考虑射孔摩阻的水平井段内多裂缝流量均衡分配规律研究

水平井分段多簇压裂过程中,簇间应力阴影将引起多裂缝进液差异。页岩气藏生产测井数据表明,超过40%的射孔簇对油气产量无贡献。为揭示多裂缝非均匀扩展机制,建立了考虑多孔介质流固耦合的多裂缝竞争扩展有限元模型,构建了井筒流动模型,并对压裂液流动压降进行了简化表征,设计引入了管流单元和流体连接单元,有效模拟了井筒与孔眼处的流量动态分配,研究了射孔摩阻对多裂缝进液分配比例的影响规律。结果表明:当射孔摩阻增大到特定阈值时,多裂缝流量分配比例将由簇间应力阴影转变为射孔摩阻控制,合理布置低孔密、孔数可有效增大射孔摩阻,促进多裂缝均衡扩展;利用该模型对西南某区块X水平井射孔方案进行优化,当簇间距为15 m、孔径为0.015 m、总孔数由50降至32时,单簇平均进液量提高了0.125 m^(3)/min,各簇进液差异系数为3.9%;非均匀布孔时,单簇平均进液量提高了0.101 m^(3)/min,各簇进液差异系数为4.1%。该研究为水平井多裂缝均匀扩展提供了理论方法和参考依据。

数据-知识混合驱动的压裂球座坐封有效性智能诊断方法

水平井桥塞分段压裂时的桥塞球座坐封有效性实时诊断是其关键环节,若球座坐封失效,将无法正常进行后续作业,目前主要依靠人工观察井口压力变化特征,难以快速准确判识。为此,融合专家经验定性判识和坐封数据特征挖掘定量标注,滑动窗口数据切片形成5792组标签数据,优选井口压力–排量二维输入的长短期记忆神经网络,建立了压裂球座坐封有效性智能诊断模型,并采用欠采样平衡数据集方式提升模型预测精度。结果表明,井口压力呈现显著的陡升—陡降—平缓上升的三阶段特征,若井口压力缺失某个阶段特征,则为坐封失效;井口压力斜率统计值分布范围较大,无法形成明确规则实现准确诊断。采用人工智能技术学习不同井口压力形态的有效/无效坐封数据特征,实现了每秒输出诊断结果,测试集准确率96.8%,验证集准确率84.3%。研究结果为桥塞球座坐封有效性实时自动诊断提供了方法。

强缓速低摩阻低伤害纳米均相缓速酸

针对碳酸盐岩储层改造乳化酸高摩阻、稠化酸聚合物残渣伤害问题,首先通过拟三元相图,以非离子型表面活性剂(三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚)、阳离子型表面活性剂(季铵盐)、助表面活性剂(醇)为原料制备纳米乳液,然后将20%盐酸、5%纳米乳液、0.1%减阻剂(阳离子聚丙烯酰胺)及功能型添加剂混合制得纳米均相缓速酸。采用旋转岩盘仪、扫描电镜、EDS能谱仪、电导率仪、粒度分析仪、界面张力仪、润湿角测定仪、摩阻仪、酸蚀裂缝导流仪、岩心流动仪等评价了纳米均相缓速酸的性能,分析了缓速机理、高酸蚀裂缝导流机理和溶垢机理。结果表明,纳米均相缓速酸是一种内相为油、外相为酸的纳米均相分散体系,粒径分布为8~100 nm;其具备强缓速(缓速率大于90%)、低摩阻(降阻率大于75%)、低黏、低伤害和高酸蚀裂缝导流性能;可同时溶解有机垢和无机垢,对沥青和碳酸盐岩的溶解率分别为6.91%和100%;可解除储层乳化、水锁、润湿改性伤害。纳米均相缓速酸通过带负电纳米乳液吸附在带正电灰岩表面,建立酸岩“隔离屏障”,实现强缓速;通过差异化酸蚀及黏性指进,实现高酸蚀裂缝导流;通过纳米乳液特殊的油水互溶结构,实现有机垢和无机垢的同时解除。该体系在海上油田现场成功应用,增产效果显著,对碳酸盐岩储层深部改造及多重伤害解除具有重要意义。

涪陵气田立体开发地质工程一体化实践

针对涪陵页岩气田一次井网开发后剩余气储量动用不充分的问题,立体开发地质工程一体化技术是提高气藏采收率,实现对剩余储量精准动用的核心手段。通过建立页岩气地质工程一体化高效开发新模式,创新形成页岩气建模数模一体化技术进行剩余气精细研究,明确页岩剩余气分布情况;通过地质工程双甜点耦合,明确穿行黄金靶窗,建立“资源+应力+天然裂缝”三位一体分层效益组合体划分标准体系;基于剩余气差异化分布形态,建立“地质—钻井—压裂—地面协同优化”钻井与压裂优化设计流程;通过实时监测进行钻井轨迹与压裂施工的动态调整,建立一体化数据共享平台及实时决策系统。立体开发地质工程一体化技术指导焦石坝区块预期采收率从12.6%提高到23.3%,立体开发区采收率达39.2%。该技术的应用使页岩气钻采投资、10×10^(8)m^(3)产能建设投资及开发成本逐年缩减,有效指导了涪陵页岩气田提高采收率与高效开发。

单相缓速酸酸蚀裂缝导流规律

低渗碳酸盐岩酸压成功的关键在于酸压后形成可在地层闭合压力下保持高导流能力的酸蚀裂缝。单相缓速酸是一种具有纳米结构、低伤害、低摩阻及高缓速性能的新型酸液体系,应用潜力大,但其酸蚀裂缝导流规律尚不明确。以光滑岩板和粗糙岩板为实验对象,以盐酸、胶凝酸和乳化酸为对比,利用酸液刻蚀和酸蚀裂缝导流实验、表面形貌扫描和连续强度测试仪,研究了酸液类型、交替注入级数、注入速度、黏度比、反应时间、岩板类型对导流能力的影响。结果表明:单相缓速酸相对于盐酸、胶凝酸和乳化酸,可形成强沟道型刻蚀形貌,差异化溶蚀程度高,岩板强度损伤减缓,在高闭合压力下可保持较高的导流能力。提高酸液交替注入级数(≥3级)、注入速度、黏度比(黏度差≥50 mPa·s)及岩板初始表面粗糙度,有助于形成优势酸液流通通道。单相缓速酸实现高导流酸蚀裂缝机理为:(1)黏性指进形成差异化刻蚀沟道;(2)主蚓孔滤失形态及“虹吸”效应减缓裂缝表面强度损伤。

致密油储层压裂裂缝扩展规律分析及影响研究

以鄂尔多斯延长组长7裂缝性致密油储层为例,开展致密油储层裂缝扩展实验研究,分析裂缝扩展的影响因素,并对裂缝扩展规律进行模拟分析,实验结果表明:长7致密油储层岩石杨氏模量、泊松比和抗压强度波动范围广,造成数值差异较大;矿物组成分布差异为3%~46%,平均值为16.85%左右;该区块储层岩石发育部分的天然裂缝,储层最大水平主应力和最小水平主应力差异较大,储层水平和垂直方向上的孔、渗、饱等物性差异较大。天然裂缝的形成和发展受自然裂缝存在与地应力场差异这两个关键因素的显著影响,长7储层原始状态下裂缝的形态呈现低角度。

二氧化碳在致密储层基质中的作用距离研究

致密油衰竭开采过程中压力、产量下降较快,补充地层能量是提高原油采收率的必要措施。CO_(2)是常用补能介质之一(CO_(2)吞吐、前置蓄能),CO_(2)增产效果与其在储层中的作用距离息息相关,针对该问题从实验和数值模拟两方面开展了CO_(2)在致密储层基质中的作用距离研究。CO_(2)传质包括对流和扩散两种方式,首先采用高温高压反应釜和致密储层岩心进行CO_(2)扩散实验,结合Fick径向扩散模型,测得了CO_(2)在致密岩心中的扩散系数;然后采用CMG软件进行CO_(2)对流、扩散建模,基于模型进行广泛的数值模拟,分析渗透率、扩散系数、驱替时间对CO_(2)作用距离的影响。研究表明,扩散系数与渗透率有关,在目标储层岩心渗透率级别下,扩散系数在10^(-10)~10^(-8)m^(2)/s范围;CO_(2)作用距离取决于对流和扩散作用,扩散作用对CO_(2)作用距离影响明显,渗透率越低,扩散作用影响越明显,渗透率越高,对流作用越主导;渗透率是CO_(2)在基质中作用距离的决定性因素;CO_(2)在致密储层基质中的作用距离较小,60d的作用距离不到10m。

页岩气储层压裂返排一体化裂缝导流能力变化规律

为研究页岩气储层压裂返排一体化过程中裂缝导流能力的变化规律,结合页岩气储层生产特点,模拟了整个压裂—返排—生产的过程,开展气测—液测—气测3个连续阶段裂缝导流能力测试实验,研究了整个过程中裂缝导流能力的变化规律。结果表明:在闭合压力为35 MPa的条件下,采用蒸馏水模拟压裂后,由于页岩水化的作用,石英砂支撑剂的导流能力降低幅度高达80.4%;在模拟返排过程中,按初始气测排量的25%、50%、75%、100%进行气测导流能力实验,裂缝导流能力逐渐升高,实验方案中其最大恢复值为初始值的65.9%;实验模拟了生产过程中由于页岩气井产量变化造成的地层压力波动对裂缝导流能力的影响。研究结果对页岩气储层压裂方案设计优化和高效开发具有一定的参考意义。

基于数字图像技术的致密砂岩纯剪裂缝断裂过程实验

纯剪应力状态下致密砂岩断裂过程是理解致密砂岩破坏失效机理的关键,然而在纯剪应力状态下,初始裂缝是发育扩展为I型裂缝或II型裂缝却一直有所争议。本文基于新型光学测量技术数字图像相关法和双切边压缩实验理论方法,开展了双切边压缩实验并通过数字图像相关法得到了位移和应变场。实验结果表明:双边开槽压缩实验能在槽尖(预制裂缝尖端)产生纯剪应力状态;致密砂岩试件起裂过程包含2个阶段的I型裂缝,第一阶段裂缝从槽尖起裂,第二阶段裂缝从试件中心两槽尖相连区域起裂。本文研究成果为数字图像技术应用在岩石断裂力学领域提供了新思路,对分析水力压裂中致密砂岩纯剪裂缝的演化规律有一定参考价值。

页岩油藏水平井分段多簇压裂全井段裂缝扩展数值模拟——以济阳坳陷沙河街组为例

济阳坳陷古近系页岩油资源量达40.5×10^(8) t,展现出良好的勘探开发前景。但页岩油储层埋藏较深、构造复杂、非均质性强,页岩油储层水力压裂裂缝扩展规律尚不明确。为准确预测水力压裂裂缝的扩展形态,建立了基于无量纲近似解的裂缝扩展流固耦合模型。根据济阳坳陷页岩油储层地质工程特征,对该区块一口典型的页岩油水平井开展了裂缝扩展模拟,并将微地震和示踪剂监测结果与模拟结果进行了对比。结果表明:模拟缝长与微地震折算缝长的整体趋势基本一致;模拟结果和示踪数据监测结果的吻合度高于其与微地震监测结果的吻合度;在某些井段,示踪剂结果和微地震结果与模拟结果高度一致。该研究可为济阳坳陷页岩油藏压裂方法设计提供指导。

海上低渗潜山储层缝网压裂可行性评价方法

海上低渗潜山储层开发难度大、开发经济界限高,开发效果受压裂改造体积影响很大。采用地质工程一体化方法,在地质模型和力学模型的基础上,研究认为M潜山储层可以形成复杂人工缝网。为进一步提高裂缝复杂程度,建立了以储隔层应力差、隔层厚度、逼近角、水平应力差异系数为参数的缝网评价方法,并给出了最优值,认为储隔层应力差小于4MPa或隔层厚度小于7m时,可以实现人工裂缝穿层,实现裂缝复杂化。该研究对论证海上低渗潜山储层压裂能否形成复杂缝网,提高单井初产和累产具有很好的指导作用。

中国海油低渗及非常规油气藏储层改造技术进展及展望

中国海上低渗及非常规油气开发存在产能低、投资大、操作费用高、收益较低及单井经济任务重等问题。经过技术攻关,中国海油形成了平台压裂、钻井船压裂和拖轮压裂等海上储层改造作业模式,研发出集海上低渗储层改造液体系、海上控水支撑剂技术、低渗储层压裂管柱设计和海上储层改造监测技术为一体的海上低渗储层改造技术,以及适用于陆上深煤层大规模压裂技术。本文综述了中国海上低渗油气储层改造技术及陆上深煤层大规模压裂技术研究进展,展望了未来储层改造重点发展方向,对推动中国海油低渗及非常规油气开发技术进步有重要指导意义。

基于阵列声波测井的井下多尺度压裂效果评价方法

为有效监测水力压裂效果、提高储层压裂效果评价精度,基于阵列声波测井资料的井下压裂效果评价方法,采用反射斯通利波提取和成像技术定量表征近井筒压裂缝,建立适用于测井观测系统的叠前深度偏移成像算法,以实现远井压裂缝的高精度成像,形成了基于阵列声波测井的井下多尺度压裂效果评价方法,并在中国西部某油田X1水平井成功应用。研究表明,基于阵列声波测井资料评价的压裂缝发育程度与压裂液注入量呈正相关关系,并且压裂缝最为发育层段与地震蚂蚁体属性图中天然裂缝发育位置一致。基于阵列声波测井的井下压裂效果评价方法的提出,对表征井周数十米范围内不同尺度压裂缝的发育情况具有重要意义,对更好地发挥水力压裂技术对能源勘探开发行业的支撑作用具有一定指导意义。

不同支撑剂组合方式下页岩导流能力实验评价

为了深入了解多粒径支撑剂组合条件下页岩储层导流能力的大小,依据达西定律,采用API支撑剂实验装置,评价分析不同支撑剂质量比例、粒径、铺砂浓度、类型、流体类型、岩性等对导流能力的影响。实验结果表明:随着闭合压力增加,各种支撑剂组合方式下的导流能力都有很大程度下降;相同条件下,铺砂浓度与导流能力呈正相关关系,覆膜砂的导流能力高于石英砂,清水条件下的导流能力高于破胶液,硬度高的页岩储层导流能力高于硬度低的页岩储层;70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂支撑剂组合,在质量比为1∶6∶3时导流能力最优;在高闭合压力下,70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂组合的导流能力,略高于70/140目陶粒+30/50目覆膜砂+20/40目覆膜砂支撑剂组合。可见,对于较软地层采用覆膜砂组合支撑剂,更有利于长期保持较高的导流能力;压裂液选用时更要注重压裂液配方的低伤害性,以提高导流能力。

深层页岩气储层水力压裂裂缝扩展影响机理

现有中浅层页岩气压裂取得的认识难以解释深层页岩气储层压裂过程中水力裂缝扩展的影响机理。为了研究四川盆地深层页岩气储层水力压裂裂缝扩展机理,文中以泸州深层页岩气区LS1平台为研究对象,进行基于地质-工程一体化的水力压裂裂缝扩展数值模拟与分析。首先,根据泸州区块目标井区储层的地质概况,建立地质模型,明确地质力学属性;然后,基于微地震和蚂蚁体数据,建立符合真实储层构造特性的离散天然裂缝网络;在此基础上,根据现场实际施工数据,建立了基于DFN的水力压裂复杂裂缝扩展模型,并基于微地震监测结果对模型进行了验证;最后,还研究了4个单因素对储层改造体积的影响特点。研究结果对深层页岩气储层水力压裂复杂缝网研究有一定的指导作用。

基于淀粉微球交联剂的低浓度羟丙基胍胶压裂液性能研究

目的针对低渗透油藏,需要降低压裂液稠化剂用量,减少对储层的伤害,并确保压裂液具备延迟交联、携砂等性能和耐温耐剪切性能。方法利用反相乳液聚合法合成淀粉微球,通过硅配体和硼羟基修饰淀粉微球表面,制备了一种交联性能优良、伤害性低的微球型硅硼交联剂(KBSM)。结果KBSM交联剂能够实现多活性位点交联,增强交联密度,从而降低羟丙基胍胶(HPG)的用量,具有延迟交联特性。其延迟交联时间在2~6 min内可调。质量分数为0.2%的HPG交联冻胶在120℃、170 s-1剪切120 min后的黏度为80 mPa·s。交联冻胶中砂质量分数(以下简称携砂比)为40%时,陶粒沉降速度为0.1167 cm/min。加入质量分数为0.25%的过硫酸铵破胶剂可使交联冻胶在90℃下、120 min内完全破胶,且残渣质量浓度为214 mg/L。同时,破胶液的岩心损害率为26.55%。结论基于淀粉微球交联剂的低含量羟丙基胍胶压裂液对于降低低渗储层伤害有一定的指导意义。

页岩数字岩心重构与水力压裂数值试验

为了实现对深部页岩油储层水力裂缝扩展规律的精细研究,以吉木萨尔凹陷芦草沟组陆相页岩油储层下甜点主要油层段为研究对象,对3684.62~3705.70 m深度范围内的20组页岩样品进行扫描并构建数字岩心,开展水力压裂数值试验.试验获得了各模型的破裂压力和水力裂缝扩展路径.结果表明:破裂压力随孔隙度的增加而降低,随着脆性矿物体积分数的增加而增加,和石英体积分数呈现较明显的线性关系.水力裂缝在孔隙位置起裂,连通独立的孔隙区域并沿着贯通的孔隙区域继续扩展.在远离孔隙区域时,水力裂缝主要沿垂直于最小主应力方向延伸.水力裂缝的复杂程度均随石英体积分数和孔隙度的增加而增加,但也会受到矿物分布形态的影响.当石英体积分数或孔隙度较高且呈现大面积连通分布时,水力裂缝的扩展受到抑制,水力压裂的增渗改造效果较弱.

生物柴油基减阻剂研制及滑溜水压裂液体系构建

为了解决常规白油基滑溜水体系在运输过程中容易分层以及减阻剂溶解太慢、对环境污染大等问题,首先通过测试不同相对分子质量及水解度的减阻剂F1~F6的溶解性和增黏性能优选了减阻剂F4;通过对稠化剂、分散剂及固液比筛选,研制了配方为34.0%生物柴油+3.0%稠化剂F-120+3.0%分散剂S-85+60.0%减阻剂F4的生物柴油基悬浮减阻剂,并将生物柴油基悬浮减阻剂与助排剂、防膨剂构建变黏滑溜水压裂液体系。实验结果表明,减阻剂F4在180℃下恒温剪切2 h后的表观黏度保留率为33.0%,热稳定性较好;变黏滑溜水压裂液具有良好的抗剪切能力和抗温性能,在剪切速率为170 s^(-1)下长期剪切后,常温下黏度保留率均可达90%以上,90℃下黏度保留率均达50%以上,其中高黏滑溜水压裂液黏度保留率可高达70%以上,低黏滑溜水压裂液的减阻率可达70%以上;高黏滑溜水压裂液的携砂性能比低、中黏滑溜水压裂液的高,且沉降速率最低,为0.005272 m/min。变黏滑溜水压裂液破胶后表面张力均小于27 m N/m,与煤油间的界面张力均小于2.0 mN/m,破胶液黏度均小于5.0mPa·s,且残渣含量均小于50 mg/L,满足标准要求。

通道压裂中支撑剂团排列方式对裂缝导流能力的影响

高速通道压裂是以支撑剂团支撑裂缝并获得更高裂缝导流能力的新型压裂技术。为了探究支撑剂团排列方式对裂缝整体导流能力的影响,文中在考虑闭合压力作用下支撑剂团和裂缝壁面变形的基础上,建立了一种流体在高速通道和支撑剂团中耦合的流动模型,并对交错型和正对型支撑剂团排列方式的裂缝整体导流能力进行模拟,分析了支撑剂团半径和间距对裂缝整体导流能力的影响。结果显示:支撑剂团半径的减小和支撑剂团间距的增大均会导致裂缝支撑效果变差,正对型和交错型支撑剂团的半径均不宜小于0.100 m,支撑剂团间距不宜大于0.25 m;相同条件下,交错型支撑剂团填充的裂缝导流能力要比正对型支撑剂团填充的裂缝导流能力平均高53.53%。

延长油田东部浅层致密油储层驱油压裂技术及应用

南泥湾采油厂浅层致密油储层采用滑溜水分段压裂取得初步成效,但产量递减快,原因之一就是油藏能量不足。针对浅层致密油藏增能需求,采用大排量、大液量、低砂比的驱油型滑溜水压裂液滞留地层,补充地层能量,通过焖井进行油水置换,形成驱油压裂技术。根据施工排量控制总射孔数,按照每孔排量最少0.3 m^(3)/min进行压裂,压后焖井,通过优化压裂缝模拟设计形成较大的储层改造体积,达到体积压裂的效果。评132井区平2井现场试验结果表明,该工艺实施简单,整个施工泵压较低且平稳,排量稳定,取得了较好的增产效果。