压裂过程中多裂缝产生因素分析及处理措施

压裂过程存在多裂缝是近年来对压裂技术的新认识,多裂缝的存在对压裂施工及压后产能都会产生较大的负面影响,而处理多裂缝是压裂改造技术的一个难点。从提高压裂成功率及压后效果的角度出发,分别分析了多裂缝的形成原因及几何形态,研究了多裂缝的理论特性,在研究现场施工曲线的基础上归纳了多裂缝敏感性特征,最终从根本避免产生多裂缝和减少多裂缝的负面影响两个方面提出了优化钻井方案、优化射孔井段、采用定向射孔、优化施工排量及增加液体黏度等多种措施。同时笔者提出了处理多裂缝问题的艰巨性,需要进一步研究新工艺、新措施,为进一步认识、研究和处理多裂缝提供了理论依据和技术支持,为复杂储层的压裂改造提供了参考。

多尺度支撑剂组合加砂技术在压裂过程中的应用研究

随着勘探开发井深度的增加及开采难度的加大,压裂裂缝的复杂程度也越来越大,窄裂缝、弯曲裂缝、多裂缝不断涌现,经常导致加砂困难或支撑裂缝质量差等问题。同时在压后返排过程中时常出现支撑剂返吐现象。以上问题严重影响了压裂效果。多尺度支撑剂组合加砂技术是把不同粒径支撑剂的优点结合起来,在裂缝复杂或狭窄的区域加入流动性较好的小粒径支撑剂,在裂缝条件较好的区域添加大粒径支撑剂,提高压裂成功率及支撑裂缝的质量,减少了支撑剂回吐的几率,避免在裂缝口部出现瓶颈现象。本文分别从理论上研究了小粒径加砂、大粒径加砂以及组合支撑剂加砂技术的特点,然后进行了室内试验研究以及产能分析,最终得出了不同粒径支撑剂组合加砂技术的优点及应用方法,为提高压裂成功率及裂缝的质量提供了依据。

热污水压裂液技术研究及应用

低渗透高凝油藏压裂开采的一个难点是冷伤害,热压裂液技术是一项有效的技术措施。热污水压裂液技术是一项简便可行的技术,其具有成本低廉,配置方便,与地层配伍性强等特点。但是,油田回注污水含有固体杂质、油及细菌易对储层造成伤害,且矿化度高、pH值低、含有大量的二价金属离子易造成交联性能差,与压裂添加剂配伍性差等特点。本文从分析油田回注污水的性质出发,分析了热污水配置压裂液的难点,提出了解决思路并通过试验优化出了热污水压裂液的最佳配方.用试验的方法对热污水压裂液体系的性能进行了测试,试验结果显示交联耐温性能、破胶性能均满足压裂施工需求,伤害性能与清水压裂液相近,最后进行了现场应用获得了成功。本研究为低渗透高凝油的压裂开采提供了一套切实可行的方法。

压裂过程储层伤害及防治措施新探

压裂伤害是多年来一直备受关注的问题,其直接影响了低渗透油气藏的增产。随着现在压裂过程技术的发展,压裂伤害因素又有所改变。多年来研究者从入井液着手进行了大量的研究,本文则全面系统地从压裂过程可能造成伤害的所有原因出发,分别研究物理因素伤害和外来因素伤害,提出处理措施,为低渗透油气田压裂增产提供参考依据。

分布器结构对环流反应器气含率分布的影响

采用κ ε二方程模型和欧拉多相流模型 ,对一种单筒单级气升式气液环流反应器内的湍流气液两相流进行了全尺寸的数值模拟研究 ,考察了采用 3种不同气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节 .模拟结果表明不同结构的分布器对总体气含率和内筒中的两相速度分布有很大影响 ,因而对气含率分布和气液两相接触效果有较大影响 ,从而对反应过程产生影响 .单环分布器产生的气液两相接触效果较差 ,对于反应过程很不利 .对于大直径的环流反应器推荐使用多环分布器 .计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比 ,吻合较好 .

FCC沉降器全部空间三维流场的数值模拟

采用数值模拟方法模拟了一种典型FCC沉降器内的紊流过程。采用Fluent软件首先计算了1个旋风分离器中的流场,并与实验数据进行对比,验证了所采用的模型和计算方法,随后对整个沉降器进行计算。在计算过程中未对沉降器的复杂结构进行简化,所建立的几何模型包括沉降器内部区域和两级旋风分离系统内部区域的全部流动空间,计算结果给出了沉降器所有空间内的流动细节。采用Reynolds应力输运模型对紊流进行处理,可以较好地吻合湍流的各向异性效应。

耐高温压裂液增稠剂的制备及耐温构效关系

高温稳定性是疏水缔合聚合物压裂液最重要的性能之一。本试验用水溶液聚合制备了带有刚性侧基的疏水缔合聚丙烯酰胺(HACA),并研究了其流变性和耐温性。研究发现,4%(w)HACA水溶液在150℃、170s-1条件下剪切2h,表观粘度为99mPa.s;与普通聚丙烯酰胺(PAM)溶液相比,两者稀溶液特性粘数相近,而HACA半稀溶液表观粘度更高,说明HACA在水溶液中发生了疏水缔合作用;相对于普通PAM以及只含单一疏水基团或者刚性基团的PAM来说,HACA体系有更强的增粘能力、更快的粘度回复速度以及更好的高温稳定性。本试验的研究成果对疏水缔合型聚合物压裂液体系的开发研究工作有一定的指导意义。

羟丙基瓜胶压裂液流变行为影响因素研究

以哈克流变仪为主要工具,通过测定170 s-1、120 min时间内羟丙基瓜胶压裂液的抗剪切性能,对瓜胶压裂液流变行为的影响因素进行研究。室内试验表明,影响羟丙基瓜胶压裂液流变行为的因素众多,稠化剂、交联剂、温度稳定剂以及pH调节剂均对压裂液的流变行为产生较大影响。

页岩油储层CO_(2)前置蓄能对压裂液返排效率影响规律

CO_(2)前置蓄能压裂具有增能效果好、返排速度快、储层伤害小等优势,是一种极具前景的储层改造措施。利用数值模拟方法考察了储层参数(毛细管压力、基质渗透率)和工程参数(焖井压力、焖井时间、返排速度和返排压力)对页岩油储层CO_(2)前置蓄能压裂返排效果的影响规律,分析了各参数对压裂液返排效率的影响机制。结果表明,储层渗透率和毛管力越低,压裂液返排阻力越大,返排率越低;渗透率对CO_(2)蓄能效果的影响更为显著,毛管力对压裂液返排速度的影响很小。工程因素主要通过对CO_(2)的有效蓄能和液体压裂液因渗吸、滤失等原因滞留来影响返排效果。优化的返排参数范围内,压裂液返排率提升超过5%,原油采收率提升超过7%。在该制度下CO_(2)前置蓄能不仅可以为储层提供充足的返排和生产动力,还可以提高孔隙动用范围,提高原油采收率。

腰英台油田压裂工艺研究

腰英台油田具有超低渗、储层层多、层薄、物性差、储层微裂缝发育的特点,压裂开发的难度大,成功率低,油井压裂效果不理想。本文针对该油区主力层位青山口组隐蔽天然裂缝发育、压裂过程压裂液虑失大、加砂难、排液难等问题,通过研究其天然裂缝的虑失特征、分析双重介质储层的水力裂缝延伸规律,并结合实践,逐步总结出以射孔优化、段塞压裂、高砂比小陶粒控缝、控制缝高等配套工艺技术,解决该类储层由于天然裂缝引起的高滤失导致提前脱砂的问题,形成了基本上适合腰英台区块的压裂工艺,提高压裂改造效果,使压裂施工成功率总体上达到80%以上,取得了明显的压裂增产效果,为该类油藏的有效开发动用提供了借鉴。

水平井多簇支撑剂分布数值模拟

在水平井分段多簇压裂中,支撑剂在不同射孔中的分布直接影响到裂缝中的支撑剂铺置,进而影响压裂效果.为研究不同影响因素对支撑剂在水平井筒不同射孔簇间分布规律,基于欧拉-欧拉方法的计算流体力学模型,对水力压裂过程中不同射孔簇内支撑剂的分布状态进行模拟,得到不同条件下不同射孔簇间支撑剂的分布规律.模拟结果表明,由于重力影响,底部射孔中支撑剂浓度高于顶部射孔;当压裂液黏度由5 mPa·s增加到100 mPa·s时,不同射孔簇中支撑剂浓度差降低,促进支撑剂在簇间均匀分布;当压裂液流速由4.3 m/s提高到10.6 m/s时,不同射孔中支撑剂浓度差增大,但利于相同射孔簇中支撑剂均匀分布;当支撑剂密度由1.50×10^(3)kg/m^(3)增加到3.00×10^(3)kg/m^(3),且支撑剂粒径由150μm增加到600μm时,支撑剂沉降速度加快,使不同射孔簇中支撑剂浓度差增大,影响支撑剂在簇间均匀分布.研究结果可用于指导水力压裂加砂设计.

压裂液体系对岩心渗流能力的影响

从分析压裂过程中影响岩石渗流能力的各种因素出发,在室内分别进行添加剂对储层伤害程度影响的岩心流动实验,绘制了流量、压力梯度关系曲线并进行对比分析,利用反推的方法对毛管力、润湿性能及黏土膨胀运移等影响因素进行了排序,影响程度由大到小分别为毛管力、润湿性能、黏土膨胀运移。根据实验结果进行了优化压裂液体系的现场应用试验,验证了通过优化压裂液可以改善渗流能力、提高压后产能的理论,为优化清洁压裂液提供了理论指导,对提高低渗透油气田采收率的措施进行了探索。

含纹层陆相页岩力学参数的尺寸效应及其对压裂裂缝的影响

济阳坳陷陆相页岩中的含纹层泥质灰岩相页岩具有较好的储集物性,但发育的纹层使储层力学性质具有强非均质性,导致其力学参数的尺寸效应明显。以胜利油田博兴洼陷含纹层泥质灰岩相页岩岩心为例,采用三维有限元数值模拟方法,系统研究岩心力学性质及压裂裂缝的尺寸效应。结果表明:当岩心尺寸小于500 mm时,其单轴抗压强度和弹性模量的尺寸效应显著,不同围压下岩心抗压强度和弹性模量与单元尺寸呈负指数关系,且水力压裂破裂压力随单元尺寸的增大而减小。在博兴洼陷,当单元尺寸为1.5 m时,数值计算得到的破裂压力和改造体积更接近于真实地层,建议在满足计算效率的条件下采用单元尺寸小于1.5 m的单元网格开展模拟设计。

不同孔隙度人工岩心流固耦合特征试验研究

孔隙度对岩心的渗流-力学参数具有决定性作用,非均匀性导致天然岩心孔隙度对渗流-力学参数的影响程度离散性大、规律性不强;利用人工岩心,可以限定其孔隙率、孔径等性质,量化孔隙度的影响程度。利用水泥、骨料制备不同孔隙特征的人工岩心,开展分级围压条件下岩心物理力学测试,分析孔隙度对岩心渗透率、强度以及弹性参数的影响规律、以及材料配比与孔隙度的相关性。该研究可望为人工岩心制备及岩心渗流力学性能分析提供参考。

深层页岩油水平井密切割裂缝均衡扩展数值模拟——以胜利油田YYP1井为例

中国页岩油储层非均质性强、粘度高和可改造性差,水平井分段多簇射孔体积压裂难以形成复杂的裂缝网络,单缝"缝控储量"低,必须寻求新的工艺突破。通过增加单个压裂段内的射孔簇簇数,使多个射孔簇裂缝在射孔段内均衡扩展,对页岩储层进行密切割,实现页岩油储层的充分改造,是中国页岩油高效开发的关键。考虑数千米长压裂管柱与射孔孔眼的摩阻以及多裂缝之间流体的竞争分配,建立页岩油水平井密切割多裂缝动态扩展的渗流-应力-损伤模型,并通过现场压裂施工数据验证其正确性。根据胜利油田页岩油储层的地质工程特征,开展射孔簇簇数、射孔孔眼数量、压裂施工参数等对多裂缝流体流量分配、应力干扰及裂缝几何形态影响的数值模拟研究发现:单簇裂缝扩展时,裂缝诱导应力最优波及距离为10 m左右;簇间距为10 m时,三簇裂缝均衡扩展射孔密度为20孔/m,施工排量为12 m^(3)/min,压裂液粘度为30 mPa·s;4个射孔簇时,压裂液均匀分配和裂缝均衡扩展的簇间距为10 m。此项研究为胜利油田页岩油勘探开发的突破奠定了理论基础。

基于能量守恒的半解析半数值多裂缝扩展模拟方法

为研究水平井在进行水力压裂时的裂缝扩展机理,将无量纲近似解与能量守恒相结合,建立一种半解析半数值的多裂缝扩展模拟新方法,并开发高精度和高效率的裂缝扩展程序C5Frac。使用该方法分别针对单裂缝和多裂缝扩展进行模拟,并使用隐式水平集算法(implicit level set algorithm,ILSA II)进行对比验证。结果表明:单裂缝扩展时,C5Frac计算得到的裂缝半径、缝口宽度和进液效率与参考解的误差均在1%以内;多裂缝扩展时,C5Frac计算得到的裂缝半径、缝口宽度和缝内流量与ILSA II非常接近,裂缝总面积与ILSA II的误差保持在5%以内,且运算效率得到明显提高。该模拟方法可以在保证结果准确性的同时大大减少计算时间,可为多裂缝扩展数值模拟研究提供新思路。

低渗油藏储层物性及敏感性对高速注水效果的影响

低渗透油藏具有孔隙度小、非均质级差大、敏感性强等特征,注水开采效果差异较大。通过开展室内长岩心高速注水实验,探究不同储层物性及敏感性对采出程度和压力传导的影响。结果表明:岩心渗透率越低,高速注水效果越明显,低渗岩心注入端压差是高渗岩心的8.5倍,采出程度是其1.04倍;裂缝的存在会导致蓄能效果下降,裂缝长度占比从12.5%上升到37.5%,最终采出程度降低4.5%,蓄能效果降低26%;水敏越强的岩心在低矿化度注入水的注入能力变低,使驱替压差大幅提高,但采出程度相比无水敏时降低21.5%;注水速度越高对岩心的采出程度和采油速率提高的越显著,高速注入压力为低速注入的2.5倍,注采压差为低速注入的6倍以上,注水速度存在最佳值为1.5 mL/min。该研究结果对低渗油藏注水开发生产具有重要指导意义。

东营凹陷陆相页岩油CO_(2)增能压裂裂缝形态研究

CO_(2)增能压裂改造效果与生产效果评价受压裂裂缝分布的影响。为明确东营凹陷陆相页岩油CO_(2)压裂造缝机理,通过试验确定了CO_(2)浸泡下岩体破裂压力、天然裂缝剪切/张开应力和地应力随时间的变化;在此基础上,考虑CO_(2)浸泡下的岩石应力参数,采用Pen-Robinson方程刻画CO_(2)物性参数变化,结合试验和数模方法,形成了基于节点连接方法的CO_(2)增能压裂裂缝扩展模拟方法,并对东营凹陷某油井进行了实例分析。研究结果表明,CO_(2)比例对分支缝密度的影响较大,当CO_(2)比例由0.1增加至0.3时,分支缝密度增加117%;应力差主要影响缝长及分支缝密度,水平应力差由5 MPa增至30 MPa时,缝长度增加了52%,分支缝密度下降了13.85%。裂缝形态模拟结果与实际监测结果具有较好的一致性,研究结果可以为陆相页岩油压裂方案的制定提供理论参考。

济阳坳陷泥灰质纹层页岩脆性各向异性数值模拟研究

为了掌握济阳坳陷博兴洼陷北部沙四纯上亚段页岩脆性各向异性的规律,选用该区块樊页X井泥灰质纹层页岩岩心,以通过室内试验获得的岩心应力–应变曲线为基准标定岩石力学参数,采用三维数值模拟方法,计算分析了岩心的泊松比、弹性模量和强度参数;并采用4种典型的脆性指数计算方法,计量了所有岩心的脆性指数。研究发现:随着围压升高,各力学参数的各向异性度都呈下降趋势,且弹性参数较强度参数的各向异性对围压变化更为敏感,因此建议采用弹性参数评价岩心力学特性的各向异性;基于能量守恒原理的脆性指数计算方法计算出的脆性指数较为客观;脆性指数随围压升高而显著降低,且随着层理倾角增大,脆性指数总体上呈先降低、后升高的变化趋势,也即在与内摩擦角角度接近的方向,脆性指数最低,0°和90°取心方向上的脆性指数较高。研究结果可为济阳坳陷页岩油储层可压性评价及选井选层提供理论依据。

材料检测中心的HSE管理工作

胜利油田石油工程技术研究院材料检测中心作为一个质量检测评价机构,其检测作业安全风险多、危险性大,为了提升中心HSE管理水平,提高全员的HSE意识和素质,确保各项工作顺利进行。几年来一直积极探索HSE管理方面的经验和做法,通过一系列行之有效的管理措施,使中心几年来无任何大小安全事故,HSE管理水平大幅提高。本文阐述中心在HSE管理中的一些做法,给相关单位提供一定借鉴。