水平井“多段分簇”压裂簇间干扰的数值模拟

水平井"多段分簇"压裂是开发低渗透和非常规油气藏的关键技术,能够大幅度提升压裂改造的体积,达到提高油气产量和最终采收率的目的。为了研究水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝的干扰规律,基于多孔介质流—固耦合的基本方程,根据损伤力学基本理论,利用零厚度黏结单元模拟压裂过程中压裂裂缝起裂、延伸造成的损伤,建立了低渗透油气藏水平井"多段分簇"压裂裂缝扩展的三维有限元模型。利用该模型研究了射孔簇数、射孔簇间距、储层参数、施工参数等对水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的影响。模拟计算结果表明:射孔簇数和射孔簇间距是影响水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的最大的影响因素。利用该模型对某水平井压裂的射孔簇间距进行了优化,使得该井的油气产量比邻井明显提高,证明了模型对于水平井"多段分簇"压裂优化的可行性和可靠性。

水平井分段分簇压裂缝间干扰和段间干扰建模——以昌吉油田吉7井区八道湾组油藏为例

昌吉油田吉7井区八道湾组油藏开发过程中直井水力压裂的储集层改造效果有限,产能受到限制,需要开展水平井多级压裂。针对吉7井区八道湾组的地质力学特征,采用扩展有限元法编制了非平面人工裂缝扩展模型,模型考虑了多簇裂缝同时扩展时的缝间干扰和分段压裂时邻近段的段间干扰,表征了吉7井区八道湾组水平井非平面裂缝扩展特征。结果显示,段内缝间干扰会抑制中间簇裂缝半长,使得外侧裂缝的缝宽更大、裂缝半长更长;缝间干扰和簇间干扰使得裂缝扩展呈现非平面特征,在几何形态上具有一定曲率。通过与压裂施工数据和微地震监测数据对比,认为裂缝数值模拟结果与现场数据拟合程度较好,模型在目标区域的应用效果较好。在吉7井区八道湾组开展水平井多级压裂实验,单井日产油量达到了同井区直井的7.8倍,取得明显成效。

致密砂岩多段分簇压裂中孔隙压力场对多裂缝扩展的影响

为了研究致密砂岩多段分簇压裂中孔隙压力场对多裂缝扩展的影响,采用300 mm×300 mm×600 mm天然砂岩进行真三轴水力压裂实验,实验过程中采用2套压裂液注入系统分别独立控制2条水力裂缝,实验后将试件连续切片分析实验结果,同时采用三维流固耦合数值模拟方法研究孔隙压力场对水力裂缝扩展的影响。结果表明:在致密砂岩压裂中,由于孔隙压力场的存在,无论是簇内裂缝还是簇间裂缝扩展,当缝间距与裂缝半长的比值较小时,裂缝之间表现为相互吸引;当缝间距与裂缝半长的比值较大时,裂缝之间的相互影响较弱,多裂缝之间未出现相互排斥现象;除缝内净压力、缝间距、应力差外,裂缝周围孔隙压力场也是影响多裂缝扩展的重要因素;孔隙压力的增大减小了有效应力,岩石更容易发生剪切破坏,从而加速了裂缝的非平面、非对称双翼扩展;现场致密砂岩多段分簇压裂应增大簇间和簇内射孔间距,可避免压裂液滤失导致裂缝长度的减小,增大储层的改造体积。

水平井多段分簇压裂裂缝扩展形态数值模拟

水平井多段分簇压裂技术已成为低渗透油气增产的关键技术,能够大幅度增加储层的泄油面积,最大限度地提高采收率,而射孔簇间的应力干扰是影响水平井多段分簇压裂的关键因素。为了提高储层改造体积,研究簇间裂缝扩展的规律,根据流-固耦合及岩石断裂力学理论,利用ABAQUS扩展有限元法建立水平井多段分簇水力压裂二维模型,并利用数值模拟结果对现场2口井的压裂参数进行优化。数值模拟结果表明:水力裂缝长度、簇间距、水平应力差、压裂次序对水力裂缝形态影响显著;裂缝诱导应力场对裂缝形态影响程度随裂缝长度增加逐渐增强,随簇间距和水平应力差的增大逐渐降低;水力压裂次序可以明显改变诱导应力场分布,合理利用能增加有效裂缝长度。现场压裂参数优化后的2口井产能得到明显提高,证明了数值模型的可行性。

水平井多段压裂裂缝同步扩展应力干扰分析

基于储层地质力学特征,综合考虑压裂液流动与岩体变形耦合作用机制,建立段内多簇同步扩展有限元分析模型。控制方程通过变形转化成以压力为变量的函数,采用离散耦合方法模拟计算裂缝形态与流体压力,从而分析不同敏感因素下多裂缝同步扩展过程中的缝间应力场变化、裂缝转向特性。结果表明:多簇裂缝同步扩展时,应力干扰对于裂缝延伸以及几何形态作用明显,由于受两侧裂缝延伸诱导应力场的叠加效应,中间缝宽度、长度均小于两侧缝;同时,两侧裂缝尖端区域最大水平主应力受诱导应力作用而改变方向,从而产生裂缝转向;对于高弹性模量储层,缝宽对应力干扰更加敏感,施工设计必须考虑加大簇间距,防止出现砂堵现象。

增产改造理念的重大变革——体积改造技术概论

国外的研究成果表明:页岩气储层具有改造体积越大、增产效果越好的特点,且压裂裂缝不再是单一的对称裂缝,而是形成裂缝网络,由此产生了体积改造的理念。但迄今为止,国外还停留在提高储层改造体积(SRV)这一层面。为了使体积改造在中国被正确接受并得到广泛应用,升华了体积改造理念,提出了"体积改造技术"这一新概念,给出了广义和狭义的体积改造技术定义,以及形成裂缝网络的储层条件、技术关键与主体技术;探讨了传统压裂与体积改造裂缝的起裂模式,研究了形成剪切裂缝的净压力判定方程,重点比较了经典压裂理论与体积改造下储层渗流机理的重大变化,首次提出了基质向裂缝的全方位"最短距离"渗流模式,打破了以往研究水平井分段压裂避免缝间干扰的传统理念,建立了单簇裂缝诱导应力模型,并得到了实现体积改造的最佳缝间距离,可以指导优化段间距及多段分簇射孔。该成果为体积改造技术发展、完善及大力推广应用奠定了基础。