定向井压裂裂缝三维扩展形态的可视化仿真

在石油定向井压裂过程中,井筒附近的水力裂缝的三维扩展往往存在转向及扭曲等复杂形态,容易引起一系列施工问题.由于目前条件的限制,裂缝形态大多以图表数据来展示,使得人们很难对裂缝的三维形态产生形象的直观认识.为了解决定向井三维裂缝扩展形态复杂难以可视化的问题,深入研究了井筒附近裂缝空间转向模型,并进一步将定向井裂缝延伸模型的适用范围扩展到了任意的井斜、方位及射孔方位下.同时,对可视化平台软件进行二次开发,使得建立的定向井裂缝扩展模型能在仿真界面上显示出来.仿真结果表明,裂缝扩展的建模思路和仿真方法能够取得很好的可视化效果.     

煤层气井水力压裂“T”型缝延伸模型的建立及应用

与常规储层不同,煤层压裂裂缝形态复杂多样,其中“T”型缝是典型代表之一。为准确模拟“T”型缝延伸,满足实际压裂设计需要,通过建立数学模型、控制流量、单因素分析等方法对煤层复杂缝中的“T”型缝进行了研究,进而得到煤层压裂“T”型缝延伸规律。通过对PKN模型和Penny模型组合提出了“T”型缝的简化模型,并将多层压裂的流量分配思想应用于“T”型缝中的流量控制。通过实例模拟计算了“T”型缝中各部分的尺寸,在此基础上分析了施工时间、排量及压裂液黏度对“T”型缝系统中各部分几何尺寸的影响规律。研究表明,通过优化施工参数可获取理想尺寸的“T”型裂缝。     

应力敏感条件下煤层压裂裂缝延伸模拟研究

为研究煤储层应力敏感性质对压裂裂缝延伸的影响,以清水为介质对晋城区块煤样采用围压恒定不变、孔隙压力渐变的方式进行了应力敏感试验,分析了净围压与渗透率之间的关系,考虑渗透率动态变化对压裂液滤失的影响,推导了煤层压裂滤失系数计算方程,建立了应力敏感条件下煤层压裂裂缝延伸模型并提出了求解方法,在应力敏感性质考虑前后,进行了现场煤层气井施工对比模拟计算。研究结果表明：围压一定时,随着孔隙压力增加煤样渗透率逐渐增大,孔隙压力从3 MPa增加到9 MPa,煤样渗透率从0.14×10 -15 m 2增加到2.06×10 -15 m 2,渗透率随着净围压的增大呈指数函数规律降低;滤失系数是施工时间与位置坐标的函数,具有动态变化性质,有效应力为7 MPa时,滤失系数为0.000 224 m/min 0.5,有效应力为1 MPa时,滤失系数为0.000 554 m/min 0.5,滤失系数与有效应力之间同样存在指数递减关系;考虑应力敏感效应前后,模拟计算结果与实际监测值之间的偏差分别为52.8%和26.8%,因此,考虑应力敏感效应的影响可以大幅提高模拟计算的准确度,使计算结果更接近实际情况。     

南海低渗透储层支撑剂导流能力试验研究

针对南海低渗透储层油气采出程度低、压裂难以形成高导流能力人工裂缝的问题,通过室内试验分析了储层黏土矿物含量、不同粒径支撑剂组合方式和破胶液黏度对人工裂缝导流能力的影响。在试验条件下,储层黏土矿物含量从15%增至50%,20/40目支撑剂导流能力的降低率从13.84%增至31.34%;20/40目、30/50目和40/70目陶粒以3∶1∶1的比例铺置时最优,该组合最终导流能力为116.7 D·cm;破胶液黏度为1 mPa·s时,支撑剂导流能力最高。试验结果表明:随着黏土矿物含量增大,支撑剂导流能力逐渐降低;支撑剂的破碎主要由于支撑剂颗粒相互挤压而非与储层的相互作用;不同粒径支撑剂组合铺置时,大粒径支撑剂占比越大,导流能力越高;随着闭合压力升高,小粒径支撑剂破碎所造成的渗透率下降是造成导流能力降低的主要原因;破胶液黏度越低,支撑剂导流能力越高。研究结果可为南海低渗透油气藏压裂选层和优化压裂方案提供依据。      

页岩气体积压裂缝网模型分析及应用

对低渗透页岩储层进行体积压裂改造以形成复杂裂缝网络是获得页岩气经济产能的关键,压裂改造体积和缝网导流能力是评价体积压裂施工效果的关键指标,同时对压裂优化设计、压后产能预测及经济评价也具有重要意义。为此,在分析页岩气体积压裂特点的基础上,对两种主要页岩气体积压裂缝网模型的假设、数学方程及参数优化方法进行了比较分析,并结合美国Marcellus页岩区块现场参数对页岩储层压裂方案进行了优选。结果表明：离散化缝网模型及线网模型均能有效表征复杂缝网几何特征,模拟缝网的扩展规律和缝网中压裂液流动及支撑剂运移,获得缝网几何形态参数,可优选压裂施工方案;天然裂缝发育的页岩层是体积压裂改造的重点,水平地应力差越小则越易形成复杂缝网,施工排量越大,压裂液泵入总量越大,则储层改造体积范围越大,缝网导流能力越高,页岩气产能就越高。     

煤层压裂裂缝延伸及影响因素分析

为提高煤层压裂效果,采用拟三维裂缝延伸模型,系统全面分析了岩石物性参数(弹性模量、泊松比、断裂韧性)、地应力差、产层厚度、施工条件(排量、黏度、压裂液滤失性)等对裂缝几何形态的影响。、结果表明：应力差、排量、产层厚度等与缝长、缝宽成正相关;弹性模量、泊松比、断裂韧性、排量、黏度等与缝高成正相关;滤失与缝高、缝长、缝宽三者成负相关,此研究结果对获取理想的裂缝几何形态有重要的理论指导意义。     

煤岩水力压裂裂缝形态实验研究

水力裂缝形态的正确判断是压裂施工设计和产能预测的重要部分,针对煤岩进行真三轴水力压裂,研究水平裂缝、垂直裂缝和复杂裂缝之间的转换条件,得出判断依据。实验证实:应力差(最小水平地应力减去垂向应力)为4～6MPa时,水力裂缝形态在垂直裂缝和水平裂缝间转变;在等应力差状态下,高围压状态会使水力裂缝形态趋于复杂;天然裂缝和割理对水力裂缝起裂与延伸过程产生不同影响;煤岩应力状态主导水力裂缝走向,当应力差异系数K_v在0.6~0.7之间时,煤岩内部天然裂缝和割理对水力裂缝形态有显著影响;并且在不考虑井眼附近天然裂缝时,需要苛刻的应力条件使水力裂缝的起裂阶段表现为水平裂缝。     

致密气水平井分段多簇压裂关键参数优选

针对致密气藏压裂效果差的问题,综合考虑排量、射孔摩阻、压裂后生产数据等参数,运用弹性力学方法,建立诱导应力计算模型。结合实际井数据,优选了簇间距、射孔数目、射孔位置等参数,结果表明：簇间距的选取受施工净压力与地应力差限制;单段总射孔数目受排量、地应力差影响,单簇射孔数目与簇数需根据实际条件调节;最佳射孔位置为含气量高、天然裂缝发育、地应力差较低的区域。该文对致密气藏现场选取合理射孔参数,提高压裂效果具有重要指导作用。     

页岩气水平井段内多簇裂缝同步扩展模型建立与应用

水平井分段多簇压裂技术是开发页岩气藏的核心技术手段,分析段内多裂缝同步扩展规律和进行段内簇间距优化设计对提升水平井压裂效果具有重要意义。基于多层压裂流量动态分配思想,考虑缝间应力干扰、射孔和摩阻压降损耗、滤失等影响建立多簇裂缝同步扩展数学模型,利用改进Picard法进行方程组求解并开展敏感性分析。研究结果表明,簇间距对多簇裂缝扩展的影响最为明显,当簇间距达到缝高高度时,缝间力学干扰则几乎可以忽略;簇间距越近,则整个缝簇系统受到应力干扰影响越为明显,而加大压裂液黏度则可以明显改变缝宽,一定程度上抵消应力干扰影响;地层滤失系数增加则会显著降低改造体积范围,射孔密度对缝簇扩展影响较小。提出的段内多裂缝扩展数值模型简化了数学建模步骤,综合考虑了影响裂缝扩展的岩石力学和工程因素,且计算速度快,精度可靠,可为水平井段内簇间距压裂优化设计工作提供技术支持。     

煤岩裂缝分形及对压裂滤失的影响

煤岩裂缝对压裂液滤失的影响十分重要,煤层内部存在大量不规则的天然裂缝,常规的裂缝描述方法已不适用.根据煤岩裂缝分布形态与裂缝密度的显著分形特征,采用分形维数的方法研究裂缝的分布和密度.通过实验分析了应力敏感性对渗透率的影响,计算了应力敏感性条件下的压裂液滤失系数,探讨了裂缝分形维数与压裂液综合滤失系数的关系.研究结果表明:有效应力减小,渗透率和压裂液综合滤失系数均增加;分形维数增大,裂缝分布越密集,复杂程度越高,压裂液综合滤失系数呈显著的指数递增趋势.