页岩储层射孔水平井水力裂缝起裂数值模拟研究

为明确页岩储层射孔水平井水力裂缝起裂机制,利用Abaqus有限元计算软件,建立三维单级三簇射孔和单射孔段(包含天然裂缝)的压裂裂缝起裂计算模型,研究地应力、井筒方位、射孔参数以及天然裂缝等对裂缝起裂压力和位置的影响。结果表明:裸眼射孔的起裂压力远低于套管射孔;起裂压力随最小水平地应力的增加而增大,但影响程度受垂向地应力与最小水平地应力的比值控制;最大水平地应力和垂向地应力的变化对起裂压力影响不显著;起裂压力大致随井筒方位角的增加而减小,当存在天然裂缝时,起裂压力没有任何线性规律,天然裂缝在剪应力区易发生剪切滑移起裂;起裂压力随射孔方位角的增加先减小后增大,射孔方位角的变化严重影响裂缝的起裂形态;起裂位置与最小和最大水平地应力、井筒方位角和天然裂缝的胶结强度、方位密切相关;由于内部射孔受到两侧射孔产生的沿井筒方向的附加应力干扰,闭合应力增加,因而更难起裂,导致起裂次序从端部射孔开始向中部射孔发展,当应力差较高(>7 MPa)时,附加应力干扰明显,要实现多射孔的多裂缝起裂扩展,需提高注入压力;起裂位置在射孔孔道中的变化是射孔根部应力集中强度与远端受射孔附加应力干扰程度相互竞争的结果;由于射孔簇间距较大,射孔簇间的应力干扰对裂缝起裂影响微弱,各射孔簇压力分布相似。     

气井压裂裂缝参数优化设计

低渗透气藏渗透率低，渗流阻力大，往往须通过压裂改造才能获得工业气流，而合理的裂缝参数是水力压裂取得良好效果的关键。从气体在低渗透气藏中的渗流机理研究入手，考虑了气体非达西渗流对产量的影响，建立了气井压裂产量预测模型，在裂缝导流能力的计算中考虑了裂缝的失效性。对现场实例进行了模拟计算，以压裂改造后的采出程度为目标进行了裂缝参数优化设计，并分析了渗透率各向异性对产气量的影响。研究结果表明，渗透率各向异性越强，产气量增加幅度越小；优化的裂缝导流能力为30～40μm^2·cm，缝长比为0．25—0．3。     

支撑裂缝长期导流能力数值计算

运用FCES-100裂缝导流仪,研究了闭合压力、时间等因素对支撑裂缝长期导流能力的影响程度。实验表明,对一定粒径的陶粒,闭合压力和时间是影响导流能力的主要因素。在大量实验数据的基础上,应用统计原理,回归出长期导流能力随闭合压力和时间变化的函数表达式,并通过现场运用,验证了其准确性,对科学研究以及现场压裂施工具有指导意义,同时也是支撑裂缝长期导流能力计算方法的新尝试。     

水平井限流法压裂技术的发展与应用

水平井限流法压裂采用套管压裂，具有井下工具少、一次施工完成多条裂缝改造、压后增产效果好等优点，是低渗透油气藏水平井增产改造的很好选择，大庆油田已应用该方法压裂完成了20多口水平井的改造，取得了很好的经济效益。根据南214-平324井的主压裂施工曲线分析了水平井限流法压裂的特点，介绍了“有效孔数法”、G函数法、连续油管井温测井、大地电位和井下微地震等配套技术。从压裂液流动的角度提出了水平井限流法压裂存在径向流区的观点，对压裂液在径向流区流动的正确认识是水平井限流法压裂设计和施工控制的关键。最后总结了目前水平井限流法压裂在施工过程及压后裂缝诊断方面所存在的问题，并提出了相应的解决办法及技术发展思路。     

流线模型模拟垂直裂缝压裂井生产动态研究

通过流线模型和黑油模型模拟垂直裂缝压裂井的对比分析,指出了在黑油模型中运用网格放大技术模拟水力压裂垂直裂缝井生产动态存在的诸多缺陷,如网格取向严重、计算时间随网格数目增加而成倍增加、裂缝的存在增加模型的非均质性从而严重加大方程的求解难度,方程求解出现不收敛等。而运用流线模型在计算精度、速度和收敛性方面均较黑油模型有很大优势。并运用流线模型方法对大庆外围某油田垂直裂缝压裂井进行了缝长和缝内导流能力等参数的优化和生产动态预测,取得了较好的效果。     

裸眼完井水平含水气井分层流井筒压降计算研究

运用微分的方法对裸眼完井水平含水气井分层流的井筒压降进行了研究,针对气液两相分层流动特点,结合裸眼完井的井壁均匀入流的实际流动情况,推导出了适合计算裸眼完井水平含水气井分层流井筒压降的简单实用公式.在推导的过程中进行了如下假设:液相为不可压缩的牛顿流体;相间不存在传质;等温、稳态流动;不考虑滑脱效应,气相和液相的流速相同;井筒中气相、液相的密度为常数;忽略井壁入流引起的混合损失.采用所推导出的公式对不同井径裸眼水平气井的井筒压降进行计算,得到了水平井段的压降及水平井筒中的压力分布情况.计算结果表明在井径较小时井筒中的压降较高,因此在进行气井产能预测时不能将其忽略.水平井筒的井径对井筒压降的影响非常大,增大井径会很大程度地减小水平井筒中的压降,增加气井的产能.     

页岩气压裂数值模型分析

水力压裂和水平井开采是页岩气开发的主要技术,在我国尚处在工业试验阶段,存在很多技术瓶颈。在总结分析了页岩气压裂的特点基础上,探讨了网状裂缝形成的主控因素及裂缝扩展模型、产能预测模型的类型以及优缺点。结果认为,特殊的赋存生产机理、复杂的裂缝形态和多尺度的渗流模式是页岩气压裂的主要特点,其目的是形成网状裂缝,扩大储层改造体积;网状裂缝的形成主要受天然裂缝与人工裂缝的夹角、水平主应力差和岩石的脆性等因素的控制。页岩气压裂产能预测模型面临的主要问题是裂缝形态的模拟和气体流态的描述,主要有非常规裂缝模型、离散裂缝模型和双重介质模型等,这些模型和方法在一定程度上表征了页岩气压裂裂缝形态和渗流特点,但没有考虑不规则的裂缝形态等。     

凝胶作为压裂人工隔板材料的实验研究

提出了一种新的人工隔板模型一压裂人工隔板模型.即水力压裂形成裂缝后,向支撑裂缝中注入凝胶,裂缝中的凝胶和通过裂缝上下壁面滤失在地层中的凝胶一起形成一定强度的化学凝胶隔板,可有效控制底水和次生底水的锥进.该凝胶初凝时间在1～8 h可调,pH值对凝胶成胶时间的影响较大,pH值6～8时的成胶时间最短,在盐水中的成胶时间延长.随着岩心中凝胶注入量的增加,凝胶的封堵率和突破压力梯度增大,注入0.8 PV凝胶时的封堵率达80.6%,突破压力为0.21 MPa.隔板系统的突破压力大于23 MPa.封堵率100%.随着加压时间的增加,渗透率基本不变.说明该凝胶很稳定,耐压强度大,且堵水效果很好,几乎不渗透.图4表3参6     

火山岩储层裸眼水平井压裂裂缝复杂程度的定量诊断

为提高松辽盆地北部徐深气田二、三类火山岩储层的开发效果和单井产量,经多年探索,逐步形成了以裸眼管外封隔器多级滑套分段压裂工艺为主体的水平井多段压裂技术。但裸眼水平段压裂过程中裂缝起裂位置随机、压开多条裂缝概率大等因素会导致裂缝系统更加复杂,极易产生砂堵风险,以往的分析诊断方法也表现出了一定的不适应性。为此,针对该区火山岩气藏裸眼水平井开展了裂缝复杂性机理研究,在原有直井诊断分析方法基础上,建立了裸眼水平井复杂裂缝物理模型和数学模型,确定用等效裂缝数、等效裂缝宽度、等效滤失系数来定量表征裂缝的复杂程度,开展了缝间应力干扰及附加净压力研究,最终形成了通过测试压裂诊断分析来定量识别裸眼水平井裂缝复杂性的方法和指标,并提出相应的现场控制措施,在实践应用中获得了较好的效果,确保了徐深气田裸眼水平井压裂的成功实施。该方法也可用于其他类似储层复杂裂缝的诊断分析。     

多段压裂致密气井生产动态分析与评价

最近几年中,致密气藏勘探开发在全球范围内迅猛增长。水平井分段压裂技术的出现使得该类非常规资源具有了工业开采价值。然而,致密气藏具有渗透率低、天然裂缝发育等特性,使其压裂改造后气井的生产动态更加复杂,传统的解释模型不再适用,这给压后致密气井的评价和采收率预测工作提出了新的挑战。提出了一个内部包含压裂改造区的线性复合气藏模型,内区为基质-裂缝双孔隙模型系统,用以描述裂缝与改造区储层之间的关系。通过建立数值模型,可以模拟和解释多段压裂水平致密气井的4种生产流态。同时,提供了一套基于流量标准化气体拟压力的生产数据分析方法,通过解析分析与数值模拟方法互相验证,在考虑地层实际模型的基础上进行生产动态分析与评价。最后,通过我国东北部某致密气田的现场实例,演示了多段压裂致密气井生产数据分析的整个流程。结果表明,该生产数据分析方法充分利用了现场数据,评价结果实用有效。