页岩油水平井体积压裂缝网波及体积评价新方法及应用

针对鄂尔多斯盆地庆城油田夹层型页岩油体积压裂缝网波及体积定量表征难度大的问题,应用物理模拟实验与矿场数据,耦合关键地质工程参数,建立缝网改造体积预测模型,基于岩石微观结构与润湿性,建立了考虑流体压力下的多尺度孔隙渗吸模型,对缝网渗吸体积进行定量表征,并提出新的缝网波及系数概念,定量评价缝网波及体积。研究表明:页岩油体积压裂裂缝总体呈现条带状缝网形态,形似“仙人掌”;影响缝网波及体积的主控因素依次为压裂液量、裂缝密度、脆性指数、施工排量、水平应力差、油层厚度、加砂量;缝网改造体积是水平井体积压裂缝网波及体积的主要贡献者,压裂液在缝网中的渗吸主要用于补充地层能量,典型平台缝网波及系数为33.2%~63.6%,需进一步提高缝网波及体积。研究成果可为页岩油水平井体积压裂效果评价提供参考。

基于集成学习的井漏智能预警模型及智能推理方法

水平井优快钻井技术加快了长庆油田致密油气大规模开发速度,但由于部分区域地层孔隙和微裂缝发育,承压能力低,极易发生井漏风险,严重制约了水平井提速提效。为进一步降低井漏风险,提高漏失预警的时效性和准确率,提出了一种因果关系约束下的井漏智能预警及漏失原因推理方法。基于漏失产生机理,分析了漏失风险的表征参数及其变化规律,将其作为输入参数约束条件,利用工况识别模型和特征变化规律准确定位井漏时间,基于BP神经网络和LSTM长短时记忆网络建立漏失风险预警模型,利用因果推断算法解释模型预警原因,结合风险机理实现警报约束。研究结果表明,LSTM集成网络井漏预警准确率达95.6%,基于集成学习的智能推理方法能够准确解释预警发生原因,对钻井现场及时采取井漏防范措施,保障水平井优快钻井具有重要意义。

鄂尔多斯盆地页岩油水平井CO_(2)区域增能体积压裂技术

针对鄂尔多斯盆地页岩油储层压力低、缝网复杂程度低和黄土塬水资源缺乏等问题,以该盆地庆城油田页岩油为研究对象,进行了滑溜水和CO_(2)压裂物理模拟试验,利用高能CT监测了CO_(2)压裂裂缝扩展规律,分析了CO_(2)压裂形成复杂裂缝的可行性;利用油藏数值模拟方法,优化了CO_(2)注入关键参数,形成了适合庆城油田页岩油的CO_(2)区域增能体积压裂技术。研究表明:前置CO_(2)压裂可提高长7段页岩油储层裂缝复杂程度,裂缝沿层理弱面扩展并纵向穿层形成缝网;增能理念应由单井段间交替增能向平台整体注入实现井间、段间协同一体增能转变,单井采用全井段注入增能模式,可实现缝控区域全覆盖。庆城油田某平台进行了页岩油CO_(2)区域增能体积压裂试验,与采用常规体积压裂技术的邻井相比,3口试验水平井平均压力保持程度提高1.5倍,单井平均初期产油量提高28.6%。研究和现场试验结果表明,CO_(2)区域增能体积压裂能提高裂缝复杂程度,增加区域地层能量,提高单井产能,可为鄂尔多斯盆地页岩油开发提供技术支持。

聚乳酸/聚乙二醇共混物的结晶与降解行为

针对聚乳酸(PLLA)亲水性差、降解周期长的问题,利用与亲水性高分子聚乙二醇(PEG)共混的方法对其进行改性。采用转矩流变仪制备了不同组成的PLLA/PEG共混物颗粒,系统研究了PLLA/PEG共混物的结晶和熔融、亲水性和在酸碱介质中的降解行为。结果表明,PEG的加入增强了共混物中PLLA的结晶能力,提高了PLLA在降温过程中的熔融结晶温度。PLLA/PEG共混物在等温结晶中表现出比纯PLLA更快的结晶速度。通过改变PLLA/PEG共混物的组成,可调控材料的表面亲水性和降解速率。随着PEG含量的增多,PLLA/PEG共混物的表面接触角降低。PLLA与PLLA/PEG共混物均可在水溶液中降解,共混物的降解速率高于纯PLLA,随着PEG含量的升高和降解液中酸碱浓度的提高,PLLA/PEG共混物的降解速率加快。

庆城油田页岩油水平井压增渗一体化体积压裂技术

庆城油田页岩油储层低压、低脆性指数特征明显,是阻碍体积压裂后建立高效驱替渗流系统的重要因素,为此,研究了压裂、增能和渗吸(压增渗)一体化体积压裂技术。建立了页岩油储层类型精细划分方法;基于长期产液剖面测试所得矿场大数据,优化了不同储层类型改造策略;利用油藏数值模拟方法,优化了压增渗体积压裂技术关键参数。研究表明:Ⅰ+Ⅱ类储层改造段数占比83.6%,产出占比95.5%,为主要产能贡献段;Ⅲ类储层产出占比仅4.5%,对产能贡献有限,因此,应优先改造Ⅰ+Ⅱ类储层,选择性改造Ⅲ类储层;Ⅰ类和Ⅱ类储层进液强度最优区间分别为20~25 m^(3)/m和15~20 m^(3)/m,增能方式为同步增能。庆城油田200余口页岩油水平井应用了压增渗一体化体积压裂技术,单井初期产油量由9.6 t/d提高至18.0 t/d,单井1年累计产油量由2380 t提高至5256 t,单井估计最终可采量由1.8×10^(4) t提高至2.6×10^(4) t,取得了显著效果。该技术为其他同类非常规页岩油藏高效开发提供了技术借鉴。

体积压裂水平井增产潜力及产能影响因素分析

新型压裂改造技术-水平井体积压裂技术的发展进步是成功开发致密油气藏的巨大推动力。体积压裂可使致密储层形成裂缝网络系统,提高单井产量和油藏的可采储量。体积压裂技术对储层进行三维立体的改造。根据裂缝网络的复杂特征,提出了数值模拟FNDP模型,建立三维复杂裂缝网络模型,有效地将复杂裂缝网络系统及其渗流规律进行表征,对影响体积压裂水平井产能的5个地质参数进行敏感性分析,并对其增产潜力进行评价。结果表明,体积压裂对储层渗透率较小的致密油藏改造效果显著;次生裂缝导流能力越强,体积压裂的增产潜力越强。研究成果为致密砂岩油藏体积压裂的开发方案设计工作提供一定参考。

不同粒径组合支撑剂在裂缝中运移规律模拟

研究支撑剂在裂缝中的运移规律对于指导压裂设计和压裂评价具有重要意义,目前对于支撑剂运移规律的研究主要集中在排量、支撑剂类型、压裂液黏度等问题上,而在不同支撑剂组合对于支撑剂运移规律的影响方面的研究则较少。设计了不同支撑剂组合对支撑剂运移规律影响的实验方案,采用自主设计的可视化平行板装置进行支撑剂运移实验研究。结果显示,粒径较小的支撑剂在裂缝中的铺置更均匀,而大粒径的支撑剂更容易在入口处沉降;不同比例的中等粒径与大粒径的支撑剂组合时,其形成的砂堤平衡高度之间差异较小,而砂堤高度的非均匀性差异却较大,此时大量支撑剂沉降在裂缝入口端,裂缝深部支撑剂充填量较小,未能形成足够长、有导流能力的有效充填裂缝;而不同比例的中等粒径与小粒径组合时,支撑剂能获得比中等粒径与大粒径的支撑剂组合更远的铺置距离,且形成的砂堤高度较为理想,不同比例之间砂堤高度的非均匀性差异也更大。

致密砂岩与页岩压裂缝网形成能力对比评价

压裂裂缝网络形成的程度,是能否实现致密油藏经济有效的开采的首要因素。针对长庆油田长7致密砂岩油藏储层,采用了页岩用的裂缝网络形成的评价方法,结合声发射仪器,对比了长7致密砂岩与页岩2种岩心压裂后形成缝网的能力。通过实验可以看出,致密砂岩压后呈现为简单的平面主裂缝特征,而页岩均呈现无主裂缝的无规则散布特征;岩石脆性并不是影响致密砂岩形成缝网的主要因素;在无水平地应力差或水平地应力差较小的情况下,长7致密砂岩油藏储层能够形成一定程度的复杂裂缝;天然裂缝系统的发育程度也是长7致密砂岩油藏体积压裂形成缝网的关键因素。

致密油藏注CO2增能效果及参数优化

为了研究致密油藏注CO 2增能效果,利用长庆油田陇东P区块致密砂岩岩心开展核磁共振实验、扫描电镜实验,分析CO 2对储层孔隙结构的影响规律;通过相态计算,分析CO 2注入对原油体积系数及饱和压力的改变。运用有限差分方法和三维有限元方法,建立三维动态地应力与油藏双向耦合模型,分析储层渗透率变化规律及井底附近压力分布特征;通过建立目标区块储层注CO 2增能图版,评价注CO 2增能效果,优化注入参数。结果表明:CO 2主要通过溶解、冲蚀作用使岩心大孔隙数目增加;注入10%~45%不同摩尔分数的CO 2可使原油体积膨胀至1.19倍,原油饱和压力增加86%;注CO 2对目标区块储层增能效果明显,目标区块的最佳注气体积为700 m 3,最佳注入速度为4 m 3/min。

长7致密油藏脆性指数计算方法及现场应用

长7致密油藏脆性指数的大小是该油组制定混合水压裂方案的重要依据。利用常规测井数据通过岩石力学参数测井解释软件对目标井段的动态杨氏模量和泊松比进行计算,并结合长7储层岩样室内三轴岩石力学试验获得的静态杨氏模量和泊松比,建立了杨氏模量和泊松比动静态之间的关系;数据显示,该区静态杨氏模量小于动态值,大约是0.569倍;泊松比的静态与动态值相当,互有大小;相关系数均大于0.9。形成了一种长7致密油藏定量计算脆性指数的方法,室内岩样试验计算的和依测井数据解释的脆性指数大小比较接近,相差1.041倍,相关性较好。优选脆性指数较高的井层开展了现场试验,取得较好效果。

天环坳陷页岩气井井壁失稳机理及防塌钻井液技术研究与应用

针对天环坳陷构造区块泥页岩地层井壁失稳问题,通过复杂地层矿物组成、微观构造、理化性质以及三轴应力实验综合分析,提出了“封堵+润滑”的双效协同井壁防塌对策。泥页岩微裂缝、微孔隙发育,地层岩样易水化膨胀以及岩心表面亲水性较差是造成井壁失稳最主要的原因。通过加强地层封堵能力和降低水平段摩阻,可达到稳定井壁的目的。所构建的高效防塌钻井液体系抗NaCl能力为10%,抗CaCl_(2)能力为1.0%,抗劣土能力为10%,回收率为99.6%,对80~100目砂床侵入深度为8.4 mm,较现场水基钻井液渗透性封堵性能有明显提升,能够封住200μm和400μm模拟裂缝,承压能力达到5 MPa,抑制水化分散能力和裂缝性封堵能力优良。在现场应用过程中,水平段的平均井径扩大率低于6%,平均钻速达到4.7 m/h,钻井液体系的静滤失量控制在5 mL以下,在润滑防塌、井眼净化及储层保护方面都起到了很好的效果。研究结果表明,该防塌钻井液体系有效解决了天环坳陷构造区块钻井过程中出现的井壁失稳问题,节约了钻井成本,具有较好的推广前景。

鄂尔多斯盆地页岩油水平井细切割体积压裂技术

鄂尔多斯盆地页岩油资源丰富,而受储层物性致密、原始油藏压力系数低和湖相沉积非均质性强等因素影响,常规直井开发单井产量极低。2011年以来针对页岩油Ⅰ与Ⅱ类储层,水平井+分段体积压裂技术攻关试验成功,单井产量突破10 t/d,但仍面临规模开发单井产量递减大、低油价下效益差的问题,资源向储量、储量向产量和产量向效益转化速度极慢。为进一步提高单井产量和采出程度,从水力裂缝扩展规律及裂缝形态综合认识评价入手,瞄准优质储量裂缝最大化控制,综合岩性、物性、含油性和可压性评价,建立了水平段储层品质和工程品质一体化分级评价标准;创新了基于水平段分类的非均匀细切割多簇裂缝设计和缝控体积压裂参数优化方法;利用限流和架桥原理,集成配套了极限分簇射孔、动态暂堵转向等裂缝控制技术提高多簇有效性;采用可溶桥塞压裂工具、低成本滑溜水压裂液和组合粒径石英砂支撑剂,实现细切割体积压裂成本控降。通过研究与实践,形成了页岩油Ⅰ与Ⅱ类储层规模效益开发的长水平井细切割体积压裂技术模式,2017～2018年共实施85口水平井,初期日产油达到16 t以上,12个月累产油达到4 850 t,较前期提高1 120 t,第一年递减率下降15%,预测单井产量可提高近1×104t,盈亏平衡点由63美元/桶下降至42美元/桶。矿场实践证实,采用长水平井+细切割压裂+高强度改造是实现页岩油效益开发的有效技术途径,该技术为其它页岩油资源高效动用和效益开发提供了借鉴。

鄂尔多斯盆地低压致密油层体积压裂探索研究及试验

长庆油田借鉴国外体积压裂理念及改造经验,在鄂尔多斯盆地致密油层(渗透率在0.3mD以下)开展了体积压裂探索研究及试验。分析了体积压裂对储层条件的要求及在盆地致密油层开展体积压裂的可行性,探索了盆地低压致密油层体积压裂工艺设计模式,并初步认识了盆地致密油层体积压裂缝网形态,为国内致密油储层体积压裂设计提供了有益的借鉴。

低渗透油田重复压裂裂缝形态规律研究

油井重复压裂是目前老油田提高单井产量的主要措施之一。为了提高重复压裂的针对性和措施效果,有必要对重复压裂裂缝形态进行研究。文中以长庆油田某低渗透油藏为例,选取典型的菱形反九点井网为分析单元,采用数值模拟方法,研究了考虑注采和一次裂缝影响条件下不同位置的储层应力变化规律和油井重复压裂裂缝形态。结果表明,不同注采比条件下,储层应力总的变化规律是随着注采时间的延长,储层应力变化幅度呈增大趋势;同一注采比条件下,应力改变随时间而变化,总的规律是应力的改变先增大后减小;应力改变最大的时间出现在20～30个月,因而是最佳的重复压裂时机;井网不同位置的油井水力裂缝的转向半径不同,中心井和角井的规律接近,而中间井的规律差别较大,总体上中间井的水力裂缝转向半径小于中心井和角井。

一种实现裂缝高导流能力的脉冲加砂压裂新方法

鄂尔多斯盆地致密油藏储量大、分布稳定,是长庆油田5 000万t上产、稳产的重要接替资源.该类油藏由于储层致密、物性差,前期改造效果差,常规压裂技术难以有效动用,急需开辟一条新途径进行油藏的有效改造.文中结合鄂尔多斯盆地致密砂岩油藏自身特征,阐述了“脉冲式加砂、纤维压裂液携砂及等间簇射孔”的一种新型压裂改造技术,在压裂裂缝中通过支撑剂的交替充填,形成稳定的流动通道网络,使裂缝具备较高的导流能力,从而达到提高单井产量的目的.通过3口直井的现场试验,与常规压裂井进行了对比分析.采用高导流能力的脉冲加砂压裂技术,压后初期裂缝导流能力提高14.1％,试油产量、投产产量、单位压差累计产油量和产能指数均比常规压裂井高1.1～1.4倍,取得了较好的现场应用效果.

美国非常规天然气开发的政策效益及启示

近年来随着美国非常规能源开发的繁荣,国内非常规天然气的开发也逐渐拉开序幕。非常规天然气的开发技术以多层多段技术为主,开发难度及开发成本远大于常规天然气,盈利能力不强。为此,通过文献调研分析了北美非常规能源开发的成功经验。结果表明:①美国政府在北美非常规天然气开发过程中从税收补贴、税收优惠、政策监管及研究基金投入等方面给予了极大的支持力度,这对推动美国非常规天然气产量在不到20a的时间迅速增长起到了至关重要的作用;②对多个页岩气、致密气气藏经济效益的分析结果表明,假定10%的内部收益率,美国非常规气达到收益平衡的基准气价是1.61元/m3。结论认为,鉴于中国较低的气价和非常规储层较高的开发成本,要达到盈亏平衡,政府需要进一步加强政策扶持力度,同时对企业也提出了提高施工效率、降低作业成本的要求。

致密油水平井全可溶桥塞体积压裂技术评价与应用

致密油水平井目前主要使用复合桥塞进行分段体积压裂,压裂后需钻除桥塞,钻塞作业井控风险大、周期长、费用高,在超长水平井中钻塞的难度更大。全可溶桥塞压裂后可自行溶解,不需钻塞,目前国内尚无成熟的技术。为解决该问题,引进了国外全可溶桥塞,对其溶解性和承压性能进行了室内实验评价,自主研制了配套的低成本可溶性堵球,通过大型物模实验形成了全可溶桥塞泵送施工关键参数图版,并在国内致密油水平井开展了规模性现场试验。结果表明:全可溶桥塞泵送投放顺利,承压为70MPa,坐封、封隔性能可靠,完全满足水平井体积压裂需求;压裂后15d内桥塞自行溶解,不需要钻塞,可实现井筒全通径;研制的可溶堵球2d内完全溶解,可实现快速投产;单井试油周期缩短30%,作业成本降低20%,提效降本效果明显。该研究成果为全可溶桥塞实现国产化提供了宝贵的技术借鉴。

低渗透储层水淹油井堵水压裂技术研究与试验

为了提高水淹油井的单井产量,根据油井不同见水类型,研究形成了不同水淹类型油井堵水压裂技术。针对孔隙性见水油井,研究形成了选择性堵水压裂技术,选择性堵水剂的堵水率是其堵油率的3.3倍,具有较高的选择性封堵能力。针对裂缝性见水油井,研究形成了封堵老缝定向射孔压新缝技术:其裂缝固化剂固化后体积变化小于5%,突破压力高达9.8MPa;定向射孔根据老井剩余油分布情况,选择射孔方位,以控制压裂裂缝延伸方向。现场2口井试验表明,堵水压裂后平均日增油分别为0.81和0.76t,具有较好的增产效果,为长庆低渗透储层水淹油井提高单井产量提供了有效的技术手段。

地面测斜仪在长庆油田裂缝测试中的应用

准确获取水力裂缝的方位、尺寸等参数对长庆低渗透油气田开发具有重要意义,地面测斜仪测试方法是目前国际上公认的最为先进的裂缝监测技术之一,它采用高灵敏度的仪器监测压裂裂缝对大地造成的变形,运用地球物理反演计算来确定裂缝方位、倾角及产状。与同类方法相比,地面测斜仪能准确测量裂缝的方位和产状。介绍了地面测斜仪测试原理、安置要求、技术指标。长庆油田在国内首次引进地面测斜仪监测技术并在苏里格气田和榆林气田试验2口井,获得了水力裂缝方位NW70°左右,并且裂缝存在约20%的水平分量。通过应用地面测斜仪监测技术,进一步认识到了水力裂缝延伸的复杂性,提高了压裂设计针对性和水平。

长庆油田页岩油水平井体积压裂技术发展与应用

水平井体积压裂技术是实现页岩油气高效开发的关键。文章回顾近10年长庆油田页岩油水平井体积压裂技术发展历程,系统总结了体积压裂改造模式、关键工具、低成本材料3方面取得的主要新进展。创新形成了“立体式、长水平段、细分切割、分簇射孔、可溶球座、变黏滑溜水、多尺度支撑”体积压裂开发技术模式。提出了“压增渗”一体化设计,由单一压裂向造缝、增能、驱油三位一体升级,压裂过程中兼顾增加地层能量和加快油水渗吸置换,实现单井缝控储量最大化一次动用。配套自主研发细分切割可溶金属球座和动态暂堵转向新材料,多功能变黏滑溜水和不同粒径组合石英砂可提高多尺度裂缝渗吸置换效率与缝网长期导流能力。该技术在长庆油田规模应用450余口页岩油水平井,初期产量由9.6t/d提高到18t/d,年累计产油量由2380t提高到4931t,单井EUR由1.8×10^(4)t提高到2.6×10^(4)t,2019年产油量突破100×10^(4)t,2020年建成庆城页岩油百万吨示范区。研究成果可为页岩油水平井体积压裂技术进步提供科学依据。