基于分形方法的水力压裂分支裂缝分布模拟

对水力压裂裂缝分布位置的准确描述是进行压裂设计及压裂效果评价的重要前提,而在人工裂缝分支的描述方面,尚未开展有关裂缝位置和形态等描述研究。运用分形L-系统建立树枝模型,建立岩石天然薄弱面分布规律的平面模拟描述方法。应用分形相似原理,将天然薄弱面分级,得出各级天然薄弱面剪切、张开判别条件和天然薄弱面起裂后裂缝内压裂液压降梯度。依据天然薄弱面分布模型及裂缝剪切、张性断裂准则,提出水力压裂分支裂缝分布模拟计算方法。计算结果表明,水力压裂分支裂缝数量与井壁处缝内净压力、储层最大与最小主应力差值密切相关。主裂缝附近存在较多分支裂缝,分支裂缝数量随井壁处缝内净压力增加而增多;储层最大与最小主应力差值越小,细小分支裂缝开启数量越多,裂缝沟通面积越大。运用该计算方法能够模拟具有分形特征的裂缝平面形态和开启状况,并为复杂裂缝形成机理分析提供依据。

薄差储层油水渗流规律研究

应用岩心水动力实验数据归一化得到薄差层油水相对渗透率曲线。引入有效驱动系数,对驱油效率、含水上升规律、不同条件下采液采油指数的变化规律以及影响因素进行分析。研究表明:薄差层两相共渗区范围窄,驱油效率低,其相渗特征主要受表外储层影响;含水上升率在含水率为40%时达到最大,且分布不对称;较高的油水黏度比、较大的有效驱动系数有利于提高无因次采液指数、采油指数,因此薄差层开发应有效提高低含水期采出程度。

深井安全钻井液密度窗口影响因素

考虑钻井液渗滤造成井壁岩石孔隙压力变化和钻井液与地层岩石温差产生的附加应力和应变,推导了孔隙度与孔隙压力和温差的理论关系,建立了考虑孔隙压力、温差及孔隙度变化的深井安全钻井液密度窗口计算模型。应用模型计算结果表明:①深井钻井井壁岩石与钻井液温差一定时,随着钻井液渗滤作用的增强,井壁岩石孔隙压力增加,导致坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。②当井壁岩石孔隙压力一定时,若钻井液使井壁岩石降温,则随着温差的增加,坍塌压力减小,破裂压力增加,安全钻井液密度窗口范围变大,有利于安全钻井;若钻井液使井壁岩石升温,则随着温差的增大,坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。

基于能量理论的体积压裂工程改造效果评价模型及应用

体积压裂工程改造效果主要受储层改造体积(SRV)及其内部裂缝密度和导流能力的影响,由于微地震得出的SRV不能反映改造体积内裂缝的密度和导流能力,因此仅依靠SRV不能真实准确地反映体积压裂的工程效果。根据能量守恒和物质平衡原理,通过变分法建立改造体积内平均裂缝长度和等效裂缝条数计算模型,得到用于描述改造体积内裂缝密度和导流能力的关键参数,在此基础上综合考虑影响体积压裂工程改造效果的改造体积、裂缝密度和导流能力,提出体积压裂工程改造效果评价参数计算模型。应用效果表明,该评价参数在有微地震监测井和无微地震监测井中与产能之间均具有较好的相关性,实现了对体积压裂工程改造效果的准确评价,为油气井体积压裂产能影响因素分析提供了有效的区分手段。

基于有限元数值模拟的致密储层体积压裂效果影响参数分析

致密储层体积压裂作业后形成复杂裂缝网络,通过改变压裂井附近的渗流场来增大水平井产量,目前针对致密储层体积压裂影响参数对水平井投产后不同时间段压裂效果影响的权重分析较少。通过建立适用于致密油藏油水两相有限元方程对复杂裂缝网络进行有限元数值模拟,采用正交实验与灰色关联法分析水平井体积压裂影响参数在油井投产10年内对产能的影响程度。研究结果表明,裂缝导流能力决定水平井压裂初期产能,裂缝长度决定水平井日产量的递减速度以及后期阶段稳产的产量水平,随着压裂井生产不断进行,裂缝长度取代裂缝导流能力成为影响产量的关键性因素。水平井投产不同时间段内各影响参数对压裂效果的影响程度研究可以为致密储层体积压裂水平井施工设计提供理论支持。

延缓大庆油田标准层套损的套管优选

大庆油田部分区域集中出现标准层套管剪切损坏,虽已采用标准层不固井工艺延缓套管损坏,但除此之外,套管壁厚、钢级等参数对标准层套管剪切损坏的临界条件也有影响。为此,考虑套管和地层弹塑性力学特征,针对标准层不固井的工程条件,应用考虑大变形后应力平衡状态的拉格朗日格式有限元方程,提出了地层整体移动剪切套管过程的三维有限元计算方法。考虑套管变形和套管断裂的2种失效条件,计算并对比不同壁厚和钢级套管失效的临界值。结果表明:考虑套管断裂的地层剪切套管临界滑移量明显小于考虑套管变形的临界滑移量;同规格、同钢级套管损坏的临界滑移量随套管壁厚增大呈线性减小,随其延伸率增大近似呈线性增大。因此,在满足强度校核的前提下,大庆油田标准层宜采用低钢级小壁厚套管以延缓套管损坏。

水平井分段多簇压裂各射孔簇破裂压力分析

为了提高水平井分段多簇压裂射孔簇的起裂效率,针对段内多条裂缝同步扩展的特点,考虑裂缝间的应力阻隔效应以及缝内有效净压力的变化,根据待压段的诱导应力建立了不同射孔簇破裂压力计算模型,并分析了各射孔簇破裂压力的变化规律。通过研究得出认识:水平井分段多簇压裂多条裂缝同步扩展时存在应力阻隔效应,待压段受到的诱导应力为之前各段最后一簇裂缝缝内有效净压力产生的诱导应力的叠加;距离上一段压裂位置最远的射孔簇破裂压力最低,段内多射孔簇间的破裂压力差异随着时间的延长而增大,多簇起裂的最好时机是在施工初期,可在短时间内迅速提高排量,利用射孔孔眼的节流效应提高井底压力,实现多簇裂缝的依次起裂;段内较小的应力变化会引起较大的破裂压力差异,诱导应力引起的各射孔簇破裂压力的变化在射孔参数设计和压裂参数优化时必须得到重视。

页岩气水平井压裂地层滑移致套损模拟试验研究

为了了解页岩气在水平井压裂过程中地层滑移导致套管损坏的规律,设计了压裂过程中地层滑移室内模拟试验装置,采用该装置模拟了水力压裂过程中产生的地层不均匀隆起诱发水平层面的滑移过程,并基于非常态相似理论确定了试验模型与地层原型各参数之间对应关系。分析结果表明:地层滑移量主要与距地层变形中心的距离有关,即与距水力压裂点的距离有关,总体上,从地层膨胀中心开始,滑移量逐渐增大,在距中心点14～17 cm范围内达到最大值,之后开始快速下降;不同的地层厚度以及不同的地层埋深影响着地层滑移量的大小,当套管穿过层厚较大的页岩地层时,滑移量要比低厚度地层大,当套管在纵向穿过地层发生多段套损时,其上部剪切滑移程度要大于下面部分。所得结果对认识页岩气井剪切型套管变形及如何预防套管损坏具有一定的理论指导意义。

煤层气水平井玻璃钢管固井居中度分析

在煤层气水平井水平段采用玻璃钢套管可以提高后期采煤作业的安全性。为了揭示固井顶替过程中不同时刻玻璃钢管的居中度变化规律,根据玻璃钢管的浮重分析,建立考虑扶正器影响的水平井眼内玻璃钢管居中度计算模型。研究结果表明:由于玻璃钢管密度较低,随着管内外流体密度的变化,顶替过程中水平段玻璃钢管由井眼低边逐渐上浮,偏向井眼高边,其在水平井眼内的位置及居中度处于动态变化之中;减小水泥浆的密度有利于减小顶替结束时玻璃钢管所受向上的浮重,提高玻璃钢管在水平段的居中度。该研究为煤层气水平井玻璃钢管固井套管居中度的改进提供了理论依据。

应用模糊综合评判和灰色关联度分析评价水平井多级压裂效果

水平井多级压裂是低渗透和非常规油气田开发的有效技术手段,其压后产能评价问题已成为相关研究的热点和难点.水平井多级压裂压后产能的各项影响因素之间关系复杂,通过常规理论分析量化研究困难,压裂效果很难准确预测.本文提出应用模糊综合评判和灰色关联度分析相结合的方法,对多级压裂水平井的压裂效果进行评价.首先运用灰色理论分析影响压裂效果的各因素之间的灰色关联度,计算各影响因素在综合评判中的权重值,再结合模糊综合评判方法,对多级压裂井压后效果进行预测评价.通过目的区块24口多级压裂水平井压后效果评价与实际生产情况对比,表明模型计算准确率达到95.8%,评价结果准确可靠.

灰色理论结合专家系统预测煤层气井压裂效果

煤层气井水力压裂效果受煤层条件、煤层气井条件、压裂施工参数等影响,压裂效果难以预测.通过对煤层气井压裂后累积增产量分析,从中确定出煤层厚度、煤层深度、煤层渗透率等26个影响煤层气井压裂效果的因素.运用灰色关联法筛选主要因素和次主要因素,并分别建立不同的隶属函数用于专家系统的知识库建立,形成一种灰色理论结合专家系统的煤层气井压裂效果预测方法.将方法运用与鄂尔多斯某区块,对200组测试数据进行计算,预测错误率仅为3.5%.计算结果表明,方法预测结果准确可靠,可为煤层气井压裂优化提供指导.

基于可拓物元理论的固井质量评价模型研究

测井信息反映的固井质量由于受到多种因素的干扰存在误判的可能性,因此有必要采用其他固井质量评价方法对测井信息反映的固井质量进行验证.采用可拓物元理论建立了固井质量评价的多指标评价模型,给出了根据可拓物元理论计算胶结指数的方法,通过模型可以对测井信息反映的固井质量进行验证,更为真实有效的反映实际固井质量,避免测井信息受其他因素干扰而产生的固井质量误判事故,同时还可以根据该模型在固井作业之前对主要可控影响因素进行优化来提高固井质量。

薄差储层有效驱替理论与应用

应用油藏工程方法,综合考虑驱替压力梯度和启动压力梯度的影响对薄差储层有效驱替理论进行研究.根据不等产量一源一汇驱替压力梯度公式,分别得到地层压力、注入压力、井底流压以及井距变化时的驱替压力梯度图版,并分析其变化规律;根据岩心水动力实验结果,建立启动压力梯度与渗透率的关系,分析有效驱动不同渗透率的储层所需要的驱替压力梯度临界值.研究表明:驱替压力梯度大于最大启动压力梯度是薄差储层有效驱替的必要条件;小井距是薄差层有效驱动的最优选择;可以通过措施和注采压力系统调整达到驱替压力梯度高于最大启动压力梯度的目的,从而有效驱动薄差储层.研究对薄差储层开采具有重要的指导意义,并在矿场试验中得到了有效论证.

考虑应力阻隔和干扰效应的分段多簇压裂诱导应力计算模型

针对水平井分段多簇压裂过程中段内多条裂缝同步扩展的形成特点,考虑裂缝间存在的应力阻隔效应和应力干扰效应,分析了段内各条裂缝诱导应力的影响范围以及其相对于不同位置处的有效净压力,建立了水平井分段多簇压裂段内不同位置处诱导应力计算模型.通过研究得出如下认识:第N段压裂之前段内各点受到的诱导应力为之前各段最后一条裂缝产生的诱导应力的叠加,第N段压裂过程中段内各点受到的诱导应力是与其相邻的裂缝产生的;最小水平地应力方向的诱导应力抵消了一部分缝内净压力,应根据应力阻隔和应力干扰效应以及之前各段压裂诱导应力的分布计算每条裂缝相对于左右两侧地层的有效净压力以及诱导应力.考虑多条裂缝同步扩展时的应力阻隔和应力干扰效应以及有效净压力变化的分段多簇压裂诱导应力计算模型更为符合实际的工况情况,具有较高的精度,能够为水平井分段多簇压裂优化设计提供更为准确的理论指导.

考虑完井液存在的气井环空带压计算模型研究

准确预测套管内环空压力上升规律有助于指导现场在压力值达到破坏井筒完整性前采取措施,可有效降低环空带压对注采井安全生产带来的威胁.本文考虑气体在完井液中体积变化及运移规律,建立了完井液存在条件下环空压力计算模型,通过对比实例带压井的环控压力计算值与实际值,验证了模型的准确性.同时,计算分析了完井液液柱高度、完井液压缩系数及水泥环渗透率对最大环空压力值与其变化规律的影响,计算结果表明:较大的水泥环渗透率和较小的完井液压缩系数将会增大环空压力的上升速度,而完井液液柱高度不但对环控压力上升速度产生影响,较小的液柱高度还将导致最大环空压力增加.因此,增加完井液压缩性能、适当降低完井液柱高度、提高固井质量以降低气体在水泥环中的窜流是延缓环空带压的有效措施.

南堡油田稠油CO2吞吐选井模糊综合评判方法研究

二氧化碳吞吐控水增油矿场试验是南堡油田增产作业的有效技术手段,但如何选井已成为能否取得预期效果的难点,南堡油田属于复杂断块油藏,各项影响因素关系复杂,通过常规理论分析量化研究困难.提出应用层次分析法和模糊综合评判方法相结合,充分考虑地质与开发因素共18项,其中主要影响因素6项,建立稠油CO2吞吐选井评价模型,对南堡油田区块32口稠油CO2吞吐选井进行评价,实际增油量的回归方程拟合优度判定系数为0.7493,对于油田开发产量预测已经达到较高精度,确定模糊评判得分0.8以上即为可实行的CO2吞吐施工方案.

提高煤层气水平井玻璃钢管固井顶替效率技术研究

煤层气玻璃钢管固井可以有效的防止后期采煤作业时电火花和摩擦火花的产生，降低采煤作业瓦斯爆炸的风险．然而由于玻璃钢管的密度较低，固井时玻璃钢管在水平井眼内的位置及居中情况与钢制套管有较大差异，需要根据玻璃钢管固井的特点制定相应的顶替效率提高措施．根据水平段玻璃钢管固井顶替时的受力变形、居中度以及顶替界面形态分析，提出了针对煤层气水平井玻璃钢管固井的“本体悬浮、居中度优化、整体平直下偏心”三项顶替效率提高技术，从而保证顶替界面的最小掺混长度以及顶替界面的整体近似匀速移动，为煤层气水平井玻璃钢管固井参数设计提供了理论依据与方法．