非常规油气藏储层体积改造模拟技术研究进展

目前非常规油气藏的开发已成为国内外能源开发的热点,如致密气、致密油、页岩气和页岩油的开发,此类油气藏的典型特征就是储层渗透率极低,需要采取一定的改造措施才能投产,储层体积改造技术是有效开发非常规油气藏的重要技术之一。通过调研和分析国内外非常规油气藏储层体积改造模拟技术,详细地介绍了储层体积改造的广义和狭义概念,以及直井和水平井储层体积改造措施方法;系统总结了储层体积改造压裂裂缝描述及模拟方法,主要有基于单孔介质模型的模拟方法,基于双孔介质模型的模拟方法以及基于离散裂缝模型的模拟方法;同时分析了储层体积改造后的渗流规律、井模型及产能特征。该研究可以为今后中国非常规油气藏的开发提供相应的理论参考和技术支持。

基于孔隙弹性力学理论的致密油气藏储层改造体积预测方法

储层改造体积预测对于致密油气藏体积压裂改造效果评估和施工参数优化设计具有重要意义。基于孔隙弹性力学理论和半解析的三维位移不连续法,综合考虑水力裂缝诱导应力,压裂液滤失引起的地层孔隙压力变化及其诱发的孔隙弹性应力的耦合效应,建立水力裂缝干扰模型下的地应力场预测模型,采用最大张应力强度准则和莫尔-库伦强度准则表征天然裂缝的张开与剪切破裂行为,将天然裂缝张开、剪切破裂波及体视为储层改造体,提出了一种预测致密油气藏直井体积压裂储层改造体积的半解析方法。研究结果表明:水力裂缝诱导应力和压裂液滤失引起的孔隙压力和孔隙弹性应力变化导致水力裂缝附近区域内的原始三向地应力发生改变,变化区域呈现椭球状;岩石本体破裂行为仅发生在水力裂缝边缘处的小范围区域内,天然裂缝的张开、剪切破裂才是形成储层改造体积的关键;实际储层改造体积形状近似于椭球体,现阶段现场常用的长方体等效方法并不合理;实例井研究验证了本方法的准确性与工程应用价值,可为致密油气藏体积压裂施工参数优化设计和压后产量预测提供有利的参考。

应用微地震监测数据估算储层压裂改造体积

准确计算储层压裂改造体积有助于评估压裂效果及部署开发方案。针对微地震事件点分布边界不规则、储层压裂改造体积难以准确计算的问题,在前人研究的基础上,选用基于Delaunay三角形剖分的Alphashape方法,研发了基于微地震监测数据的储层压裂改造体积估算方法,并编写了算法程序,解决了利用微地震事件点估计不规则边界的问题,较为准确地计算出了储层压裂改造体积。利用该方法计算了砂砾岩体、泥页岩、致密砂岩等不同类型储层压裂改造体积,结果显示该方法具有较好的稳定性和适用性,能够适用于评价各类非常规储层压裂改造效果。

致密油藏水平井多级压裂储层改造体积评价

基于昌吉油田中二叠统芦草沟组致密油藏建立水平井多级压裂仿真模型,研究天然裂缝、裂缝参数、裂缝形态等因素对储层改造体积和油井累计产量的影响,结果表明:在开发早期,裂缝参数是影响油井累计产量的主要因素;进入开发中后期,储层改造体积对油井累计产量的控制作用开始凸显。次级裂缝和裂缝条数是影响储层改造体积和油井累计产量的主要因素,且次级裂缝、裂缝渗透率和裂缝半长对油井累计产量的影响主要集中在开发早期,裂缝间距和裂缝形态的影响主要在开发中后期,而裂缝条数的影响则贯穿整个生产开发过程;梭形、喇叭口形和均匀形裂缝形态对应的储层改造体积基本相同,而哑铃形裂缝对应的储层改造体积较小。

深层页岩气储层水力压裂裂缝扩展影响机理

现有中浅层页岩气压裂取得的认识难以解释深层页岩气储层压裂过程中水力裂缝扩展的影响机理。为了研究四川盆地深层页岩气储层水力压裂裂缝扩展机理,文中以泸州深层页岩气区LS1平台为研究对象,进行基于地质-工程一体化的水力压裂裂缝扩展数值模拟与分析。首先,根据泸州区块目标井区储层的地质概况,建立地质模型,明确地质力学属性;然后,基于微地震和蚂蚁体数据,建立符合真实储层构造特性的离散天然裂缝网络;在此基础上,根据现场实际施工数据,建立了基于DFN的水力压裂复杂裂缝扩展模型,并基于微地震监测结果对模型进行了验证;最后,还研究了4个单因素对储层改造体积的影响特点。研究结果对深层页岩气储层水力压裂复杂缝网研究有一定的指导作用。

致密油藏直井体积压裂储层改造体积的影响因素

基于三叠系长7致密储层地质特征建立直井典型缝网模型,利用数值模拟方法对体积压裂与常规压裂的开发效果进行对比,模拟不同缝网形态、裂缝间距及导流能力对体积压裂储层改造体积(VSR)的影响。结果表明:体积压裂改造方式能够改善油藏的渗流环境,增加储层动用程度,大幅度提高单井产能;储层改造体积越大,压后产量越高;相同改造体积下,开发效果与井筒连通的有效裂缝体积密切相关;裂缝间距及主、次裂缝导流能力对储层改造体积的影响较大。

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。

裂缝长度和压裂级数对储层改造的影响规律

秦皇岛29-2区块具有油藏储层物性差和渗透率低等特点,针对低渗油藏水平井压裂对导流能力和储层改造体积的影响,使用Meyer压裂软件进行压裂缝长优化和储层裂缝网络改造。秦皇岛29-2-X井开展了缝网压裂模拟表明:裂缝导流能力随着缝长的增加而逐渐增加,无因次导流能力随着缝长的增加而逐渐减小,综合分析该井的最优裂缝长度为150 m较合适,压裂后储层的导流能力由8 mD·m逐渐上升到80 mD·m;同时,通过对主、次裂缝组成的裂缝网络进行分析,在短、长轴比为0.5的条件下,簇间距越小,获得的压裂改造体积越大,最后得出该井的最优簇间距为10~15 m,此时的储层改造体积达到了5.585×10^(6)m^(3)。通过压裂改造后,秦皇岛29-2-X井近10年内的累计油气产量由之前的3.56×10^(3)m^(3)上升到7.3×10^(3)m^(3),增产效果明显。

大排列微地震实时监测技术在页岩油水力压裂中的应用

页岩油是重要的国家战略资源。在中国,以陆相页岩油为主,特别是济阳凹陷,页岩储层地质条件复杂,常用的裂缝识别技术包括蚂蚁体、相干体和曲率体等,无法满足精度要求,开采面临巨大挑战。为了加快页岩油的开发,在樊页1井组页岩油示范区开展基于大排列微地震实时监测,通过闭环优化过程进行施工参数迭代和技术方案优化。根据微地震震源参数,提出了计算储层改造体积和裂缝复杂性指数的新方法,用于定量评估储层改造波及范围和裂缝的复杂性。文中主要描述了在樊页1井组页岩油示范区开展的基于大排列微地震实时监测技术的地质工程一体化实践,所取得的认识和经验具有一定的借鉴价值。

页岩储层SRV影响因素分析

为了计算页岩储层压裂改造体积,建立了与施工参数相关联的储层改造体积SRV(Stimulated Reservoir Volume)计算模型。应用该模型研究了弹性模量、泊松比、地应力差、储层厚度等因素对储层改造体积的影响,分析得知泊松比和水平主应力差存在临界值,分别为0.36 MPa和6 MPa,超过临界值后难于形成缝网。通过页岩储层实例分析得出储层改造体积随着压裂排量的增加而增大,施工排量存在一个最佳值10 m3/min;储层改造体积随着液量的增加而增大,增幅先增后减;增大施工压力可增大储层改造体积,但增幅不明显。该模型为页岩储层体积压裂施工参数优选和改造体积预测提供参考。

致密油层体积压裂排量优化方法

在离散化缝网模型(DFN)基础上,结合油井及地层的相关参数,利用缝网模拟软件模拟了裂缝在地层主平面上的拟三维离散化扩展和支撑剂在缝网中的分布,数值求解了不同压裂排量改造后的缝网半长、带宽、次生裂缝条数和储层改造体积(SRV)等缝网几何形态参数,给出了简单高效的排量优化方法。以鄂尔多斯一口油井为例,模拟结果表明:压裂排量不是越大越利于复杂缝网形成,模拟的离散缝网几何形态参数会随压裂排量的增大先快速增大后趋于平缓,以SRV为评价改造效果的主要参数,综合其他参数变化特征,可以优选出致密油层体积压裂的施工排量。

致密碳酸盐岩气藏体积酸压可行性研究及施工效果——以鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩气藏为例

针对致密碳酸盐岩气藏难以获得高产、稳产这一难题,借鉴国外页岩气体积改造理念,对鄂尔多斯盆地下古生界致密碳酸盐岩气藏体积酸压可行性进行分析。首先阐述了致密碳酸盐岩气藏体积酸压的增产机理,在此基础上,从储层可压裂性、天然裂缝发育状况、水平主应力差、水力裂缝与天然裂缝夹角4个方面分析了体积酸压在致密碳酸盐岩气藏开发中的优势及其局限性,并针对技术局限性提出了相应的改造策略。研究结果表明,体积酸压可形成复杂的裂缝网络,获得较大的储层改造体积;其增产改造效果与储层中的岩石可压裂性、天然裂缝发育状况及天然裂缝与水力裂缝的夹角密切相关,较大水平主应力差会对裂缝网络的形成产生不利影响,可通过可降解纤维暂堵转向技术或转向酸酸压来弱化甚至消除该影响。先导试验结果表明,18口井体积酸压后比邻近常规酸压井增产60%以上,1个月后,其中7口井的日产气量比常规酸压井高41%以上,说明体积酸压比常规酸压在鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩气藏中具有更好的增产效果和较好的应用前景。

鄂尔多斯盆地页岩油水平井扇形井网地质工程一体化开发实践

多平台大范围规模布井是非常规资源高效动用的关键。由于黄土塬地貌特征和林缘区、水源区的限制,鄂尔多斯盆地庆城三叠系延长组长7页岩油的布井模式存在局限性。为进一步实现平台动用储量最大化,创新提出扇形井网布井方式。文章采用地质工程一体化方法,探究扇形井网不同布井方位对裂缝扩展和产能的影响,对扇形井网开展相应的裂缝间距和压裂次序优化,同时结合实际案例分析扇形井网下的压裂特征并对产能效果进行对比。研究结果表明,斜交水平井(水平段井轨迹与最小水平主应力夹角大于或等于15°)与常规水平井(水平段井轨迹与最小水平主应力夹角小于15°)相比,预测产能随偏转角度(布井方向与最小水平主应力方向的夹角)的增大而减小,当偏转角度大于45°时,产能差异进一步放大,同时模拟结果下的经济评价情况表明,当偏转角度为90°时,经济可行性最差,不建议布井;扇形井网模式下通过扩大裂缝间距和采用“从外到内”的压裂次序可以提高预测产能;斜交水平井裂缝首先沿垂直井筒方向延伸且震级较大,但在远场尺度下最大水平主应力方向仍然是裂缝扩展的主导因素;与常规水平井相比,斜交水平井储层改造体积小,但裂缝复杂程度高,缝网改造更充分;对比实际投产效果来看,斜交水平井累计产量低于常规水平井,但液面高度高且目前日产油量接近,存在一定开发潜力。

利用微地震参数评估水力压裂改造效果研究进展

微地震监测是定量评估水力压裂改造效果的主要方法,对于高效开发非常规油气储层具有重要意义。然而,微地震监测技术在微地震事件产生机理、微地震弱事件检测和定位、综合解释等方面仍然面临诸多挑战。本文以四川盆地某页岩气井综合微地震监测实验为例,从监测台阵、微地震参数获取和资料解释三方面,总结了微地震监测技术的研究现状和发展趋势。结合课题组的研究特色,重点讨论了地面微地震监测台阵、样本事件扫描检测弱地震事件、震源机制反演等技术在水力压裂改造效果中的应用,展望了我国微地震监测技术未来发展方向。

页岩油立体开发诱发的储层地应力动态响应特征

页岩油已成为我国现阶段油气开发的重点,而基于水平井和水力压裂的立体开发模式可以有效提高页岩油的开采效率。立体开发过程造成储层压降,进而诱发储层地应力状态发生复杂变化,干扰邻近深度层的工程作业。为了研究立体开发对储层地应力演化的影响,根据孔隙弹性力学理论,综合储层渗流、岩石骨架线弹性变形和现场资料建立了页岩油储层三维地应力演化数学模型,表征了储层纵向和横向的孔压、地应力的时空演化特征并分析了三维立体空间下SRV(储层改造区域)对这些响应特征的影响。研究表明,SRV对储层地应力响应具有增强作用;立体开发对储层地应力响应的影响随着纵向上靠近SRV中心而增大;不同深度层均会出现地应力大小和主应力方向的变化;出现层间应力干扰现象,造成地层破裂压力扰动,破裂难度随立体空间中位置的不同而发生改变。研究结果可为我国现阶段页岩油立体开发提供理论基础。

体积压裂水平井三线性流模型与布缝策略

低渗透致密储层进行大规模压裂改造在地层中形成多条裂缝及复杂裂缝网络是获得经济产能的主要手段,通过有效的方法对压裂水平井裂缝分布评价、压裂改造体积及压裂后产能预测对压裂施工效果分析具有重要意义。为此,在充分结合致密油储层特点和压裂改造设计思路的基础上,针对压裂措施后形成的分级多簇的裂缝排布及裂缝有限导流渗流特征,建立了水平井体积压裂三线性流数学模型,应用Laplace变换,求得定产条件下封闭边界单条裂缝的拉氏空间解;通过Stehfest数值反演及多裂缝叠加原理,得到了体积压裂水平井井底压力和产量的表达式;同时,结合美国巴肯致密油储层生产特征参数对模型的正确性进行了验证。对产能影响因素研究结果表明,裂缝排布方式对储层改造体积影响较大,级簇比越大累积产油量越高;增加裂缝条数可以有效提高储层动用效率,在进行水平井体积压裂措施设计时应充分考虑裂缝级数或簇数增加导致产量下降问题。研究结果对致密油储层水平井体积压裂设计及产能评价具有重要意义。

基于微地震连续裂缝网络模型的SRV研究

在干热岩的开发和改造阶段,需要对储层进行水力压裂改造,储层改造体积(stimulated reservoir volume,SRV)是评价压裂效果的主要标准。微地震监测作为水力压裂的技术环节之一,可以对储层改造体积进行有效估算。本文探讨了基于微地震连续裂缝网络模型的SRV计算方法,以指导干热岩的水力压裂工作。首先,基于微震事件时空分布特征与多项震源参数进行连续裂缝网络建模;其次,提取裂缝网格长度,并选取适当的裂缝高度与裂缝宽度以计算储层改造体积;最后,选取某双井型干热岩微地震监测数据对该方法进行实际应用。实例应用结果表明,该方法可有效估算储层改造体积,为干热岩后续开发与改造提供依据。

基于八叉树的储层改造体积计算方法及工程应用

传统的采用规则几何体计算储层改造体积(SRV)往往具有较大误差。为此,提出一种基于八叉树的SRV计算方法,该方法可根据事件点密度生成不规则树状网格化结构,通过提取网格结构中的非空节点的体积来计算压裂改造的SRV。通过蒙特卡罗模拟计算和昆北油田的18口井的应用发现:该方法得到的不规则结构能够较好地包络事件点,有效去除未响应区域带来的计算误差;该方法根据事件点密度进行网格划分,充分考虑了事件点密度对SRV的影响,结果更符合工程认识。实例应用表明,对于较大规模的微地震数据,该方法具较高的计算效率,算得的SRV和油井改造后产液量变化趋势基本一致。相比较传统方法,该方法可为水力压裂施工提供更为可靠的评价指标。

压裂水平井非稳态产能分析与影响因素研究——以鄂尔多斯长庆致密油为例

为研究致密油储层改造参数对压裂水平井非稳态流动特征的影响,有效预测压裂水平井产能,基于复杂缝网特征,建立了缝网双重介质压裂水平井渗流数学模型,采用有限元法对模型进行数值求解.结合长庆油田Z183井区致密油资料,通过对比不同改造方式及不同储层改造体积模式的模型计算结果,分析压裂水平井非稳态产量特征,并采用信息量分析法对压裂水平井产能影响因素进行研究.研究发现,储层改造带宽与初期线性流动阶段持续时间和压裂水平井产能正相关,与产量下降时间负相关;各主要因素按影响的显著程度从小到大依次为:主裂缝半长、水平井段长度、主裂缝导流能力和裂缝条数;次要影响因素包括基质渗透率、孔隙度和裂缝簇数等.

深埋煤层气藏水力压裂增产技术探讨

作为非常规天然气的煤层气,勘探开发技术具有特殊性。水力压裂增产技术在浅部煤层气开发中已经得到广泛应用。埋深大于1 000 m的深埋煤层气资源量巨大,占我国煤层气总资源量的61.2%。较之浅煤层,深煤层具有高地应力、高地温、高岩溶水压、强烈的开采扰动的工程力学特征。深埋煤层气藏水力压裂增产面临着井壁稳定难、人工裂缝延伸规律性差、支撑剂有效输运难、煤层渗透率保护困难、煤层气吸附解析规律复杂等难题。鉴于此,有必要在现有的浅煤层压裂增产技术基础上,研制超低密度支撑剂和多重功效的压裂工作液体系,形成深埋煤层气体积压裂的配套技术,从而推动深埋煤层气压裂增产技术的发展。