大，当井距一定时，随着生产压差的增大，出砂几率增大；储层越不均匀，出砂的几率越大，但是扩展到大量出砂的几率较小，反之，储层越均匀，油藏出砂的几率越小，但是扩展到大量出砂的几率却越大，总之油藏是否出砂，不仅与生产压差有关，还的几率却越大。总之油藏是否出砂，不仅与生产压差有关，还取决于储层的非均质程度，随机模拟的结果很好地实验上印证。     

裂缝性储层水力裂缝扩展机理试验研究

采用大尺寸真三轴实验系统,探讨了天然裂缝与水力裂缝干扰后水力裂缝走向的宏观和微观影响因素,分析了压力曲线,提出了天然裂缝破坏准则,分析了不同地应力状态下裂缝的形态。试验结果表明,在常规应力状态下,水平主应力差和逼近角是水平裂缝走向的宏观影响因素;天然裂缝界面摩擦系数和缝内净压力无因次量是微观影响因素。给出了确定天然裂缝破坏边界线的回归公式,揭示了裂缝性油气藏水力裂缝与天然裂缝的干扰机理。局部构造应力状态对水力裂缝扩展的影响大于对天然裂缝的影响。     

整体水力压裂油藏压裂缝地质模型

由于整体水力压裂油藏经措施改造后压裂缝特征的复杂性和不确定性,如何定量化建立该类油藏的压裂缝地质模型一直是制约整体水力压裂油藏数值模拟研究的重要问题.借鉴前人研究成果提出了水力压裂缝的基本假设,考虑压裂缝物性的非均质性,采用油藏工程方法推导了裂缝的导流能力、渗透率和孔隙度数学模型,以单井为例定量化建立了整体水力压裂油藏压裂缝地质模型,为该类油藏的裂缝-油藏耦合数值模拟研究奠定了基础,能更好地解决整体水力压裂油藏的开发方案设计及方案调整问题.     

页岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力影响因素

支撑裂缝的导流能力是评价页岩储层水力压裂施工效果的一项重要参数,其大小受到多种因素影响。文中开展了支撑剂类型、颗粒大小、铺砂浓度等对支撑裂缝导流能力影响的室内实验研究。结果表明:陶粒的导流能力明显高于石英砂和覆膜砂,在低闭合压力条件下,20~40目陶粒的导流能力最大,在高闭合压力条件下,组合支撑剂的导流能力明显高于单一支撑剂;铺砂浓度越大,裂缝导流能力越大;循环应力加载模式下,裂缝导流能力比稳载时下降了31.7%,经过滑溜水和胍胶压裂返排液污染后,裂缝导流能力分别下降了33.9%和76.5%。研究成果指导了X-4井的现场压裂施工,该井措施后产气量较高且稳定生产,压裂增产效果较好。