天然气井的绒囊流体活塞修井技术

低压气井修井中的压井作业需要平衡地层压力,以防止天然气溢出引发井控安全问题。为此,引入绒囊流体作为压井液,室内评价研究结果表明:绒囊流体密度在0.5~1.5 g/cm^3,低剪切速率下的黏度达到7 850 000 mPa·s,性能可控,在井筒内胶结形成无固相、结构强度较高类似活塞的封堵段塞。修井时,通过注入不同密度和液量的绒囊流体建立不同的液柱压力,流体以低剪切速率下高结构强度控制天然气从活塞内部突破,阻止天然气从井筒内上升至地面,隔开井筒中天然气与地面的通道;作业中因地层压力变化或者起下管柱,流体可以像活塞一样整体上下浮动。作业后,同常规作业一样气举清理井筒内流体即可恢复生产。中国西北地区某天然气田地层压力系数下降到0.60~0.82,在该区进行了绒囊流体全井充满和绒囊流体活塞修井作业各3口井,作业时间分别为7 d、3 d,取得了较好的技术效果。该项技术为低压天然气井修井提供了一条新的途径。

大斜度井水力压裂裂缝扩展模拟实验分析

针对大斜度射孔井水力压裂中裂缝形态复杂,易造成压裂加砂难的问题,通过物理模拟实验研究了大斜度射孔井中水力裂缝的起裂、转向及扩展形态。研究表明,不同水平应力差条件下,井斜角、方位角和射孔相位角的变化会导致不同的水力裂缝形态：当井斜角小于20°或大于80°、方位角小于30°、水平应力差大于3 MPa、射孔相位角为60°时,两翼裂缝平滑扩展,裂缝形态简单;当井斜角为40°~60°、方位角大于30°、水平应力差小于3 MPa、射孔相位角为90°时,裂缝的扭曲程度大,次级裂缝多,裂缝形态复杂。上述认识与冀东油田滩海403X1区块现场压裂统计结果相吻合,可为提高大斜度井压裂成功率提供参考。

致密砂岩储层水平井螺旋射孔参数优化研究

射孔孔眼连接井筒和储层,提供泄油通道、有效降低储层破裂压力和引导裂缝走向。开展大型真三轴物理模拟试验,研究射孔长度、射孔密度、射孔孔径、射孔相位和射孔簇间距对裂缝起裂特征、扩展形态和储层破裂压力的影响规律。试验结果表明：射孔参数的改变本质上是改变射孔孔间距,孔间距决定孔眼之间的连通性,影响近井筒裂缝扩展形态和岩石破裂压力;射孔孔径和射孔密度的增加,减小孔间距,有利于裂缝间相互沟通,降低近井筒裂缝复杂性和岩石破裂压力;射孔相位的增大,增大孔间距,易产生分层复杂裂缝,岩石破裂压力增高;而射孔长度和射孔簇间距的变化对裂缝扩展形态没有影响。根据试验结论,给现场提出了射孔参数优化的理论基础和施工建议。

采用定面射孔时射孔参数的优选方法

采用定面射孔技术可降低页岩储层破裂压力,有效改善近井筒裂缝复杂形态,定面射孔参数设计是决定岩石破裂的关键。通过有限元方法建立页岩储层的数值模型,对定面射孔参数进行单因素分析,得出不同射孔参数组合方式影响破裂压力的规律。结果表明,破裂压力随射孔密度的增加呈非线性降低,随射孔孔径增加大幅度下降,而与射孔深度变化无相关性。优化得出最优射孔参数组合方式为孔密21孔/m、孔径0.03 m、孔深0.52m。采用灰色关联度分析法,对定面射孔参数进行多因素分析,评价上述射孔参数组合的优劣性,发现射孔参数组合的破裂压力值与其关联度呈负相关性,并且射孔参数组合(孔密12孔/m、孔径0.03 m、孔深0.52 m)为最优射孔参数。开展室内真三轴物模实验对比分析储层破裂压力,进一步验证了灰色关联度分析方法的可靠性。

螺旋射孔多孔眼起裂裂缝形态有限元模拟

采用螺旋射孔完井时,准确模拟不同孔眼周围裂缝的起裂形态能够有效指导射孔参数的优化。基于渗流-应力耦合方法建立螺旋射孔井有限元数值模型,引入损伤变量描述岩体破坏后的弹性参数、强度和渗透率随损伤的变化规律,进一步追踪模拟岩体损伤裂隙的演变过程,借此预测近井筒周围的水力裂缝起裂和扩展形态。模拟结果表明:采用耦合损伤变量的有限元模型能够模拟出沿井筒面和射孔方向扩展的两种水力裂缝的起裂及其随液压加载的扩展趋势;针对不同井筒方向条件可模拟出不同孔眼处水力裂缝的起裂差异,以此评估孔眼间水力连接性,并预测近井筒裂缝形态。室内物理模拟实验与数值模拟结果一致,表明建立的有限元数值模型可用于分析近井筒裂缝起裂的复杂性问题,对现场射孔压裂优化设计具有指导意义。

元坝陆相裂缝性储层防漏堵漏技术研究

元坝陆相储层裂缝发育、井漏现象普遍存在,漏失性伤害已经成为元坝陆相储层损害的重要原因,裂缝的防漏堵漏是储层保护的关键所在。研究形成了防漏堵漏方案设计软件,从井漏裂缝宽度计算和防漏堵漏钻井液配方设计两个方面对现行的高酸溶防漏堵漏技术进行了研究和优化。现场试验表明,经软件设计的防漏堵漏配方具有防漏效果且堵漏成功率高,降低了裂缝性储层中的漏失性伤害。该项技术现场应用成果显著,对于类似的裂缝性储层保护也具有重要的借鉴意义,具有推广应用价值。

水平井螺旋射孔参数对近井筒裂缝形态影响规律

射孔井压裂施工中,射孔参数选择不当易造成水力裂缝无法沟通尽量多的射孔孔眼或造成多缝起裂,引起近井筒复杂裂缝状态,从而降低井筒与水力裂缝的沟通性,影响后续支撑剂填加作业,导致压裂失败。射孔参数优化对降低破裂压力以及避免近井筒裂缝复杂性具有重要意义。前人多采用数值模拟与室内物理模拟方法针对直井或斜井条件下的0°或180°相位射孔参数进行优化,所研究的裂缝形态多为沿井眼轴向扩展的水力裂缝,而对于水平井螺旋射孔条件下横向水力裂缝的扩展规律以及相应射孔参数优化方面的研究较少。本文采用数值计算与物理模拟相结合的方法研究水平井螺旋射孔参数对近井筒裂缝形态的影响规律,建立实验室尺寸的三维水平井螺旋射孔有限元模型,分析了不同孔眼处起裂压力的分布规律,并基于最小起裂压力原则,得到能有效降低模型起裂压力的最小孔径与孔密参数。在此射孔参数组合基础上,为研究继续增加孔密或孔径对水平井水力裂缝形态的影响,也为验证有限元方法在水平井螺旋射孔参数优化方面的有效性,设计了不同螺旋射孔参数的混凝土试样进行真三轴水力压裂物理模拟。实验结果显示,采用传统有限元方法对水平井螺旋射孔参数进行优化具有局限性,其优化参数条件下,孔眼间水力裂缝连接性较差,从单个孔眼起裂的水力裂缝倾向独立扩展,无法形成沟通多个孔眼的主裂缝面以增强水力裂缝与井筒的连通性;在有限元优化结果基础上增加射孔孔径,一定程度上增强了孔眼间水力裂缝的连接,但整体依然存在裂缝重叠区域,且破裂压力也较高;相比于增加孔径,增加射孔密度更能促进射孔间水力裂缝的相互连接,形成沟通多个孔眼的主裂缝面,在保证破裂压力较低的情况下降低了近井筒裂缝的复杂性。研究成果可为现场作业提供指导,由于射孔孔径与射孔密度均会对套管强度产生影响,现场进行射孔参数优化时,在确保套管强度条件下,应优先考虑增加射孔密度以降低近井筒裂缝复杂性,便于后续填加支撑剂作业。

岩性差异及界面性质对裂缝起裂扩展的影响

在多薄层状产层组压裂过程中,水力裂缝的起裂扩展行为受到层间应力差、岩性差异、界面性质等因素的影响,使得人工裂缝的起裂扩展规律认识不清。基于此,采用改进的室内真三轴水力压裂物理模拟系统,开展3层介质水力压裂模拟试验,研究岩性差异、界面性质对水力裂缝起裂扩展的影响。试验结果表明:在上覆压力为10MPa条件下,当层间界面未胶结时,水力裂缝沿层间起裂扩展,对应的泵注压力最低;当层间界面存在弱胶结时,水力裂缝先从强度最低的岩样起裂,在裂缝扩展过程中遇到层间弱胶结面时,水力裂缝发生转向,沿弱胶结面扩展;当层间界面强胶结时,按照岩石抗拉强度的大小关系,水力裂缝在各岩样介质中先后起裂,最终导致3层介质的整体性破坏,裂缝中的压裂液呈现非对称扩展。