页岩储层压裂流固耦合数值模拟及裂缝扩展研究进展

页岩储层岩体结构复杂,天然裂缝网络发育,储层压裂改造过程中大量天然裂缝激活,形成复杂的水力裂缝网络,大幅增加储层渗流能力。因此,储层压裂改造技术是实现页岩油气商业开发的关键技术之一。页岩储层压裂涉及到多个物理过程的相互作用及大量裂缝的动态拓展,是一个典型的流固耦合力学问题。其中:数值模拟是研究压裂裂缝扩展机制、缝网动态演化过程及压裂优化设计的重要手段之一,是近些年油气开发领域的研究热点。针对该问题,本文首先分析了页岩储层压裂的特点及主要流固耦合力学过程,并对主流数值模拟方法的特点进行了总结;其次,从复杂压裂缝网动态演化模拟和储层尺度压裂模拟两个角度对近些年取得的主要进展进行了总结;最后,依据压裂模拟的研究现状及实际工程需求,对页岩储层压裂数值模拟的发展趋势进行了展望。

页岩储层压裂用新型减阻剂的制备及性能评价

为了提高页岩储层压裂施工的效率,以丙烯酸AA、丙烯酰胺AM、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS和疏水单体X-1为合成原料,以K_(2)S_(2)O_(8)为引发剂,通过聚合反应制备了一种新型减阻剂JZX-R,并对其综合性能进行了评价。结果表明,随着新型减阻剂JZX-R质量分数的逐渐增大,水溶液的表观黏度逐渐增大,减阻率先增大后减小,当JZX-R的质量分数为0.2%时,表观黏度值可达36.4mPa·s,减阻率可达66.3%,起到了良好的减阻效果。新型减阻剂JZX-R具有良好的耐剪切性能和耐温抗盐性能,随着剪切时间的延长和水溶液矿化度的增大,JZX-R溶液的表观黏度逐渐减小,而随着老化温度的升高,JZX-R的表观黏度先增大后减小,当剪切时间达到60min,老化温度达到90℃,水溶液矿化度为20000mg·L^(-1)时,JZX-R溶液仍能保持较高的表观黏度值。

页岩气储层压裂改造关键技术及发展趋势

页岩气是国内外新兴的非常规新能源,可作为常规能源的重要补充,在当前世界能源紧缺形势下具有特别重要的战略意义。当前,我国页岩气资源潜力巨大,尚处于起步阶段,远落后于北美地区的商业化开发,但国家高度重视页岩气的勘探开发,以有效缓解能源紧缺。页岩气高效开发的关键在于储层的水平井压裂改造,也是当前我国页岩气产业面临的重大困难之一。整理和比较了多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂、重复压裂、CO2与N2泡沫压裂、缝网压裂等当前储层压裂改造的关键技术及适用条件,对比了压裂中常用的滑溜水、复合压裂液、泡沫等各类压裂液体系和各类添加剂的优劣效果,总结了井下微地震、测斜仪、直接近井筒裂隙监测、分布式声感器等常用的裂缝监测技术适用范围。初步展望认为,超高导流能力压裂和超临界CO2开发技术是未来的发展趋势。

储层压裂微地震的3种监测方式

储层压裂在油气田的开发中具有很重要的作用,是低渗透油气藏实现高产稳产的重要手段。压裂产生的微地震可提供裂缝扩展过程的重要信息,准确监测微地震对于评价压裂效果具有很重要的意义。介绍检测压裂微地震的3种主要监测方式:地面监测方式、井下监测方式和井口监测方式。阐述3种监测方式中传感器的布置特点,分析了计算微地震源位置的走时方程,讨论了3种监测方式的优势和缺点,最后对微地震监测的现场实践提出了一些有益的建议。

大庆探区深层特殊岩性储层压裂改造技术

以往大庆探区深层特殊岩性储层压裂效果不佳。通过全面分析复杂岩性深层压裂增产的技术现状,找出了深层砂砾岩储层压裂无高产、火山岩储层压裂施工成功率低的原因。逐步配套完善的大庆探区深层特殊岩性储层增产技术,在大庆探区深层砂砾岩及火山岩储层进行推广应用,见到了显著效果。

临兴地区深部煤岩力学性质及其对煤储层压裂的影响

煤、岩力学性质是影响煤储层压裂改造效果的关键因素。基于煤的原位条件的全应力-应变试验、煤和顶底板围岩的单轴和三轴力学参数统计,结合FracproPT压裂模拟软件,揭示了深部煤储层原位力学性质,查明了研究区煤、岩组合特征及力学性质差异,探讨了煤、岩力学性质对深部煤储层压裂的影响。研究结果表明:随着温度的增加,煤的弹性减弱,塑性增强,力学强度呈减弱趋势。温度对煤力学性质的影响很小,对于煤整体的力学强度而言,这种影响可以忽略不计。应力增强了煤岩弹性性能和力学强度,且影响显著,在不同的应力范围内其影响特征不同。在弹性变形阶段,随着有效围压的增大,煤的弹性模量增大,泊松比减小,但是在不同围压条件下,弹性模量和泊松比随应力的变化显示出不同的特征。当有效围压为20 MPa时,随着轴向应力的增大,煤的弹性模量和泊松比先快速增大后逐渐恒定。当有效围压为10 MPa时,弹性模量和泊松比在轴向应力加载初期也呈快速增大趋势,但泊松比在轴向应力为10 MPa附近经历短暂的稳定后继续增大。当有效围压为30 MPa时,弹性模量和泊松比开始就是一个相对恒定的值,缺少弹性模量和泊松比的上升段。在塑性变形阶段,随着有效围压的增大,塑性变形发生时对应的应力和应变值增大,且屈服点更加显现,表明随着有效围压的增大,煤的塑性变形延迟出现。在残余强度阶段,随着有效围压的增大,煤的残余强度也有所提高。研究区煤层与顶底板存在7种组合类型,以泥岩-煤-泥岩为主,细砂岩-煤-细砂岩次之,力学性能按照煤、炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩的顺序增强。煤岩弹性模量越大,压裂容易形成高、窄、短缝;煤、岩弹性模量差越大,压裂容易形成矮、长、宽缝。

滇东威信煤系地层岩石力学性质及其对煤储层压裂的影响

煤储层压裂改造效果很大程度上取决于煤、岩的力学性质。结合以往煤田地质勘探资料,基于岩石力学性质测试,揭示了煤系地层岩石的力学性质特征,分析了研究区煤系地层岩石力学性质差异,探讨了煤层和顶底板岩石力学性质差异对煤储层压裂效果的影响。结果表明,研究区煤层和顶底板岩层力学性质差异显著,煤系地层岩石力学性能按照煤、泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩的顺序增强。该研究成果可为该地区煤储层的压裂施工设计提供一定借鉴。

致密油储层压裂参数影响产能关联度计算

致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的又一新热点,然而致密油压裂的开采效果受地层因素、压裂施工参数以及各产油井的开放时间等因素的影响都很大。本文针对压裂施工参数进行分析,运用灰色关联方法筛选出压裂施工参数中的主要影响因素。通过每个压裂施工参数与产油量之间的关联度的计算。计算结果表明,压裂施工参数中簇间距对生产效果的影响相对比较明显,但是压裂施工参数并不能完全影响致密油的生产效果。

储层压裂新技术——液化石油气无水压裂技术

液化石油气（LPG）无水压裂技术，主要是用丙烷混合物代替水进行压裂作业，将丙烷压缩到凝胶状态，与支撑剂一起压入岩石裂缝。该技术具有有效裂缝长、支撑剂悬浮能力强、油气藏类型适应范围广、无污染、二氧化碳零排放、可实现闭环循环、能够100％回收利用等诸多优势。

海拉尔油田南屯储层压裂施工分析及处理措施

海拉尔油田由于储层埋藏深、地层应力分布不均匀及断层影响,水力压裂压力高,很容易造成砂堵,影响压裂改造效果,为此,采取了一系列压裂施工控制方法降低施工压力,并取得了良好效果。

玛北油田三叠系低渗砂砾岩储层压裂改造工艺技术

准噶尔盆地玛湖凹陷三叠系百口泉组是玛北油田的主力产层,钻井揭示的砂砾岩层多套发育、垂向组合变化大,油气显示多位于厚砂砾层的上部,储层改造效果不明显。根据砂砾岩层多套发育、纵向油气显示跨度大且各套砂砾岩层及围岩应力差异大的特点,采用常规分层压裂和套管桥塞分层压裂工艺。油气层多位于厚砂砾岩层的上部,在裂缝向下延伸易沟通水层的情况下,实施二次加砂的储层改造工艺。水平井改造工艺主要包括水平井裸眼封隔器投球滑套压裂技术和套管桥塞多簇射孔联作压裂技术。“一井一策”技术的实施可提高单井产量,平均日产油是同区块常规压裂井的3倍以上。

侏罗系储层压裂改造工艺技术应用

针对侏罗系储层大型压裂改造中存在的问题进行了探讨 ,并结合储层特性和施工现状 ,分析了目前工艺技术的适应性。通过实际施工资料的统计 ,对施工排量和前置液量的确定等施工中需要改进的技术问题 ,提出了建议。

陆梁储层压裂改造首轮会战顺利完成

2014年4月11日至15日，新疆油田公司工程技术研究院、陆梁油田作业区、工程技术公司、部钻探井下作业公司等单位共同合作经过5天的奋战，顺利完成了陆梁储层压裂改造首轮会战。首轮压裂施工的14口油井均属陆梁油田作业区石南2l井区。工程院在接到储层压裂改造工作务之后，设计人员积极开展施工层位地质条件、储层物性、邻井施工资料分析及设计讨论等工作液体组科研人员针对压裂改造储层中等偏强的盐敏和水敏、中等偏强的体敏、中等偏弱速敏的这特点，展开了一系列室内实验，调整优化了压裂用液体系配方，以确保本轮会战顺利实施。

石油储层压裂裂缝演化混沌特征研究

准确的描述石油储层压裂的变形特性与裂缝的演化规律对开展煤岩层渗透特性研究及解决油气的开采技术难题具有重要的价值。本文研究了压裂裂缝演化的基本模型,引入了判别石油储层压裂裂缝演化系统具有混沌特性的特征量,通过对特征量的计算分析,表明基于分形理论的裂缝演化行为具有混沌特性。

干热岩压裂储层布井方式优选数值模拟

增强型地热系统(EGS)是从干热岩储层中提取热能的重要手段,而布井方式是影响其采热效果的关键因素,目前开展的布井方式研究较少考虑压裂储层开采模型的影响。建立了干热岩压裂储层采热的数值模型,通过不同位置的基质岩体温度下降幅度、热提取率、采出温度和采热功率对比分析了4种不同的布井方式对EGS采热性能的影响。结果表明:相较于直井,水平井的流体热交换的面积更大,能充分开发裂缝间的热量。在生产30 a时,考虑水力压裂裂缝连通的情况下,水平井一注两采模型的采热效率最高,其在垂直于井方向上温度波及范围约690 m,基质岩体平均温度下降38.09 K,热提取率为24.42%,采热功率为3.5 MW。研究成果为提高地热系统产热量、实现干热岩高效可持续开发提供了理论参考。

粗糙壁面压裂裂缝内支撑剂运移铺置特征

采用铸模工艺对岩石露头粗糙劈裂裂缝面进行立体重建,搭建大型可视化粗糙裂缝实验装置并开展支撑剂运移实验,研究粗糙壁面裂缝内支撑剂运移铺置的典型特征及其内在机制,分析裂缝倾斜程度、裂缝宽度以及压裂液黏度对支撑剂在粗糙裂缝内运移铺置的影响规律。研究表明:裂缝的粗糙特征会引起流道形状和流体流动模式的改变,导致支撑剂运移时易发生桥接堆积并形成未充填区,携砂液出现窜流、反向流和绕流等多种复杂流动形式,并影响砂丘堆积的稳定性;支撑剂在倾斜粗糙裂缝内具有更高的铺置率,实验中相较于垂直裂缝其铺置率最大增加了22.16个百分点,但砂丘的稳定性差;缝宽减小会加剧支撑剂的桥接堆积并导致更高的泵注压力;增大压裂液黏度能够减轻裂缝面粗糙特征引起的支撑剂桥接堆积。

油井储层压裂改造及配套技术分析

在油气田开发过程中,储层物性差异、渗透率低等问题往往导致油气开采难度增大,产量下降,为解决这一问题,需要采用油井储层压裂改造及配套技术,以提高油气田产量。本文将从油气田储层压裂的实质出发,分析当前油气田储层压裂技术的实施现状,并探讨相应的配套技术实施手段,以期为油气田的高效开发提供理论支持和技术指导。

压裂储层改造对石油采收率的影响研究

本文旨在探讨压裂储层改造技术对石油采收率的影响机制。通过概述压裂储层改造的基本原理和方法,分析地质、工程及经济环境等多因素对石油采收率的影响。重点研究压裂改造对储层物性、渗流规律的改善及采收率提升的定量分析。结果表明,压裂改造能显著优化储层结构,提升流体流动性,从而提高采收率。最后,本文提出了压裂改造技术的优化方向及未来发展趋势。

准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组储层水平井压裂效果地质影响因素研究

准噶尔盆地玛湖凹陷三叠系百口泉组碎屑岩储层非均质极强,影响了储层压裂改造,严重制约了石油的高效开发。选取玛湖凹陷百口泉组一段的储层样品,应用岩屑数字化技术,建立储层岩石物理模型,结合射孔冲蚀面积,重点分析研究百口泉组储层压裂效果影响因素。结果表明:1) 百一段储层矿物组成以石英、钠长石和伊蒙混层为主,储层非均质性较强,储层平面孔隙度普遍小于5%,孔隙类型主要以粒间孔和长石粒内孔为主,同时发育有大量孔隙;2) 根据储层矿物成分、孔隙结构建立岩石物理模型,并利用测井声波进行校准,结果表明百一段内储层岩石物理参数变化大;3) 射孔冲蚀面积与储层脆性参数、裂隙发育成正相关关系。脆性参数越好、裂隙越发育,进液量越大,压裂效果越好。本研究对玛湖地区百口泉组碎屑岩储层压裂改造,具有重要的指导及参考借鉴意义。