川南泸州深层页岩气井套变主控因素与防控对策

基于四川盆地南部(简称川南)泸州区块构造展布特征和断裂发育特点,应用微地震、测井、地应力等资料,总结深层页岩气井套变特征,明确套变机理与主控因素,建立套变风险评估图版并提出针对性的套变风险防控对策。研究表明:压裂激活断裂滑移是川南泸州深层页岩气井套变的主控因素,工区断裂逼近角主要为10°~50°,占比65.34%,临界激活孔隙压力增量为6.05~9.71 MPa。对于地质因素导致的套变,防控措施主要有避让风险断裂、选择应力机制因子低值区布井两个方面。对于工程因素导致的套变,防控措施主要有4个方面:①布井时尽量避让高激活风险和高滑移风险断裂,无法避开时尽量选择远离断裂中心位置的区域;②优化井筒参数,调整井筒方位可在一定程度上降低作用在套管上的剪应力,降低套变程度;③优化井身结构设计,在不影响优质储集层钻遇率的基础上,确保水平井弯曲段曲率半径大于200 m;④优化压裂施工参数,增大避射距离、降低单次施工压力、增加段长等是降低套变风险的有效措施。

准噶尔盆地玛湖凹陷砾岩油藏水平井组重复压裂时机优化

准噶尔盆地玛湖凹陷砾岩油藏可通过水平井重复压裂同时钻加密井的改造方式,提高单井产量和油藏动用程度,但是在加密井投产时,水平井组的重复压裂时机目前仍不明确。针对这一问题,建立不同投产时间水平井组初次压裂和重复压裂的裂缝扩展模型和油藏数值模型,通过产量历史拟合确定模型的正确性。基于井组最优累计产油量,优化重复压裂时机。结果表明:加密井不生产时,单井的最优重复压裂时机为投产后第4年,井组的最优重复压裂时机为最晚投产井投产后第4年;加密井生产时,单井的最优重复压裂时机为投产后第5年,井组的最优重复压裂时机为最晚投产井投产后第3年。井组重复压裂考虑水平井加密时,总体增油效果优于仅老井重复压裂,应及时钻加密井,获取最大井组累计产油量。研究结果为致密油藏考虑加密井的水平井组重复压裂时机优选提供理论依据。

水力裂缝导流能力对深层页岩气产能的影响规律

深层页岩压裂难以形成复杂裂缝且裂缝导流能力失效快,导致产量迅速递减。为明确水力裂缝导流能力对深层页岩气产量的影响,基于深层页岩裂缝导流能力实验测试数据,考虑闭合应力、支撑剂铺砂浓度和粒径对导流能力的影响,建立了支撑裂缝导流能力计算模型和深层页岩气产能预测数学模型。采用川南深层页岩气生产数据对模型进行了历史拟合和预测,验证了模型的准确性。研究分析了铺砂浓度、闭合应力和支撑剂粒径对深层页岩气产能的影响。研究表明,提高铺砂浓度和选择小粒径支撑剂有利于提高深层页岩气井稳产时间和预测最终可采储量(EUR),最优铺砂浓度在1~2 kg/m^(2)之间;当闭合应力从80 MPa增加到110 MPa时,稳产时间缩短了约40%;受支撑剂粒径和支撑裂缝半长综合影响,最佳支撑剂粒径为40/70目。研究成果为深层页岩气裂缝导流能力设计和产能预测提供理论依据。

昭通浅层页岩气压裂复杂裂缝扩展数值模拟研究

昭通浅层页岩气田主体埋深在1000~2200 m,地层压力系数低,效益开发难度较大,水力压裂是唯一增产措施,但目前国内尚无对中浅层页岩储层实施规模开发的经验可供借鉴,水力压裂工艺参数仍有优化空间。为明确目标昭通浅层页岩气田裂缝扩展主控影响因素,优化页岩气水平井压裂参数,针对该页岩气田储层天然裂缝发育、水平应力差小,主体改造工艺射孔簇较多等地质、工程特点,开展了昭通浅层页岩气压裂复杂裂缝扩展数值模拟研究。采用位移不连续法,考虑天然裂缝和水力裂缝的相互作用模式,基于压裂裂缝流动方程、裂缝宽度方程和物质平衡方程,推导了复杂裂缝扩展数学模型;针对昭通浅层页岩气实际地质特点,基于建立的数学模型优化了施工参数,明确了天然裂缝内聚力、射孔簇数是影响改造体积的主要因素。同时,通过暂堵数值模拟,明确得出:暂堵有利于提高裂缝开启效率,暂堵位置、暂堵时机及暂堵次数对暂堵效果有明显影响。通过现场试验对比模拟结果,发现采取优化后的压裂措施可使单井日产气量提高30.3%。该研究成果对昭通浅层页岩气后续压裂施工具有良好的借鉴意义。

耐超高温压裂液体系研究与现场试验

以往通过采用160℃液体的降温研究和技术优化,实现200℃超高温储层抗高温造长缝技术难题,但液体用量大、成本高。以丙烯酰胺类单体为主要原料,研制出一种新型耐高温三元聚合物稠化剂,并配套形成了耐200℃压裂液体系。冻胶体系无色透明、弹性好,可完全挑挂,在200℃、170 s-1条件下剪切2 h后黏度可达170 mPa·s,抗高温耐剪切性能好,具有较好的支撑剂悬浮能力和降滤失性能,破胶液黏度小,界面张力低,残渣含量仅为41 mg/L,具有低伤害特征,且降摩阻性能好。该压裂液在牛东101井获得了成功应用,在用液量仅为牛东1井50%的情况下,仍获得日产油63 m3/d、日产气10.2×104 m3/d的高产、稳产效果,使增产措施成本降低45.6%,为超高温储层改造提供了有效的压裂液体系。

瓜胶压裂液携砂微观机理研究

通过对瓜胶压裂液进行静态支撑剂沉降实验、动态黏弹性测试、屈服应力测试、分子结构表征,研究了瓜胶压裂液的宏观性能、分子结构与压裂液携砂性能间的关系。支撑剂沉降实验表明,压裂液黏度的变化与支撑剂沉降速率呈非线性关系,用黏度指标很难准确表征压裂液的携砂性能。动态黏弹性测试表明,压裂液损耗模量的增加有利于降低支撑剂沉降速率,而储能模量的大幅度提高赋予流体弹性特征,这才是支撑剂能够长时间保持均匀悬浮状态的根本原因。压裂液微观结构分析表明,压裂液基液具有杂乱、松散、多孔洞的网络堆砌结构,而交联压裂液具有均匀、紧密的整体堆砌结构,该结构赋予交联压裂液弹性,使其携砂能力发生本质变化。

滑溜水在裂缝性碳酸盐岩体积酸压中的研究与应用

滑溜水是页岩气、致密油非常规油气藏体积改造中应用最广泛的压裂液体系,旨在利用低黏滑溜水强的穿透性能激活天然裂缝提高裂缝复杂程度。基于深层裂缝性碳酸盐岩储层基质物性差、非均质性强,裂缝是主要储集空间和渗流通道的储层特征,提高改造体积是实现高产稳产的核心,需采用低黏流体大排量注入来提高天然裂缝激活几率,提出滑溜水、冻胶和转向酸复合的体积酸压技术。评价了新型聚合物类滑溜水性能,利用室内实验(大物模、酸液滤失)和数值模拟相结合的方法研究了滑溜水在体积酸压中的作用机理,研究表明:新型聚合物类滑溜水具有较好的减阻性能,能够降低施工管柱摩阻,实现大排量施工,助力改造效果提升;滑溜水大排量注入形成复杂裂缝,低黏酸液注入形成酸蚀蚓孔提高裂缝连通性,滑溜水与低黏酸交替注入,实现微细裂缝“水力+酸蚀”缝网构建。上述研究成果现场应用显著,AT3x井压后获日产油35m^3、日产气50.3×10^4m^3高产油气流,为国内超高温深层复杂储层高效改造提供新的技术指导。

无残渣纤维素压裂液在苏里格东区致密气藏的应用

无残渣纤维素压裂液体系在酸性条件下实现交联,具有基液配制简单、增黏速度快、无鱼眼、携砂性能好、破胶彻底、无残渣、低伤害及自身防膨等特点,跟羟丙基瓜胶压裂液相比,更适用于易受外来流体伤害的低渗特低渗储层的压裂改造。现成功应用于苏里格东区致密气藏。试验结果表明,该压裂液基液能在2 min达到其最高黏度的97.5%,破胶液表面张力为24.68 mN·m^-1,压裂液残渣含量为0,岩心损害率为12.3%,极大降低了对储层和裂缝导流能力的伤害。在苏里格气田进行了现场应用5口井11层（段）,压裂效果显著,压后平均日产气量是邻井的2-5倍。

利用微破裂四维影像技术分析二次加砂压裂效果

在水力加砂压裂中,目前常用获取压裂裂缝几何形态和几何参数信息的手段(如井温测井、阵列声波测井)存在不足,为此,试验应用了微破裂向量扫描四维影像监测技术。该技术通过在近地表按不同排列形式布置多道地震采集站形成的微地震仪器阵列,共同接收地下储层液体流动压力引起的岩石微破裂所产生的纵波和横波,检波器接收到信号后通过能量转换器将振动波转换成电信号,经前置放大后以电磁波的形式,发射送入记录、分析系统,利用多波三分量地震数据进行矢量叠加、振幅反演计算、四维相关可视化裂缝形态解释技术,在时间域上分析裂缝的演变过程。在二连盆地兰地1井的现场试验表明,该技术可以进行压裂施工全过程破裂能量分析、裂缝产生演变过程分析及裂缝空间形态参数求取,能真实反映二次加砂压裂效果并为下一步的压裂施工设计提供可靠依据。

二连油田安山岩裂缝性储层压裂技术研究

针对乌兰花凹陷安山岩储层具有低孔特低渗、天然裂缝发育、高杨氏模量、低泊松比和脆性强等特点,压裂中如何在控制滤失的同时充分利用天然裂缝等弱面,是裂缝性储层压裂工艺和改造工作液面对的难题。以储层特点及改造难点为出发点,借鉴非常规油气藏体积改造中"疏与堵"相结合的天然裂缝处理模式,缩小基质—裂缝流动距离,提高基质贡献程度。依据室内实验和现场实践,优选出0.25%低浓度瓜尔胶低伤害压裂液体系,采用线性胶与冻胶相结合的复合压裂工艺技术,前期利用低黏线性胶起裂,以实现缝高控制和沟通天然裂缝;后期采用组合粒径支撑剂段塞注入技术,实现高导流、控缝高的改造目标。该技术已应用在兰42井安山岩裂缝储层改造中,获工业油流,井温测试结果显示裂缝高度控制较好,取得较好的应用效果,对乌兰花凹陷安山岩勘探开发具有重要的借鉴意义。

泥灰岩致密油自转向酸体系

为解决束鹿凹陷泥灰岩致密油储层以往改造中面临施工压力高、改造距离短和导流能力低的难点,根据泥灰岩酸岩反应特征,优化了自转向酸体系配方,开展了转向酸体系黏度性能、流变性能及破胶性能评价。利用岩心流动实验方法,研究了酸液对裂缝网络的沟通作用,明确酸液体系与施工参数对酸蚀裂缝网络的影响。实验结果表明,自转向酸具有低伤害、易破胶和易均匀布酸的优点,残酸浓度降低到5%时黏度可达到96 m Pa·s;酸液能够实现侧向对天然裂缝的大幅度沟通,满足泥灰岩储层改造的要求。对比不同改造工艺下裂缝导流能力,形成一套适合泥灰岩储层的转向酸压与加砂压裂复合的体积改造模式,该技术在ST1H井等3口井15段中综合应用,稳定日产量是以往的10倍。

石英砂用于页岩气储层压裂的经济适应性

四川盆地长宁—威远地区页岩气储层最小主应力介于44~68 MPa,一直使用可在高闭合压力下保持高导流能力的40~70目陶粒作为主要的支撑剂,但用量大、成本高。为了进一步降低支撑剂的成本,在采用气藏数值模拟方法论证储层所需的支撑裂缝导流能力的基础上,利用页岩气井生产分析结果和人工裂缝模拟结果研究储层作用在支撑剂上的有效应力、有效应力的加载速度和支撑剂的铺置浓度,提出了适合该区页岩气井压裂支撑剂导流的实验方法,评价了石英砂的导流能力及其对页岩气产能的影响,并利用该方法进行了支撑剂的筛选和现场试验。结果表明:(1)页岩基质渗透率小于6.0×10-4 m D时,主裂缝导流能力介于0.8~1.0 D·cm、分支裂缝导流能力介于0.05~0.10 D·cm即可满足生产需求;(2)当主裂缝垂直于最小主应力方向、分支裂缝垂直于主裂缝时,该地区页岩储层作用在主裂缝内支撑剂上的有效应力最大值为54 MPa,作用在分支裂缝内支撑剂上的最大有效应力约为69 MPa;(3)对标准支撑剂导流能力评价实验方法进行了修改——应力加载速度为1.0 MPa/min,支撑剂铺置浓度为2.5 kg/m2,最高加载压力设定为70MPa;(4)优选70/140目石英砂能够满足该区页岩气井压裂需求。在该区2个平台4口井的应用效果表明,将石英砂比例从30%提高到70%~80%,单段产气量无明显变化,单井可以节约支撑剂成本60万元~100万元,如果石英砂本地化,则成本可进一步降低。结论认为,该项成果为在基质渗透率极低的致密油气储层中采用石英砂替代陶粒以降低成本提供了技术支撑。

束鹿凹陷泥灰岩致密油转向酸压可行性研究

束鹿凹陷泥灰岩致密油储层埋藏深、岩性复杂、天然裂缝发育,其储层特征既不同于北美Bakken致密油,又不同于国内松辽、鄂尔多斯长7段,储层改造难度大。采用宏观实验测试与微观实验分析相结合的方式,从转向酸压技术机理、酸岩反应动力学、酸蚀裂缝形成条件分析以及导流能力测试入手,对束鹿凹陷泥灰岩储层转向酸压可行性进行了论证。研究结果表明VES转向酸适用于泥灰岩储层且能够实现均匀布酸、深度酸压的改造目的,利用转向酸压技术能够较大幅度地提高裂缝的导流能力,但裂缝的保持能力较差,需进一步探讨其他配套技术。

塔河缝洞型碳酸盐岩储层裂缝扩展规律数值模拟

塔河油田是典型的超深层缝洞型碳酸盐岩油藏,其储层包含大量的天然裂缝和不规则溶洞。由于其结构的复杂性,使缝洞型碳酸盐岩储层裂缝扩展机制与常规储层不同。为了探究水力裂缝在缝洞介质条件下的裂缝扩展规律,基于UFM模型并借助Kinetix软件平台进行数值模拟研究。结果表明:溶洞的存在造成了局部地应力场方向的改变,并在周围形成一个高应力隔层,导致裂缝在溶洞附近受到排斥作用而发生偏离转向,较大的或不规则形状的溶洞都会增大这种排斥作用,而较高的地应力差、洞内流体压力或充填程度均会减弱这种排斥作用;使用中高黏度压裂液并尽可能提高排量有利于水力裂缝向溶洞靠近;在适当的缝间距条件下,缝间的应力阴影效应也会减弱溶洞对水力裂缝的排斥作用;天然裂缝对水力裂缝的扩展路径具有重要影响,应充分利用天然裂缝的导向作用来实现对溶洞储集体的开发。

高尚堡油田裂缝高度影响参数分析及控制技术

针对高尚堡油田沙河街组在薄互层的压裂过程中,裂缝极易穿透产层窜通水层的问题,利用多因素正交表对该区块裂缝高度影响因素进行权重分析。结果表明,该区域裂缝高度影响参数按强弱排序为:地应力差、施工规模、施工排量、压裂液黏度。为了防止窜通水层,在施工中采用线性胶和冻胶交替泵注、变排量、段塞式加砂技术改变地应力的方式进行裂缝高度控制。压后通过净压力拟合、返排液矿化度分析,显示裂缝高度得到较好控制,未能沟通水层。