火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积模拟方法

火山岩储层压裂对天然裂缝的有效激活可改善储层渗流能力,提升压裂效果。因此,火山岩储层水平井分段压裂的天然裂缝剪切破裂体积和剪切位移的模拟与表征,对量化储层改造充分程度、优化压裂工艺设计具有重要意义。针对裂缝性火山岩储层水平井分段压裂水力裂缝的动态延伸行为,考虑扩展裂缝对应力-压力场的干扰作用,以此触发天然裂缝的剪切破裂机制,建立了火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积模拟方法。研究表明:剪切破裂体积随着水平应力差、天然裂缝逼近角、弹性模量、压裂液总量及注入排量的增大而增大,随着天然裂缝内聚力的增大而减小;泊松比对剪切破裂体积的影响不明显。该方法实现了对火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积的定量模拟与表征,对提高火山岩储层压裂的优化设计及压后效果评估具有重要的理论指导意义和矿场应用价值。     

多孔眼裂缝竞争起裂与扩展数值模拟

射孔是水力压裂作业成功实施的关键因素之一,射孔参数研究对于储层改造、油气开采具有重要意义。基于全局嵌入黏聚区域模型（Cohesive Zone Model）,建立了模拟多孔眼裂缝起裂、扩展的有限元模型。模型把储层考虑为致密、低渗透性的孔弹性介质,耦合了裂缝中流体流动与地质应力间的相互作用。KGD解析解与模拟结果保持吻合,验证了黏聚区域模型的准确性。研究结果表明多孔眼起裂会表现出4种竞争起裂模式：第一,初期就起裂并维持张开;第二,孔眼张开但未曾起裂;第三,初期起裂扩展后又闭合;第四,初期未起裂中后期才起裂。随着射孔密度的增加,孔眼的起裂率和平均破裂压力逐渐降低,近井筒区域裂缝复杂度增加。随着排量与黏度的增加,孔眼的初始起裂率、形成的主裂缝以及微裂缝数量都呈增加的趋势,水平应力差的影响则与之相反。多个射孔孔眼存在时,裂缝通过合并或闭合的方式呈现出由复杂到简单的变化,裂缝数量表现出由多到少的变化,最终形成以2~4条主裂缝为主（按孔眼起裂形成的主缝数进行统计）,微裂缝为辅的扩展模式。     

水力压裂时岩石破裂压力数值计算

 以多孔介质流体渗流与岩石应力–应变耦合理论为基础,推导水力压裂时岩石破裂压力数值计算方程,提出一种全新的岩石破裂压力计算方法。该方法考虑岩石变形与流体渗流的全耦合作用,采用有限元法数值计算技术,能模拟计算流体向地层渗滤情况下井眼周围地层有效应力的时空分布,因此,该方法不但能求得岩石的破裂压力,还能同时求得岩石的破裂时间。建立的破裂压力数值计算理论克服传统破裂压力解析计算方法的许多不足,如无法精确计算井眼周围孔隙压力的升高导致应力集中加剧对破裂压力的影响,无法计算地层破裂的确切时间等问题。该计算理论的建立,实现岩石破裂压力数值计算的突破和计算精度的提高,为水力压裂时岩石破裂压力的计算找到了新的理论和方法。     

裂缝性地层水力裂缝复杂形态延伸分析

多种研究表明,在裂缝性地层中,水力裂缝由于受天然裂缝作用的影响可能延伸为多分支、非平面的复杂裂缝体系.从矿场试验、室内实验、数字实验和图貌监测4个方面分别论证裂缝性油气藏压裂过程中天然裂缝的存在对水力裂缝延伸的影响,并分析裂缝性地层水力裂缝沿天然裂缝的非平面延伸规律.矿场相交试验结果表明,在地质非连续体地层中,压裂后的水力裂缝多以分支缝的方式延伸;室内相交实验发现,在一定的逼近角和水平主应力差条件下,天然裂缝会改变水力裂缝的延伸形态和扩展模式;数值模拟方法和微地震监测证实,裂缝性储层水力压裂后所形成的裂缝体系是复杂的缝网系统.裂缝性地层中水力裂缝呈复杂的非平面延伸,与均质地层压裂产生的对称双翼平面裂缝有很大差异.     

低渗油田低速非达西效应模拟研究

在低渗油田中,由于驱油能量的不足,流体的渗流速度较低,流体中的一些表面活性物质在岩石孔隙壁面发生吸附,形成不动层.该不动层降低了地层的渗透率,在流体渗流时,产生了一个阻碍流体流动的附加压力梯度.这时,流速与压力梯度不再呈线性关系,流体表现为非达西流动.本文中,在引入非达西因子的基础上,建立了油水两相在地层中的低速非达西流动数学模型,采用有限差分法得到了模型的数值方程和求解方法,模拟计算了非达西因子和地层各参数对生产动态的影响.在渗透率越低,流体粘度越大,生产压差越小的情况下,影响越显著.该模拟和方法可用于低渗油田的动态预测和产量调整以便确定最优开发方案.     

裂缝性地层射孔井破裂压力计算模型

水力压裂是提高低渗透油气藏采收率的重要技术手段,准确地预测压裂井的破裂压力是水力压裂成功实施的关键步骤。目前的破裂压力计算模型基本都是针对均质地层,对于裂缝性地层破裂压力的预测计算一直是个非常复杂的问题。受地层天然裂缝的作用和影响,在裂缝性地层射孔井中水力裂缝可能会发生3种破裂模式,分别为沿孔眼壁面岩石本体破裂、沿天然裂缝剪切破裂和沿天然裂缝张性破裂。基于弹性力学和岩石力学理论,结合天然裂缝与孔眼相交的空间位置关系,考虑水力裂缝可能发生的3种破裂模式,建立了裂缝性地层射孔井的破裂压力计算模型。实例计算表明,所建立的计算模型能用于准确计算裂缝性地层射孔井的破裂压力,同时也能用于解释裂缝性地层近井地带多裂缝形成机理。     

断块油藏中阶梯水平井的渗流特性

根据流体力学和渗流力学的相关理论,考虑阶梯水平井穿越3个独立断块油层的情况,建立了阶梯水平井井筒管流与地层渗流耦合的数学分析模型。在该模型中,对于水平生产段,采用质量守恒原理和微元线汇理论,分析了沿程流入对井筒内压降的影响,导出了阶梯水平井井筒内生产段的压降计算公式;对于各个油层之间的连接段,建立了不同曲率半径情况下的压降计算方法。同时,考虑了阶梯水平井穿越的断块油层具有不同的生产能力,推导并提出了数学模型的求解方法,并编制了相应的计算程序。利用该分析模型,可以求解阶梯水平井井筒沿程压力分布及产量分布。模拟计算表明,阶梯水平井在生产时,产量受各个油层的生产能力和水平井筒的摩阻共同影响,且物性较好的储层在水平井的跟端,物性较差的储层在水平井的指端对开采较有利。     

致密油层多区体积压裂产能预测

致密油层物性极差,天然裂缝发育,体积压裂是实现该类油层有效开发的重要手段。为研究致密油层体积压裂缝网设计参数对产能的影响,基于缝网形成特征,将压裂的致密油层划分为支撑主裂缝、缝网区和未压裂区,缝网区又划分为支撑次裂缝区和未支撑次裂缝区,考虑致密油非达西渗流和油层应力敏感效应,将缝网区与未压裂区简化为双重孔隙系统和单一孔隙系统,建立致密油层体积压裂产能模型,模拟分析体积压裂裂缝参数对产能的影响。研究结果表明：体积压裂可以大幅度提高致密油层产能,并且改造体积和支撑改造体积越大,开启天然裂缝越密,支撑主裂缝越长,支撑主裂缝、次裂缝导流能力越高,则致密油层产能越高,但存在最优值。     

超低渗透砂岩储层同步压裂先导性矿场试验

 为了探索同步压裂在超低渗透砂岩储层的适应性,提高超低渗透砂岩储层开发效果,以长庆油田陇东地区的双水平井阳平1井和阳平2井为试验井,对双水平井同步压裂机制以及压裂优化设计方法进行深入研究,并开展矿场试验。施工中裂缝延伸的微地震监测以及压后试油数据表明：压裂缝展布形态复杂,呈网络化扩展;阳平1井和阳平2井压后试油产量分别达到了132.3和109.5 m3/d,相比该井区直井压后试油平均产量14.1 m3/d分别提高了约9.4和7.8倍,反映双水平井同步压裂能实现对长庆油田超低渗透砂岩储层的充分改造,扩大水力裂缝对储层流体流动的控制范围,提高采油速度和最终采收率。为此,双水平井同步压裂为长庆油田超低渗透储层的高效开发提供了增产工艺技术选择,具有巨大的推广价值和应用前景,对我国超低渗透储层的增储上产具有十分重要的现实意义。     

深层页岩气断层属性对压裂缝网的影响

深层页岩地层断层较为发育,附近地应力场呈现非均匀分布,水力压裂产生的裂缝可能出现非平面、非对称、非规则延伸行为,进而影响压裂缝网体积。针对该问题,以川南区块Y101井区实际断层为例,构建了深层页岩气复杂构造内断层附近非均匀应力场表征模型与压裂缝网扩展模型,分析了断层特征参数对地应力的影响,并定量研究了断层类型、断距、长度、高度、走向、倾角和距离对压裂缝网体积的影响。结果表明：断层的断距、长度和高度越大,地应力偏转角和地应力差越大,压裂缝网体积越小;断层的倾角和远离断层的距离越大,地应力偏转角和地应力差越小,压裂缝网体积越大;断层的走向越大,地应力偏转角越大,地应力差越小,压裂缝网体积越大。断层参数对缝网体积的影响程度由大到小依次为倾角、走向、断距、距离、高度、长度。该研究可为深层页岩复杂构造下的缝网压裂优化设计提供理论依据。