低渗透油藏水力压裂裂缝与井网组合优化研究

根据地质资料和室内物理模拟试验结果,选取某低渗研究区,建立地质模型,优选合理的参数,对3种井网形式(即菱形反九点井网、排状交错井网、矩形井网)的开发效果通过数值模拟软件进行模拟计算,评价不同井网形式及裂缝参数条件下的模拟结果,最后优选出排列交错井网为最佳井网形式。裂缝穿透率并不是越大越好,应和压裂成本综合考虑,模拟得出的最优穿透率为相对较大的0.75。

基于高能CT扫描的煤岩水力压裂裂缝扩展研究

水力压裂是提高煤层气产量的关键技术,但由于煤岩力学性质的特殊性,使其裂缝扩展规律十分复杂,掌握水力压裂裂缝的形成机制对煤层气开发有着重要的意义。在开采沁水盆地南部区域的大型天然煤岩时,将真三轴水力压裂装置和高能工业CT扫描成像技术相结合,研究了天然裂缝、割理发育情况和地应力对水力压裂裂缝起裂和扩展特征的影响。结果表明:天然裂缝和割理在井筒周围的发育程度决定了水力压裂裂缝的起裂位置和破裂压力,裂缝在基质处起裂的破裂压力显著高于在天然裂缝和割理处起裂的破裂压力;在低水平应力差条件下水力压裂裂缝易沿着天然裂缝和割理随机扩展,随着水平应力差增大,地应力对水力压裂裂缝扩展的控制作用增强,合理的水平应力差范围为2~6 MPa,在此条件下易形成一条水力压裂裂缝为主、连通多条天然裂缝为辅的复杂裂缝系统。研究结果可为国内煤储层的水力压裂裂缝预测和压裂设计提供一定的理论参考和设计指导。

基于电磁方法的水力压裂裂缝探测技术研究进展

水力压裂是促进地层油气藏高产的一项重要手段,对油气田的勘探、开发具有重要意义。水力压裂裂缝是油气藏的主要渗流通道和有效储集空间,裂缝识别是油气勘探、开发的重要环节。关于利用电磁方法进行水力压裂裂缝探测,学者们提出了多种切实可行的技术方案。首先,通过系统调研基于电磁方法的水力压裂裂缝探测相关文献,从空间角度对水力压裂裂缝的主要几何形态进行分类,分析水力压裂裂缝电磁监测方法的优势和不足;基于感应测井理论,通过电磁法监测手段,识别由导电支撑剂填充的水力压裂裂缝。然后,分别从垂直井、水平井和多井三方面对水力压裂裂缝的研究现状与发展趋势进行了详细综述。最后,探讨了基于电磁方法的水力压裂裂缝探测技术的主要问题和困难,认为目前主要的技术难点在于裂缝的复杂形态难以准确把握,多种因素共同影响裂缝形态探测效果。因此,针对具有多尺度特性的水力压裂裂缝的分布和特征,需结合多种电磁模拟方法进行研究。

高河矿地面水力压裂裂缝监测及其识别方法

针对高河矿现采用的地面水力压裂工艺,结合煤诸层自身特点,根据微震监测系统监测到的微破裂时空分布规律,对压裂施工过程中采集的数据进行处理,识别压裂作业过程中产生的微震事件。对裂缝井周围产生的压裂裂缝的空间展布和裂缝的延伸进行分析,测量出压裂过程中微震事件产生的长度、高度、裂缝位置等信息。

用分形方法研究水力压裂裂缝扩展机理

根据岩石断裂力学理论证明了水力压裂裂缝具有与缝内压力分布无关的自相似扩展特征,在此基础上,建立了裂纹扩展的分形弯折模型来描述裂纹的动态扩展,根据这个模型,推导了考虑裂纹分形扩展的裂缝宽度方程,从而可以在给定条件下计算出裂缝维数,缝内压力分布,裂缝延伸速度,裂缝尺寸等。

砂泥岩互层水力压裂裂缝穿层扩展影响因素数值模拟

砂泥岩互层储集层压裂改造难度大,研究水力压裂裂缝穿层扩展影响因素有利于优化施工参数,提高储集层纵向动用程度。水力压裂裂缝穿层扩展主要受层间岩石力学和地层应力差异及工程参数的影响,利用ABAQUS软件嵌入水力压裂裂缝与层界面的内聚力单元,研究压裂液排量、压裂液黏度、泥岩与砂岩弹性模量之比、抗拉强度和地层应力差对裂缝垂向扩展的影响。结果表明:界面裂缝阻碍主裂缝穿层扩展,但有利于降低水力压裂裂缝延伸压力,促进缝网的形成;压裂液高排量和低黏度可促进裂缝穿层扩展,也会加快界面裂缝的开启;当泥岩与砂岩弹性模量之比小于0.6时,泥岩隔层的遮挡作用明显,水力压裂裂缝主要以“工”字型为主,穿层能力较弱;地层应力差大于泥岩与砂岩抗拉强度之差时,裂缝的垂向扩展能力较强,可作为水力压裂裂缝穿层的初步判断条件。

水力压裂井中监测方法不对称压裂裂缝分析

针对水力压裂井中监测方法易监测到不对称压裂裂缝及影响压裂评价的问题,提出不对称压裂裂缝解释方法.该方法利用微地震属性与储层的相关性,以表征储层特征的三维地震数据作为中间桥梁,综合区域地质认识,研究了储层对微地震事件空间分布的影响,分析不对称压裂裂缝形成原因,总结微地震事件分布规律,准确评价压裂改造效果,提高储层地质认识,验证地震、地质研究成果,指导油气开发;并从微地震事件震级、b值、压裂施工曲线、监测距离等角度验证分析结果,提高解释的可信度.辽河探区两个应用实例表明,对最大、最小水平主应力差较小的均匀储层,各段压裂裂缝走向大体一致,微地震事件发散,压裂波及宽度大,震级变化范围小;与主应力方向平行或近于平行的天然裂隙或断层可起到压裂诱导作用,促使压裂裂缝优先沿天然裂缝或断层发育,微地震事件集中分布,震级变化范围大.研究结果表明:为提高监测效果,应选择距离合适的监测井,或采用多井监测,避免因监测条件造成不对称压裂裂缝假象;如果监测距离在有效范围内,及时从储层角度查找不对称压裂裂缝形成原因,以指导压裂施工.

压裂裂缝伤害室内模拟及裂缝清洗酸化工艺的应用

江汉盆地松滋油田鄂深10井在钻井、完井过程中,地层受到钻井液污严重染,在压裂施工中因大量前置液滞留地层造成裂缝伤害。根据该井情况建立实验室评价水力压裂裂缝伤害的方法,设计出模拟裂缝伤害过程的环流实验流程和实验方法,开展了室内岩心污染及解堵实验研究,研制出能有效分解瓜胶残渣、解除水力裂缝堵塞的配套酸液体系(以裂缝清洗剂为前置液,较高浓度盐酸为主体酸液),并优化设计出集裂缝清洗与基质酸化解堵于一体的施工工艺,清洗裂缝和改善近缝地层渗透性同步进行。鄂深10井实施该清洗酸化工艺后产能提高较大,4month累计产油575.6t。

水力压裂监测新方法

深入了解水力压裂裂缝的几何形态和延伸情况有助于改善低渗油气藏压裂增产作业效果，改善油气井产能并提高油气采收率。应用地震方法对水力压裂裂缝进行监测和描述已经有多年了，而新的地震硬件和处理技术的出现使得这类监测更加有效、可靠。

不同注水系统条件下水力压裂效果评价

评价每个产层水力压裂效果时,有必要考虑所应用的开发系统来确定布井。三排井网、反九点和七点井网的注入井水力压裂效果很好。研究查明,只有同时对生产井和注入井压裂才能使产油量成倍提高。

裂缝诊断技术

裂缝是油气的主要储集和流通空间。水力压裂在低渗油气藏增产措施中占有相当大的比重,而且是提高油气采收率的主要方法。压裂后裂缝诊断研究就尤为必要。裂缝诊断的方法主要可分为:直接的远场裂缝诊断技术、直接的近井筒诊断技术、间接诊断方法。对其进行了综合全面的讲述。优选最佳的一种或者是多种裂缝诊断技术,帮助油田开发者优化油田和单井的开发方案,提高经济效益。

基于缝内流体温度场模拟的低伤害压裂液体系研究

压裂施工时在压裂液流经井筒进入地层的过程中,受储层岩石环境影响,其温度逐渐升高,液体的流变性能也随之发生变化,进而影响人工裂缝形态及支撑剂的铺置。研究压裂液在上述过程中温度变化规律有助于优化液体配方,改善支撑剂的铺置效果。因此,本文借鉴经典的K-DR模型,并考虑裂缝形态在压裂过程中的动态变化,建立了施工过程中液体温度计算模型。以上述数学模型为基础编制了温度场计算软件,利用该软件开展了大量的数模计算,结合压裂液体系室内评价成果,建立了不同温度条件下压裂液浓度设计图版,并耦合温度分布与压裂液性能及压裂注入量关系,形成压裂施工过程中裂缝不同位置的液体性能变化剖面,指导压裂液配方设计。该图版获得广泛应用,通过优化压裂液稠化剂浓度,降低了压裂液成本及液体残渣含量,近两年应用82井次,节约稠化剂共计496 t,获得显著的经济效益。

页岩气藏压裂支撑剂沉降及运移规律实验研究

页岩气资源储量巨大,但由于页岩渗透率低,往往需要压裂才能有效开采。滑溜水压裂有利于形成复杂的裂缝网络,是中外页岩储层压裂改造首选的压裂液体系。由于滑溜水粘度低,携砂能力差,增加了滑溜水压裂的风险。中国在该领域的研究尚处于起步阶段,尤其对滑溜水携砂支撑剂沉降及运移规律的研究更少,同时缺乏必要的实验手段。为此,设计了裂缝模拟装置,通过实验模拟了施工排量、缝宽、支撑剂粒径、压裂液粘度和砂比等参数对裂缝内支撑剂沉降和运移规律的影响,获得不同参数下支撑剂的沉降速度和水平运移速度,分析了各因素的影响规律,并求解了各因素对支撑剂沉降速度和水平运移速度的修正系数。结果表明,随着缝内流速和压裂液粘度的增大,支撑剂沉降速度减小,水平运移速度增大;随着支撑剂粒径与缝宽比值和砂比的增大,支撑剂沉降速度和水平运移速度均减小。

储层温度对页岩微观力学性质的影响

深部页岩气储层温度较高,为了研究地层温度对页岩宏微观力学性质的影响,采用四川盆地长宁区块寒武系龙马溪组井下页岩岩心,开展了26℃、80℃、150℃条件下的网格式微米压痕实验,分别模拟地表、中深层与深部储层的环境温度。采用去卷积数据统计分析方法量化了温度对页岩微观力学性质的影响,结合能量分析法研究了温度对页岩微观尺度断裂韧性的影响规律,并分析了温度对深部页岩裂缝导流能力影响的作用机制。结果表明,随着深部储层温度的增加,显著削弱了页岩的微观弹性模量、硬度与断裂韧性,而增加了压痕点弹性变形能力;弹性变形能力的增强导致矿物簇受应力作用后具有恢复弹性形变的能力,进一步说明水力裂缝扩展后缝周矿物弹性形变易恢复,压裂裂缝难维持。该研究结果对从岩石微观力学角度理解深部页岩气储层水力裂缝导流能力低提供了理论支持。

吉木萨尔凹陷芦草沟组层理页岩渗吸置换规律

为研究吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组层理页岩储集层压裂后渗吸期间原油的动用规律,采用岩心渗吸置换实验结合核磁共振技术,定量描述不同孔隙内原油的相对含量。采用吉木萨尔地区上甜点的岩心开展渗吸实验,研究重力作用、各向异性、重力分异和水力压裂裂缝宽度对渗吸置换影响,并进行定量表征。结果表明:层理页岩自发渗吸的过程中,重力作用在渗吸中起到了动力作用,顶部渗吸的采收率高于水平渗吸;各向异性对层理页岩渗吸的影响较大,压裂液进入平行于层理的渗吸置换量大,达到渗吸平衡的时间较垂直于层理短,平行于层理渗吸采收率高于垂直于层理;重力分异是指在岩心底部渗吸时,渗吸置换出原油而停留在岩层表面形成油膜,阻止压裂液继续进入基质,导致渗吸效果变差,底部渗吸采收率与顶部渗吸采收率相差14.12%;模拟水力压裂裂缝宽度为2 mm的条件下发生渗吸置换的液量有限,导致模拟裂缝内含水饱和度下降快,限制了渗吸的进一步进行。因此,裂缝的缝高方向应尽量穿过平行层理,增大裂缝宽度,增加裂缝改造体积。

低渗透煤层合增透技术应用

为增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯利用率和抽采效率,提出低渗透煤层复合增透的方法。利用RFPA2D-Flow和FLAC3D软件分别对水力压裂裂缝的起裂、延伸与扩展规律和CO2增透钻孔内提前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂增透效果的影响情况进行模拟。进行井下复合增透效果工业试验,运用瓦斯压力降低法分析预裂后煤层瓦斯抽采半径。结果表明:模拟注水压裂27 PMa时,割缝半径约2 m,随着煤壁预裂缝长度增加,CO2爆破致裂影响半径呈线性递增的趋势。现场复合增透后煤层抽采率显著提高,有效半径由原来单一水力压裂的2 m增加到7 m左右。

低渗透稠油微波原位加热开采数值模拟研究

针对低渗透稠油油藏开采过程中储层注入能力低、热损失高、水资源消耗大等问题,采用数值模拟对微波加热稠油开采技术进行研究,通过建立电磁-传热-流动多物理场模型,明确了微波加热稠油的降黏作用和传热机理。研究结果表明:稠油油藏微波加热后可分为电磁穿透区、多孔介质传导区和未加热区3个区域;最佳辐射频率为2450 MHz,增加功率可快速提高地层温度;为了避免井筒附近出现过热现象,应采用降功率的阶梯式加热模式;水力压裂裂缝可有效改善低渗透油藏的渗流通道,可与微波加热协同开采稠油油藏。该研究可为低渗透及高黏度稠油的开发提供借鉴。

微地震监测技术及其在油田开发中的应用

微地震监测是指将井下地震技术用于探测由于岩石内应力发生变化而引起的微地震事件 ,即将高灵敏度的地震传感器布放于压裂邻近的井中 ,连续记录因压裂引起的油气藏物理特性改变而产生的微地震活动。该技术用于油藏和气藏水力压裂裂缝的成图 ,通过对压裂过程中的微地震数据连续采集记录并实时处理 ,标定出微地震事件即压裂裂缝的位置。借助于微地震裂缝诊断 ,在压裂作业过程中可以有效地优化压裂和压裂方案设计 ,提供油气藏资源评价、油气藏趋替信息和未来钻井位置图 ,达到增产目的 ,并为二次勘探的规划提供依据。

《油气田勘探开发中的微震监测方法》

微震监测是一种主要用于油气田开发的新的地震方法。它是利用水力压裂、油气开采常规注水或热驱等石油工程作业而产生的地震波。这种诱生地震很微弱，须在井中进行观测。对观测到的微震资料进行处理和解释，可给出水力压裂裂缝空间图像，以及裂缝发育过程的详细信息；或对油气田开发过程中孔隙流体的运动前缘、热驱时被加热区空间范围的变化进行监测。

用多分量感应测量描述裂缝

使用数字模拟和油田数据分析两种方法研究了用多分量感应测量探测井眼周围裂缝的能力。对于水力压裂裂缝的一些实例，我们的数字模拟结果表明，共面线圈系统感应测量(бzz和бyy，X轴是平行于裂缝平面而Y轴是垂直于裂缝平面)提供了共轴阵列测量(бzz)不具有的、能探测裂缝的独特数值。对于高阻裂缝，бxx对浅延伸裂缝比бzz要敏感得多。相反，如果裂缝是被比周围地层导电性更高的材料充填，只有бyy测量能提供裂缝存在的信息。由一口用油基泥浆钻井的井的油田数据说明了多分量感应测量，特别是бxx和бyy分量探测水力压裂裂缝的能力。用交叉一偶极子声波和斯通利波测量独立地证明裂缝存在。进一步综合交叉偶极子声波和多分量感应测量可联合描述裂缝。更准确地说，用交叉偶极子声波测量确定裂缝方位，并且使用裂缝方位作为输入应用感应测井бxx与бyy的差别来估算裂缝长度。