深层缝洞型碳酸盐岩储层水力裂缝扩展机理研究

为了准确掌握深层缝洞型碳酸盐岩油藏压裂过程中水力裂缝的扩展规律,基于弹性力学、断裂力学和流–固耦合理论,建立了适用于缝洞型储层的水力裂缝扩展数学模型,采用数值模拟方法分析了水力裂缝扩展过程与缝洞体的相互作用规律,并对“沿缝找体”压裂技术的适用性进行了深入探讨。数值模拟结果表明:溶洞周围发育天然裂缝时,会影响缝洞体周围局部诱导应力场,使水力裂缝更容易沟通缝洞体;采用大排量注入低黏压裂液或中小排量注入高黏压裂液,仅能沟通与水力裂缝初始扩展方向夹角较小的溶洞,而对与水力裂缝初始扩展方向夹角较大的溶洞,则需考虑采用强制转向技术进行沟通。研究结果表明,基于井眼与缝洞体的配置关系,采用“沿缝找体”压裂技术可以实现直接沟通、定向沟通和沿缝沟通3种缝洞体沟通模式,显著扩大储量动用范围。

缝洞型油藏一井多靶分段压裂开发效果数值模拟

为了研究缝洞型油藏一井多靶分段压裂开发效果,基于离散缝洞模型,建立了考虑基质—裂缝渗流和溶洞自由流耦合的缝洞型油藏油水两相流动模型及数值模拟方法,分析了天然裂缝发育程度、底水及压裂簇数对开发效果的影响。结果表明:在无底水条件下,天然裂缝发育程度仅影响采油速度,对累计产油量影响很小;在有底水条件下,底水沿天然裂缝上升会驱替溶洞中原油,产油量会随天然裂缝密度增大而升高;溶洞尺寸和压裂裂缝对缝洞型油藏产能具有显著影响;当天然裂缝发育程度较高时,每段一簇和多簇压裂裂缝开发效果差异明显减小,即采用一簇压裂裂缝便可控制整个缝洞甜点区域。

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏水平井酸压技术

为最大限度地提高长裸眼段水平井的改造效果,针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏特点,采用优选的酸液体系、优化的施工工艺等适于缝洞型碳酸盐岩油藏水平井酸压技术系列,使酸压措施尽可能多地沟通近井地带的缝洞体,较大幅度地提高水平井产量,取得了良好的应用效果。

转向酸酸液体系室内研究及其在塔河油田的应用

为解决塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏酸压施工液体滤失量大、酸蚀裂缝作用距离短的难题,通过室内实验开展了转向酸液配方优化、转向性能的评价及其现场施工工艺研究。筛选出适用于非均质储层酸压（化）改造的转向酸酸液基本配方：20%HCl＋8%DCA-1转向剂＋2%DCA-6酸液缓蚀剂,简称DCA-1转向酸。该转向酸酸液室温放置3天无分层,表面张力为24.57 mN/m,与航空煤油间的界面张力为1.39 mN/m,对N80钢片的腐蚀速率为0.77g/m2.h。该转向酸与大理石的反应速率明显低于常规酸液体系,且反应得到的变黏酸液,在120℃、170 1/s下剪切1h后黏度仍大于500 mPa.s;该转向酸无需专门的破胶剂,遇到原油、天然气、醇醚等有机介质或者大量的地层水后均会破胶,破胶液的黏度小于25 mPa.s。该转向酸实现了转向暂堵的功能,具有良好的缓速性和耐高温流变性,又能快速返排。2008~2009年开展了6口井的转向酸酸压现场试验,其中5口井从酸压前无产能到压后获得高产流油,累计增油达到3.75×104t。

超深碳酸盐岩复合高导流酸压技术

针对新区探井S1井储层致密、超深、高温、高闭合应力的改造难题,设计了复合高导流酸压改造方案,其特征是以高性能流体为基础,在前置液和酸液阶段全程加砂,实现全裂缝(近井+远井)内铺置支撑剂,同时利用酸液刻蚀主裂缝,沟通周围储集体,形成整个裂缝范围内的陶粒+酸蚀复合流动通道。实验室导流能力评价显示陶粒+酸蚀复合通道导流能力提高40%,高强度陶粒支撑剂平均嵌入深度仅为85μm。运用室内流体分析评价技术,优选了耐温180℃压裂液体系作为前置液,实现有效水力造长缝。研制了耐温160℃地面交联酸体系,优化酸浓度15%HCl,满足携砂和深穿透的要求。优选支撑剂种类和加入方式,实现全裂缝的有效支撑。S1井采用140 MPa耐压级别地面设备,成功完成了酸压施工,最高排量为5.1 m^3/min、压力为108.5 MPa,全程累计加砂量为78.6 t,压后日产液达到72.9 t并稳定生产,复合裂缝长期导流能力保持在较高水平。

岩性突变体对水力裂缝延伸影响的实验研究

产层水平方向常夹杂着岩性突变体,并且会阻碍水力裂缝在缝长方向的扩展或改变水力裂缝的扩展方向,从而影响水力压裂的效果。室内物理模拟实验研究发现,突变体法向应力对水力裂缝能否穿过突变体起着决定性作用,约4MPa的法向应力差可以促使水力裂缝穿透突变体,继续沿原来的方向延伸。产层与突变体之间的弹性模量差异、断裂韧性差异以及缝内净压力无因次量是影响裂缝走向的重要因素。水力裂缝穿过突变体需要比较大的能量积累,泵压会有显著波动。

绒囊暂堵剂在深层碳酸盐岩储层转向压裂中的应用

为了明确绒囊暂堵剂在深层碳酸盐岩储层转向压裂中的适应性,选取塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩THX井岩心作为样品,开展了注入绒囊暂堵剂前后的岩石力学特征评价实验和绒囊注入含裂缝岩心后的封堵压力实验,然后在THX井进行了现场试验,首次评估了绒囊暂堵剂用于碳酸盐岩深井暂堵酸化的效果。研究结果表明:①绒囊注入后岩石弹性模量减小、泊松比增大、岩心弹塑性应变增大,从而提高了岩心的韧性变形能力;②封堵压力实验结果显示,绒囊暂堵后裂缝承压能力逐渐提升,在注入压力峰值后未出现"悬崖式"陡降,说明绒囊韧性封堵带已经形成且具有明显的封堵作用;③绒囊暂堵后裂缝封堵压力与裂缝宽度成负指数关系,并且随着裂缝宽度的增加,暂堵剂承压力达到稳定的时间缩短;④绒囊暂堵剂注入岩石后提升了岩石的抗变形能力,绒囊暂堵裂缝后在缝内形成憋压,当缝内净压力超过水平地应力差时强制裂缝转向,并且绒囊暂堵剂可以耐130℃高温。结论认为,绒囊暂堵剂能够满足深层碳酸盐岩暂堵转向压裂的需求。

塔河油田碳酸盐岩油藏水平井暂堵分段酸压技术

针对塔河油田裸眼水平井＂封隔器＋滑套＂分段酸压费用高、作业周期长、分段工艺复杂、分段工具可靠性低、工具留井后处理难度大等问题,通过＂纤维＋颗粒＂复合暂堵代替＂封隔器＋滑套＂分段,完成单段酸压后注入＂纤维＋颗粒＂复合段塞,在裂缝端口架桥形成具有一定封堵强度的暂堵层,迫使裂缝从下一段起裂,实现无工具分段酸压。通过室内试验优选出耐温120℃的暂堵纤维,120℃下其在清水及盐酸中2h的溶解率小于40%,可保证持续暂堵效果,最终溶解率100%,不伤害储层;优化了纤维和颗粒的尺寸及质量分数,质量分数为1.0%-2.0%、长度为6-8mm的纤维＋质量分数为0.5%、直径为1.0mm的颗粒其暂堵压力大于9MPa。该技术在塔河油田应用8井次,施工暂堵压力6.6-9.0MPa,单井改造后产能大幅度提高,施工费用降低,累计增油5.6×104 t。研究结果表明,水平井暂堵分段酸压技术无需分段工具,解决了塔河油田碳酸盐岩水平井酸压工具下入和后期处理困难等问题。

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏水平井酸压技术

针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏侧钻水平井裸眼段较长（500～700m）、储层非均质性强和储层温度高的特点，优选出高温胶凝酸、温控变黏酸和转向酸3类耐高温、滤失量低的酸液体系；针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏侧钻水平井的储层特征、底水发育情况，结合3类酸液体系的特点，形成了前置液酸压、变黏酸酸压和转向酸酸压3种酸压工艺技术。现场应用表明，采用优选出的酸液体系和酸压工艺技术，能实现对长裸眼段水平井的均匀改造，最大限度地提高碳酸盐岩油藏侧钻水平井酸压改造的效果。

缝洞型碳酸盐岩储层循缝找洞压裂技术

深层及超深层缝洞型碳酸盐岩溶洞是油气的主要储集空间,压裂裂缝受地应力控制主要沿水平最大地应力方向扩展,并沟通该方向上的溶洞,其他方向的溶洞无法与井眼连通,导致井周储量动用程度低。根据碳酸盐岩储层伴生缝洞发育特点,提出循缝找洞的储层改造思想,即压裂过程中通过控制泵注压力注入流体,流体遵循原生天然裂缝的展布形态进行流动,形成相互连通的人工裂缝通道,沟通不同方向的多个溶洞,减少地应力对压裂裂缝形态的影响。通过构建含天然裂缝网络和溶洞的模型,采用TOUGH2-AiFrac耦合求解算法,研究天然裂缝数量、走向对压裂裂缝沟通溶洞的影响规律。结果显示天然裂缝走向对压裂裂缝扩展轨迹有较大影响,天然裂缝走向偏向溶洞有利于压裂裂缝沟通溶洞;不同数量、不同走向的天然裂缝网络能够有效连通不同方向的多个溶洞,说明能通过循缝找洞实现井周储量的高效动用。以循缝找洞思想为指导形成的技术方案现场应用85井次,2020年增加原油产量16.12万t,为深层及超深层缝洞型碳酸盐岩油气藏的改造增产提供了方向。

塔河油田碳酸盐岩储层暂堵转向压裂排量优化

塔河油田碳酸盐岩储层暂堵转向压裂成功,但施工过程中排量参数尚未有计算数据支撑,不利于暂堵转向重复酸压技术推广应用。以裂缝几何形状模型为基础,利用数值迭代方法建立了暂堵转向压裂排量优化设计模型,确定了碳酸盐岩暂堵阶段和压裂阶段最优化排量,形成了“低排量注入暂堵液封堵尖端,高排量注入压裂液实现转向”的暂堵转向施工方法。分析发现:排量要同时满足转向压力需求和裂缝长度需求;随着时间延长,排量开启裂缝扩展长度逐渐无法满足暂堵剂所需裂缝长度,暂堵剂起不到转向作用。利用优化设计模型对现场条件进行排量优化表明,暂堵阶段排量控制在3.0 m^(3)/min以下、压裂液压裂阶段施工排量控制在6.0 m^(3)/min以上,最适合转向压裂。研究为现场应用提供了理论支撑。

松软地层套管损坏的影响因素研究

建立松软出砂地层中套管的三维有限元力学模型,分析出砂段高度、套管内压以及垂向地直力对套管受力的影响。分析结果表明,出砂段的存在大大增加了套管损坏的危险性;出砂套管损坏的危险程度与出砂段高度呈抛物线关系;最大当量应力与内压的关系基本为双段线性;垂向地应力对套管应力大小影响很大。防止和减少出砂地层套管损坏的措施,除采用合理的防砂工具、选用高强度套管外,还应使出砂段高度避免接近临界出砂段高度,并且尽量使套管内压力接近临界内压。

缝洞型碳酸盐岩储层压裂效果评价方法试验研究

目前,由于缺乏缝洞型碳酸盐岩储层压裂裂缝沟通效果评价体系,无法实现压裂改造效果量化评价,因而需要针对缝洞型碳酸盐岩特征建立压裂改造效果评价方法。利用人造缝洞型碳酸盐岩岩心进行了水力压裂物理模拟试验,基于试验结果建立了符合缝洞型碳酸盐岩压裂特征的评价标准,提出了“缝洞沟通系数”的概念,然后利用该系数定量分析了地应力差对缝洞型碳酸盐岩压裂效果的影响。试验发现:用以评价压裂效果的SRV系数无法准确评价缝洞型碳酸盐岩压裂效果,而缝洞沟通系数可以针对此类缝、洞发育的岩石情况作出准确的压裂效果评价;利用缝洞沟通系数评价了水平地应力差对缝洞碳酸盐岩压裂效果的影响,发现随着地应力差增大缝洞沟通系数先降低后升高。研究结果表明,缝洞型碳酸盐岩储层中各因素对压裂改造效果的影响规律与常规储层不同,利用缝洞沟通系数分析压裂裂缝扩展沟通情况针对性更强、评价缝洞碳酸盐岩储层压裂改造效果更有效。

超大型酸压工艺技术在重复酸压中的应用

酸压工艺是塔河油田碳酸盐岩油藏勘探开发核心技术之一,但由于受多种因素的影响,有近半数的井经过一次酸压仍不能获得工业油气流或仅获得较低的产能。常规重复酸压技术由于存在入井液量规模小、压裂液滤失严重等问题,导致措施有效率低,而超大型酸压工艺通过增加酸压液体用量及施工排量,可进一步提高造缝长度,突破第一次酸压作用范围,提高重复酸压的建产率。在总结前期研究成果的基础上,借助室内试验,从施工方式、泵注程序、施工规模和参数3个方面来优化超大型酸压工艺技术,有效地解决了超大型酸压施工过程中遇到的措施后导流能力下降快、施工中压裂液滤失严重等难题。现场实施效果表明,优化后的工艺达到了沟通地层深部缝洞的目的,措施有效率高,增油效果明显。

塔河油田A井大型重复酸压工艺技术实践

针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏某区A井酸压后,产量下降快、有效期短的问题,开展了大型重复酸压工艺技术研究。根据酸压井地质工程特征,通过调整前置液粘度、多级粒径段塞降滤、大幅增加前置液及酸液用量等方法,有效地增加了酸蚀裂缝长度,连通了更多的油流通道。该井经大型重复酸压工艺,共挤入地层滑溜水2044m3,变粘酸430m3,粉陶27t,获得日产液149t,日产油141.8t,显示了大型重复酸压的良好应用前景。

缝洞型碳酸盐岩油藏储层改造人工裂缝特征研究

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩油藏储层缝洞发育,储集空间主要以溶洞、溶孔和裂隙为主,基质渗透率低,油气渗流通道主要为裂缝。酸压是提高产能的有效措施之一。通过分析100多口酸压井的测试资料,运用净压力裂缝分析方法和压力拟合方法,将酸压井的净压力曲线分成4类,研究了每类曲线反映的碳酸盐岩油藏天然缝洞发育情况和酸压裂缝延伸规律,并分析了人工裂缝沟通天然缝洞体系情况;通过对酸压净压力曲线进行拟合,评价了酸压施工是否形成了多裂缝系统。研究结果可用于正确指导压裂设计的优化,对提高酸压效果具有现实的指导意义。

新型示踪剂产能监测技术研究及应用

水平井分段酸压是低渗、致密碳酸盐岩储层改造的有效措施,尚无有效的监测方法验证压裂改造后各压裂段对产油产水的贡献。笔者用新型化学材料做示踪剂,该示踪剂无毒无放射性,与地层吸附率极低,试剂检测灵敏度达到10^(-3) mg/L,水剂只与水亲和,油剂只与油亲和,可以对油、水两相单独测试并分别评价产出剖面。该示踪剂适用于高温酸性环境,与酸压工作液配伍性良好,油剂可良好分散在胶凝酸体系中。该研究可解决致密油气田水平井分段酸压改造产能监测困难的问题,为该类区块水平井分段酸压效果评价提供可靠依据。

超深高破压碳酸盐岩储层深度酸压改造技术研究与应用

针对塔河油田外围奥陶系碳酸盐岩油藏"超深、高温、高破裂压力"的特点,研究形成了"压前预处理、管柱结构优化、工作液体系优选、优化施工泵序"等酸压改造主体工艺,经现场应用,取得了良好的效果,初步解决了超深井、高破压酸盐岩储层深度酸压改造的难题。

延迟交联冻胶酸液体系的室内试验研究

针对塔河油田外围奥陶系碳酸盐岩油藏储层发育程度变差,常规酸液体系滤失量大、酸岩反应速度快,酸蚀裂缝长度较短,酸压有效作用距离难以进一步提高的难题,开展了延迟交联冻胶酸体系配方、综合性能,以及现场酸压施工工艺研究。优选出的冻胶酸体系室温放置7天无分层、沉淀,基液粘度51mPa·s,延迟交联时间3-4min可调,在150℃、170s-1下剪切1h后黏度仍大于50mPa·s,破胶液粘度6mPa·s,酸岩反应速度较常规胶凝酸体系低一个数量级,具备一定的携砂能力。在碳酸盐岩油藏酸压改造中具有良好的推广应用前景。