考虑渗吸效应的页岩油井体积压裂用液强度优化方法——以南襄盆地泌阳凹陷X-1井为例

以南襄盆地泌阳凹陷X-1井为例,将岩心实验测得的带压渗吸规律通过岩心尺度油藏模拟拟合得到表征渗吸过程的毛管压力特征曲线及相对渗透率特征曲线,将其代入宏观油藏模型中模拟压后焖井过程,建立体积压裂用液强度优化方法。研究表明:压裂液用液强度的优化必须考虑造缝要满足预测最终可采储量的需求、满足渗吸驱油的需求、满足补充地层能量的需求,同时将压裂液用液强度控制在临界渗吸强度附近,避免液量过少导致渗吸置换作用不充分,液量过大导致成本增加与潜在储层伤害。模拟发现,压裂液用液强度与单井预测最终可采储量正相关且存在最优值,大于最优值后,单井预测最终可采储量增加的幅度将越来越小,通过适当提高压裂液用液强度补充地层能量提高焖井压力,适当增加焖井时间,可有效增加压后产能。经过X-1井现场试验验证,该优化方法对油井生产效果改善显著,具有较好的实用性。

济阳坳陷页岩油注二氧化碳开发技术

围绕页岩油注CO_(2)开发存在的问题,通过室内实验、数值模拟与压裂工艺相结合的方式,开展了页岩油注CO_(2)萃取置换机理、CO_(2)前置液对页岩力学性质影响的室内实验,模拟了CO_(2)前置压裂和吞吐补能对开发效果的影响,并将成果应用于CO_(2)前置压裂和单井吞吐矿场实践。研究表明:CO_(2)吞吐作用效果受微纳尺度效应及干酪根、吸附油存在等的影响,适当延长焖井时间可提高原油动用程度。在CO_(2)“注、焖”阶段,CO_(2)通过溶解扩散和传质作用提高重烃的动用程度,在CO_(2)“吐”的阶段,CO_(2)主要将较大孔隙中的原油排出至周边更大的孔隙或层理缝中流入生产井。注入CO_(2)前置液有助于保持岩心脆性,降低破裂压力,CO_(2)易沿层理面滤失,从而提高裂缝复杂程度。前置CO_(2)注入量增加会提升增能效果,从而增强地层能量的补充作用。页岩基质渗透率越低、地层压力越低、原油重烃含量越高,注CO_(2)吞吐开发后,采收率提高幅度越大。矿场实践表明,CO_(2)前置压裂后压力保持良好,单井CO_(2)吞吐后可有效补充地层能量,提高单井产能,效果良好。

深层页岩气水平井多级双暂堵压裂关键工艺优化

目前深层页岩气储层压裂缝网复杂程度普遍偏低,多簇裂缝非均衡起裂延伸现象普遍,在一定程度上制约了页岩气的规模效益开发。为此,从多级双暂堵角度入手,提出了一种“长段差异化极限布缝+多级双暂堵”的新工艺,并建立了暂堵球暂堵参数优化模型,分析了暂堵剂运移及封堵规律,研究了缝内暂堵暂堵剂参数优化以及簇间暂堵工艺优化和暂堵有效性识别。研究结果表明:①压裂液黏度与密度、暂堵球密度与粒径及射孔孔眼直径是缝口暂堵优化的关键性参数,采用不同密度、不同粒径的暂堵球组合,多次投球并配合变参数射孔,非均匀布酸及变排量注入措施可提高暂堵球暂堵效果;②应力差、天然裂缝密度是暂堵剂暂堵时机及次数优化的关键因素,提高排量和压裂液黏度、降低暂堵剂粒径及注入浓度利于提高缝内暂堵效果;③经过川东南地区深层页岩气现场应用,采用该新工艺的试验井平均单井压裂费用可降低约15%,取得了良好的经济效益。结论认为,基于多级双暂堵技术形成的“长段差异化极限布缝+多级双暂堵”工艺技术试验效果较好,有利于推动深层页岩气水平井压裂由“多段少簇”压裂模式转变为“少段多簇”压裂模式,对深层超深层页岩气的规模效益开发具有重要的借鉴和指导意义。

非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨

体积压裂技术是实现非常规油气藏高效开发的关键,围绕有效改造体积及单井控制EUR最大化的目标,密切割程度、加砂强度、暂堵级数及工艺参数不断强化,导致压裂作业综合成本越来越高。为此,开展了新一代体积压裂技术(立体缝网压裂技术)的研究与试验,压裂工艺逐渐发展到“适度密切割、多尺度裂缝强加砂、多级双暂堵和全程穿层”模式。为促进立体缝网压裂技术的发展与推广应用,对立体缝网的表征、压裂模式及参数界限的确定、“压裂–渗吸–增能–驱油”协同提高采收率的机制、一体化变黏度多功能压裂液的研制、石英砂替代陶粒的经济性分析及“设计–实施–后评估”循环迭代升级的闭环体系构建等关键问题进行了探讨,厘清了立体缝网压裂技术的概念、关键技术及提高采收率机理,对于非常规油气藏新一代压裂技术的快速发展、更好地满足非常规油气藏高效勘探开发需求,具有重要的借鉴和指导意义。

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。

陆相断陷湖盆页岩油开发技术迭代与发展方向

对比、借鉴美国页岩油开发钻井技术、压裂技术、井网部署模式迭代历程及成效,围绕济阳陆相断陷湖盆页岩油地质特点和开发难点,通过开发技术、钻井技术和压裂技术的创新、迭代,初步形成了适合陆相断陷湖盆页岩油地质特征的开发技术体系,支撑了页岩油产量快速增长,降低了开发投资成本。通过与美国页岩油开发技术对比,提出了陆相断陷湖盆页岩油开发技术迭代的发展方向:持续强化整体立体开发,提高工程技术精细程度,完善工程技术指标体系,加快工程装备智能优化,探索应用复杂结构井,形成从设计到实施的全流程一体化质量管理体系,不断创新陆相断陷湖盆页岩油开发理念与技术,推动实现陆相断陷湖盆页岩油规模效益开发和高质量发展。

一体化多功能减阻剂的研究与应用

传统压裂液一般是以减阻剂为核心,配合使用防膨剂、助排剂等多种添加剂而形成的溶液体系,配液流程复杂,体系配伍性以及稳定性不佳,并且对储层伤害高。为解决传统压裂液存在的问题,文章以反相乳液聚合法合成了一种兼具减阻、携砂、助排、防膨、低伤害等性能的一体化多功能减阻剂JHFR-Ⅱ,并对其进行室内试验及现场施工。室内实验结果表明:JHFR-Ⅱ溶液黏度在1.0~90.0 mPa·s可调,岩心渗透率的伤害率低于20.0%。优选出0.10%的JHFR-Ⅱ溶液作为减阻水,在储层矿化度下,减阻率达73.2%;优选出0.40%的JHFR-Ⅱ溶液作为携砂液,其携砂能力为清水的90倍,破胶液黏度低于5.0 mPa·s,表面张力低于28.0 mN/m,防膨率高于85%。通过现场施工表明,JHFR-Ⅱ减阻剂不但能够满足致密油气藏大规模体积压裂施工的减阻和携砂需求,还可以用于常规以及其他非常规油气藏的复杂缝网压裂中。一体化多功能减阻剂JHFR-Ⅱ具有一剂多效的特点,其单剂水溶液即可作为压裂施工液体,在压裂施工作业中可有效简化操作流程,降低施工成本。

页岩气环保变黏压裂液的研究与应用

为解决深层页岩气开发中常规压裂液储层伤害大、携砂能力差、变黏工序复杂等技术难题,结合威远区块深层页岩储层特点及施工需求,研发了一种环保变黏压裂液体系,并进行了室内性能评价与现场应用。研究表明:该环保压裂液体系可以在30 s内完全溶解,压裂液可在黏度为2~150 mPa·s范围内实时调整;使用返排水配制的低黏压裂液与高黏压裂液减阻率均大于70%,线性胶压裂液减阻率大于65%;低黏压裂液与高黏压裂液储层损害率均小于15.00%,线性胶压裂液岩心损害率为15.47%;环保变黏压裂液生物毒性均为无毒;环保变黏压裂液携砂性能良好,较清水携砂性能最大提高65倍。在威远H21-5井的应用表明,环保变黏压裂液溶解速度快、减阻性能优异、携砂性能优良,可实时改变黏度以满足不同压裂工况,满足减阻携砂一体化压裂施工的技术需求,具有较好应用前景。

深层页岩气水平井体积压裂技术

深层(深度超过3 500 m)页岩气储层地应力高、水平两向应力差异大、层理和天然裂隙分布复杂、岩石塑性特征强,导致水力裂缝破裂延伸困难、裂缝复杂性程度及改造体积低、导流能力低且递减快,极大制约了深层页岩气的经济有效开发。为此提出了针对性与现场可操作性均强的深层页岩气水平井体积压裂技术方案,即以平面射孔、多尺度造缝、全尺度裂缝充填及高角度天然裂缝延伸控制为核心,配套形成了多级交替注入模式(酸、滑溜水、胶液)以及以变黏度、变排量、混合粒径及小粒径支撑剂为主体的工艺方法,最大限度地提高了深层页岩气的有效改造体积(ESRV)。在四川盆地永川、威远及焦石坝南部等深层页岩气井的压裂中,部分成果获得应用,实施效果显著。其中,永页1HF及威页1HF压后初产分别为14.1×10~4 m^3/d和17.5×10~4 m^3/d。深层页岩气水平井体积压裂技术的突破,对确保涪陵二期深层3 500~4 000 m深度范围内50×10~8 m^3页岩气产能建设目标的实现、垂深不超过6 000 m以内的巨大页岩气资源量的经济开发动用,都具有十分重要的现实指导意义。

整体压裂优化方案设计的理论模式

以胜利大芦湖油田樊 12 8块油藏为例 ,以整个油藏 (包括含在其中的水力裂缝 )为研究单元 ,以整个油藏未来的开发、调整和压裂效果评价为着眼点 ,以地质与生产动静态资料为参数覆盖依据 ,并用模糊多因素决策方法为优选最佳缝长的评价方法 ,最终提出了一套新的整体压裂优化设计的概念和方法。该研究模式能综合考虑储层有效渗透率、有效厚度、目前地层压力以及油井含水率等多种因素的影响 ,因而能精细提供油藏在不同开发生产阶段进行水力压裂时的最佳缝长设置 ,从而改变了过去整体压裂方案过于笼统、抽象的缺点 ,以及在指导单井压裂设计时的针对性和有效性不强的局限性。经其他可靠手段验证 ,此研究结果可靠 ,且简单易行 。

低渗透油藏压裂井动态预测的有限元方法

以往动态预测研究在任意方位裂缝井的产能预测、裂缝三维支撑形态的模拟、启动压力的影响、裂缝内相对渗透率曲线的影响、不规则油藏边界的刻画、非水平非等厚油藏模型的精确模型计算以及非恒定裂缝导流能力的影响等方面存在一些不足 ,利用等参有限元方法可加以研究和改进。建立了统一的油藏—裂缝系统渗流模型 ,在空间上用有限元法进行离散 ,在时间上用稳定性好的向后差分格式进行离散。用IMPIS方法和预处理共扼梯度法求解离散后的压力方程和含水饱和度方程。在此基础上 ,用VisualBasicforWindows编程语言进行了数值计算 ,并与“黑油模型”进行了对比验证。实例研究结果表明 ,文中的研究方法可行 ,计算结果稳定可靠 ,可用于指导实际工作。

页岩可压性指数评价新方法及应用

脆性指数是评价页岩可压性的基础,国外的脆性指数研究只局限于近井筒参数。为了更全面地表征页岩的可压性,以压裂施工参数为基础,从能量的角度提出了一种新的页岩脆性指数综合评价方法,并建立了地质参数与工程参数有机结合的可压性指数综合模型;同时应用归一化方法,建立了利用等效支撑剂量与等效压裂液量的比值表征可压性指数的新模型。实例计算表明,采用该方法计算的脆性指数及可压性指数与压后产气效果关联度较强,能够准确反映裂缝的延伸性,其值大小可作为优选压裂段簇位置的依据,并具有较高的可信度和现场实用性。建议在现场推广应用,以促进国内页岩气的勘探开发效果及水平。

高温深井裂缝性泥灰岩压裂技术

华北束鹿凹陷泥灰岩的主要特点有:①深井(4237.5m)、高温(146℃)、高压(42MPa);②高泥质含量(占岩石的15%～22%),黏土矿物中运移矿物含量高(占黏土的54%～71%);③水平层理异常发育,并伴随高角度缝洞;④基质特低渗(0.0087～0.022mD),可动流体饱和度特低(12.3%～18.3%)。针对泥灰岩储集层特点,提出了水力压裂技术系统:①新型的“超级”瓜尔胶体系;②不同粒径组合的高强度陶粒;③新型的小型测试压裂技术;④新型的压裂工艺参数优化及施工技术,如压裂工艺参数的多级优化技术、多裂缝控制技术等;⑤新型的压裂后放喷及排液技术。将上述技术应用于晋古13井,压裂取得了理想的效果,初步形成了泥灰岩储集层的水力压裂技术体系。

垂直裂缝井稳态产能的计算

现场水力压裂设计需要有计算裂缝井产能的简易方法。应用保角变换原理，先将垂直裂缝井产量求解问题转化为简单的单向渗流问题；然后根据微元体流动分析，综合应用物质守衡原理和达西运动方程，同时利用压力耦合原理（在基质和裂缝的衔接处压力对应相等），导出了裂缝内变质量流动时的压力所满足的二阶微分方程；进而推导出不同缝长和导流能力（包括无限导流能力和有限导流能力）裂缝井的产能公式。所得结果与一些经典方法及现场压裂井实际压裂后产量的吻合程度较好，且简单易行，便于现场水力压裂设计时应用。图２表２参３（蒋廷学摘）

由地面压裂施工压力资料反求储层岩石力学参数

应用常规的地面压裂施工压力资料和前置液阶段的瞬时停泵压力测试等资料,初步探讨了求取储层原位岩石力学参数的新方法。该方法首先是由地面施工压力计算井底压力,并由井底压力的增长模式确定裂缝的扩展形态(为简单起见,文中仅假设为PKN模型和KGD模型2种)。然后,根据裂缝形态的不同,确定相应的计算公式。其实质就是利用裂缝宽度既与杨氏模量相关,又与裂缝净压力相关的特点,建立不同时间的井口压力与杨氏模量间的对应关系曲线。同时,利用泊松比与最小水平主应力的相关式,由最小主应力的变化曲线,求出了泊松比的变化曲线。经其他可靠手段验证,该方法计算结果可靠,且简单易行,便于现场推广应用。既可用于压裂的实时分析,也可用于压后评估分析。所以,该方法对提高水力压裂的优化设计水平,具有一定的参考价值。

新型前置投球选择性分压方法及其应用

针对以往常规投球分层压裂的局限性,提出了将二次加砂或多次加砂改变为一次加砂的做法。具体做法是:将投球的时机提前到前置液中间某个时段,在正式加砂前,用低黏度的线性胶和(或)活性水替满一个井筒容积,然后适当停泵,之后再正式加砂;如果是多薄层压裂,可尝试前置液阶段多次投球;多次投球时,应设计较小的排量,并且排量应保持恒定以判断是否压新层。经现场初步应用,证明该方法适应性与针对性强,具可操作性,适合于特低渗透薄互层的高效压裂改造。该方法避免了以往常规投球压裂的盲目性和层间窜流造成的支撑剂干扰现象,在提高压开程度、控制裂缝高度、改善支撑剖面及提高压后效果等方面,具有重要的理论和实践意义。

低渗透难动用储量压裂专家系统的研究及应用

针对国内低渗透油田储量难动用的特点,提出了经济有效开发的压裂专家系统。该系统包括基于网络功能的数据库、区块经济评价的蒙特-卡洛风险性分析、不规则井网与裂缝系统的快速评价、基于遗传算法的压裂方案优化及压后排液和求产的优化等。在此基础上,以降低成本和提高单井产量为目标,进行了现场新技术的试验,包括考虑地应力的井网优化、低粘度压裂液及多种支撑剂组合注入、分层压裂、大型压裂、水力压裂及超前注水等。在3个油田进行了现场应用,取得了显著的效果。吉林油田前48区块提高产量34%,降低成本37%;在克拉玛依油田3口井进行了低聚合物压裂和分层压裂试验,压裂后原油产量提高2倍以上;在董志油田的超前注水也见到了实际效果。

松辽盆地南部致密气藏低伤害大型压裂改造技术研究与试验

松辽盆地南部深层致密气藏具有岩性多变、低孔、特低渗、埋藏深、杨氏模量高、压力高、温度高等特点,压裂改造的主要难点是加砂规模小、施工砂液比低,且易发生早期脱砂现象,使压裂改造效果一直难以获得突破。为此,研究了一种新的低伤害大型压裂技术,力求实现低伤害、深穿透、高导流的目标。其要点包括压前储层精细评价、耐高温耐剪切的低伤害压裂液体系、小粒径为主的高强度组合粒径支撑剂、压裂多级优化设计、螺旋式及段塞式加砂程序设计、新型压裂施工配套技术等。经两年9井次现场试验,成功率由以往的50%提高到80%以上,最高加砂量达90m3,打开了松南盆地南部深层致密气藏的勘探局面,为今后的经济有效开发提供了重要的技术支撑。

压裂方案经济优化的智能专家系统研究

初步研究并建立了压裂方案经济优化的智能专家系统 ,其核心是遗传算法在压裂方案经济优选中的应用。该算法的突出特点是采用随机生成的方法 ,先形成几十个甚至几百个待选压裂方案 (每个压裂方案包含的各种设计参数各不相同 ) ,然后 ,综合应用杂交和变异两种方法对诸压裂方案包括的诸多设计参数进行系统优化 ,经过多代遗传和变异后 ,最终可形成按经济净现值大小排序的压裂方案系列 ,从中可优选出最佳方案。此外 ,在智能专家系统中考虑到油价和利率在特定范围内的随机波动 ,因而是一个符合实际的理想模型。经现场压裂施工验证 ,取得了比常规压裂优化方法更为满意的效果。

裂缝强制闭合条件下的压降分析新模型

以物质平衡原理和相关分析模型为基础 ,对PKN和KGD两种裂缝模型建立了裂缝强制闭合条件下的压力降落解释模型。与以往模型相比 ,该模型既能考虑压裂后立即放喷对裂缝参数解释的影响 ,又能考虑停泵后裂缝继续延伸的情况 ,尚可考虑停泵后新延伸裂缝的滤失量及初滤失量。该模型也同样适用裂缝自然闭合的情况。模拟结果表明 ,当进行裂缝强制闭合时 ,以往模型解释的滤失系数比实际值偏大 ,而该模型可获得真实的滤失系数及其他油藏参数和裂缝参数。经矿场实例验证 ,本模型的计算结果稳定可靠 。