页岩油水平井组压裂动态应力场研究

水平井组开发页岩油是基于水平单井压裂局限性提出的新型压裂方式。在水平井组压裂过程中,由于存在多口井和多条人工裂缝,且裂缝周围应力变化和井间地应力分布复杂,这种复杂的应力变化将进一步影响裂缝的扩展形态。因此,深入研究水平井组中不同压裂方式下应力场的变化机理和规律对于控制裂缝形态和提高裂缝复杂度具有重要意义。针对页岩油储层压裂改造过程中应力分布问题,通过构建水力压裂数值模型,系统地研究水平井组不同压裂方式下应力场的变化机理和规律以及裂缝扩展后的应力场变化规律,并基于裂缝的形态特点进行了压裂效果的定量评价。研究表明:①同步压裂布缝方式可以有效影响井间地应力的变化,相较于正对布缝方式,交错布缝方式在井间产生的诱导应力提高了24%,并在相同井距下更容易引起井间地应力转向;②交错布缝方式下所形成的裂缝形态更为优越,压裂效果更为显著,交错布缝能有效提高裂缝的长度和宽度,使裂缝表面积和体积增大了4.6%和21.1%;③拉链压裂所形成的裂缝形态更为优越,压裂效果优于同步压裂,进一步增大了裂缝长度和宽度,使裂缝总表面积和总体积增大了1.3%和0.1%。

基于阵列声波测井的井下多尺度压裂效果评价方法

为有效监测水力压裂效果、提高储层压裂效果评价精度,基于阵列声波测井资料的井下压裂效果评价方法,采用反射斯通利波提取和成像技术定量表征近井筒压裂缝,建立适用于测井观测系统的叠前深度偏移成像算法,以实现远井压裂缝的高精度成像,形成了基于阵列声波测井的井下多尺度压裂效果评价方法,并在中国西部某油田X1水平井成功应用。研究表明,基于阵列声波测井资料评价的压裂缝发育程度与压裂液注入量呈正相关关系,并且压裂缝最为发育层段与地震蚂蚁体属性图中天然裂缝发育位置一致。基于阵列声波测井的井下压裂效果评价方法的提出,对表征井周数十米范围内不同尺度压裂缝的发育情况具有重要意义,对更好地发挥水力压裂技术对能源勘探开发行业的支撑作用具有一定指导意义。

煤储层无水压裂技术现状及展望

中国煤层气产业已迈入全新发展阶段,水力压裂技术不断创新的同时,也面临着水资源消耗量巨大,煤储层伤害严重,裂缝扩展不充分等问题,寻求一种可替代的无水或少水压裂技术势在必行。文章研究总结出三种当前适用于煤储层的无水压裂技术(超临界二氧化碳压裂、液态氮气压裂、泡沫压裂),对其作用机理、理论创新以及国内现场应用的现状进行分析阐述。对各项压裂技术的优缺点特性开展了评价,结果表明无水压裂技术能减轻煤储层伤害,避免黏土膨胀和水锁效应,有效促进复杂缝网生成,缩短见气时间,实现产量显著提升,可很好应用于煤储层二次压裂改造,具备良好的环境效益和技术可行性;但同时也存在支撑剂携带困难,设备运维成本较高等问题。最后对煤储层无水压裂技术的发展提出展望,建议逐步开展煤储层无水压裂技术现场先导性试验,优化施工参数,研发地面—井下低温特殊工艺设备,推进开展低密度支撑剂和压裂液增稠剂的优选实验,巩固提升泡沫压裂液体系在高温高压环境下的稳定性能。

南海东部古近系低渗储层压裂作业实践

南海东部古近系储层探明地质储量大,是南海东部增储上产的重要接替力量,但古近系储层物性差,常规措施无法实现有效开发。为此,针对古近系储层实施了水力压裂试验,取得了一些认识:针对海上生产井复杂的井身结构及生产状况,论证了不同的压裂方式,最终采用预置管柱分段压裂方式;针对低渗储层大斜度定向井压裂,形成了“多段塞+低排量+低砂比+大砂量”的工艺设计思路;根据海上作业条件及储层物性,优选并成功应用了海水基压裂液体系;针对海上平台特殊的作业环境,形成了生产平台压裂及拖轮压裂作业方法,可为后续海上压裂作业提供良好的借鉴。

考虑气水两相流动的页岩气井压裂-生产一体化数值模拟

基于位移不连续法和离散裂缝统一管网模型,采用顺序迭代数值模拟方法,构建了考虑气水两相流动的页岩气井压裂-生产一体化数值模型。模型考虑了天然裂缝、基质物性对压裂过程的影响,且直接将压裂后地层压力及含水饱和度分布用于后续焖井、生产模拟,可以更准确地实现压裂-生产一体化模拟。模拟结果表明:储层物性参数对裂缝扩展有较大影响,合理预测压裂结束后地层压力及储层流体分布是准确预测页岩气井产气量、产液量的关键;相较于常规方法,提出的模型同时考虑压裂对基质压力及含水饱和度的影响,可以更准确地模拟产水量、产气量。将建立的模型应用于实际页岩气压裂水平井的压裂-生产一体化模拟,模拟结果与实际生产数据吻合程度较好,验证了模型的准确性。

延长油田东部浅层致密油储层驱油压裂技术及应用

南泥湾采油厂浅层致密油储层采用滑溜水分段压裂取得初步成效,但产量递减快,原因之一就是油藏能量不足。针对浅层致密油藏增能需求,采用大排量、大液量、低砂比的驱油型滑溜水压裂液滞留地层,补充地层能量,通过焖井进行油水置换,形成驱油压裂技术。根据施工排量控制总射孔数,按照每孔排量最少0.3 m^(3)/min进行压裂,压后焖井,通过优化压裂缝模拟设计形成较大的储层改造体积,达到体积压裂的效果。评132井区平2井现场试验结果表明,该工艺实施简单,整个施工泵压较低且平稳,排量稳定,取得了较好的增产效果。

疏松砂岩储层压裂液滤失特性与压裂能效分析

压裂充填是解决渤海油田防砂与增产问题的主导工艺技术,但高渗储层压裂滤失特性及其对压裂能效影响规律不明确,造成压裂选井选层和施工优化缺乏有效指导。通过对储层岩心压裂液滤失评价和疏松砂岩岩心三轴压裂模拟试验,并基于压裂液滤失和裂缝形态,构建了中高渗储层压裂模拟和能效评价指标与方法,实现了对不同储层条件和施工参数下起裂效率和裂缝延伸效率的有效评价。研究结果显示,相对于低渗透储层,非均质性明显的疏松砂岩储层裂缝不规则性更加明显,并且存在主裂缝分支多条细裂缝的情形。基于压裂机理和滤失特性的压裂能效的分析结果,得到了渤海油田典型工况下的推荐作业参数范围:压裂充填实施的储层渗透率低于2.0~4.0μm^(2);滤失系数控制在0.006 m/min^(0.5)以下;压裂排量不低于2.0~2.5 m^(3)/min;压裂液黏度保持在180~200 mPa·s以上。所得结论可为渤海油田中高渗储层压裂充填选井选层和施工参数优化提供理论支撑。

基于避免断层激活机制的组合压裂模式研究

页岩气井多级压裂过程中的套管剪切变形问题日益严重,甚至出现了水力压裂诱发断层激活造成邻井套管变形的现象,这导致相邻水平井压裂不能顺利进行,严重影响了区块产能建设,而降低泵压及排量等现有方法对套管变形控制效果不明显。为此,基于Mohr-Coulomb准则建立了页岩气井井间断层激活评价模型,揭示了常规压裂模式下井间断层激活机理,提出了一种基于避免水力压裂诱发断层激活机制的组合压裂模式。研究结果表明:常规压裂模式下井间断层区域均会被激活,导致相邻水平井丢段;随井间距增加及水平井夹角减小,水平井丢段长度增加;通过采用拉链-顺序-同步组合压裂模式优化断层附近多井多段压裂顺序,可达到避免断层提前激活、缩短水平井丢段长度的效果。研究结果可为页岩气水平井断层激活及套管变形控制提供理论指导。

煤层顶板间接压裂裂缝扩展机制及影响因素

碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。通过间接压裂物理模拟试验和扩展有限元数值模拟分析,揭示煤层顶板间接压裂裂缝扩展影响因素,明确裂缝扩展机制,以期为间接压裂技术提供指导。通过直接压裂煤层和不同起裂位置、垂向应力和施工排量影响下间接压裂试验表明,起裂压力高,更易产生长裂缝,且受原生裂缝影响程度减小;但起裂点距离煤层越远,起裂所需能量越大,高破裂压力会对煤层造成粉碎性破坏;大施工排量下,起裂压力对应升高,起裂时间变短,原生裂缝影响程度变小。考虑地应力、起裂位置、岩石力学和施工排量等参数的数值模拟结果显示,在模型参数设置条件下,最大水平主应力和垂向应力差在<4 MPa,煤层与顶板有效应力差>3 MPa、弹性模量差<15 GPa的地层和岩性组合适合间接压裂,起裂位置距离煤层最优距离为<6 m,施工排量需要根据力学性质、断裂能密度等参数确定最优范围。

基于多裂缝扩展形态的水平井压裂施工参数优化

为研究多簇压裂裂缝扩展的实际形态对水平井产能预测的影响,进而科学指导压裂施工设计,基于位移不连续法(DDM)研究了布缝间距和布缝数量2个因素对多裂缝扩展形态、流量分配的影响,并采用CMG数值模拟软件结合吉林油田H区块的实际地质参数,建立了单水平井压裂均质模型,基于产能最大化,优选出最佳的压裂施工参数。结果表明,随着簇数增加,进液量百分比极差和裂缝长度极差先增大,后略微减小;当进行4簇射孔压裂时,裂缝2、3的进液量百分比和缝宽都过小;簇间距对多裂缝扩展均匀程度有着重要影响。为了保证多裂缝扩展均匀程度更高,在实际压裂施工中应采用较大的簇间距。在H区块地层参数条件下,最优裂缝簇数为3簇,最佳簇间距为40 m,最优裂缝半长为120 m,最佳裂缝导流能力为10μm^(2)·cm。该区块适合使用黏度30 MPa·s、排量6 m^(3)/min的压裂液进行压裂。

致密油整体缝网压裂技术在杏树岗油田杏69-1井区扶余油层的应用实践

针对大庆致密油储层地质条件逐年变差,以及采用常规压裂改造工艺达不到预期增产效果的问题,创新采用整体缝网压裂工艺,主要从地质选层、缝储匹配、液性组合、有效改造4个方面进行方案优化。依托杏树岗油田杏69-1井区扶余油层“井缝控藏”理念,纵向上通过甜点优选压裂层段,平均单井压裂层数由4层减少至3层。横向上考虑砂体连通关系,以缝控储量最大为目标,优化施工规模,平均单井液体规模降低16%,支撑剂规模降低31.4%,单井成本降低4.7%。同时采用变黏压裂液、控缝高工艺,积极推行全链条挖潜增效,实现该井区扶余油层整体缝网压裂效益开发。现场应用表明,整体缝网压裂技术提高了缝控储量规模,实现了储层改造最大化、缝控储量最大化。实际平均单井日产油5.7t/d,比设计值提高103%;实际建设产能1.62×10^(4)t,超额完成22.7%。

基于水平井分段压裂技术的专利现状

为了提高水平井采收率,需要对石油钻采领域中占有重要位置的水平井分段压裂技术进行研究。本文重点分析全球及中国范围内有关水平井分段压裂的专利申请信息、专利布局、重点申请人的技术构成以及技术发展状况等。技术概述通常将水平井分段压裂技术分为三种:化学隔离分段压裂技术,先对第一段进行射孔,然后通过油管压裂,最后用液体胶塞和砂子隔离完成压裂;机械封隔分段压裂技术主要应用于套管井;水力喷射分段压裂技术,利用专用喷射工具产生高速流体在孔道内将动能转化为压能,形成方向单一的裂缝。

大庆致密储层水平井密切割穿层提产增效压裂试验

大庆致密油储层为陆相沉积,主要发育有扶余和高台子油层。扶余油层存在单井产量低、采出程度低、产量递减快等问题,同时扶余油层水平井钻出层情况比较普遍;某区块完钻20口井,其中11口井平均砂岩钻遇率仅40.7%,常规压裂储量损失大。为此,开展大庆致密油储层水平井密集切割穿层压裂提产增效试验,提高储量动用程度,实现井筒的立体改造;开展钻遇储层段密集切割+钻出层段穿层压裂优化设计,优化储层段簇距9.0~10.5 m,穿层段簇距20~24 m,根据致密油穿层标准优化参数,优选伽马值低、储隔层应力差值低、隔层厚度小的位置进行穿层压裂布缝,同时应用压前测试压裂诊断和现场施工控制技术,保证穿层成功率,优选一体化滑溜水压裂液体系,保证基质到裂缝、裂缝到井筒油气流通全通道的畅通,大幅降低储层伤害和施工成本。

煤矿井下水力压裂自动控制系统设计

分析指出目前煤矿井下水力压裂技术面临压裂泵输出压力和流量无法快速精确调节、远程安全监控效果及自动化水平有待提高等难题。设计了一种煤矿井下水力压裂自动控制系统。根据煤矿井下水力压裂工艺及系统构成,明确了控制系统关键技术为高压大流量压裂泵输出流量和压力的快速精确调节,远程高可靠性安全、高速实时监控,一键启停及图形化分析等。以KXH12本安型控制器为核心,搭配变频器、组合开关、监控主机、电动开度球阀等设备,以及光纤加CAN总线的双线冗余通信方案,研发了控制系统硬件,并编制了压裂泵控制器、水箱控制器及中央控制器软件,实现了压裂系统快速变流量注水、稳定保压及远程高速实时监控和报警等功能。在煤矿现场对水力压裂自动控制系统进行工业性试验,结果表明该系统压力控制精度为0.1 MPa,流量控制精度为0.1 m3/h,在连续完成14次压裂过程中,每次煤岩层开裂后均能实现较好的保压效果,且操作简单,安全性高,满足煤矿井下水力压裂工艺要求。

页岩气井间压裂窜扰机理及影响规律

四川盆地南部地区(以下简称川南地区)页岩气水平井体积压裂改造过程中,受地质及工程等因素影响,水力裂缝易与单一方向大尺度天然裂缝沟通并过度扩展,从而诱导邻井压力快速上涨,最终导致压裂窜扰、套管变形等问题,直接影响页岩气单井产量。为此,针对川南地区页岩气储层压裂窜扰模式多样、机制认识不清以及防控效果有限等问题,建立了全耦合页岩气水平井压裂多簇同步扩展数值模拟模型,并阐明了不同类型压裂窜扰的影响规律,最后提出了有效治理压裂窜扰的方法。研究结果表明:①天然裂缝发育的储层中,水平井裂缝易沿单一方向大尺度天然裂缝优势条带扩展,直接或间接对邻井产生影响,造成其压力涨幅异常;②页岩气水平井通过避免在风险段压裂或降低改造强度在一定程度上可减轻压裂窜扰的影响;③压裂井附近存在衰竭邻井时,裂缝更易往邻井低应力区扩展产生压裂窜扰,窜扰程度与岩石孔隙弹性密切相关。结论认为,合理避开风险段射孔、控制压裂改造强度可有效降低页岩气水平井压裂窜扰的风险,该研究成果可为同类国内外页岩气区块页岩气水平井压裂开发提供技术指导。

井工厂井网部署与压裂模式发展现状与展望

随着我国油气对外依存度逐渐加剧,致密油气、页岩油气等非常规油气能源成为了我国能源发展的重点方向。井工厂压裂技术因其可以改造低渗透性地层、大幅降低施工成本、缩短施工周期、提高设备利用率、节约用地而被广泛应用于非常规油气开发之中。本文在论述井工厂压裂技术发展现状的基础上,介绍了丛式水平井的井筒走向、水平段长度、井筒间距等井网部署特点,统计分析了水平井分段分簇的裂缝长度、簇间距和射孔簇数等关键技术参数特点;介绍了丛式水平井井工厂压裂常用的压裂方式,包括双井同步压裂、双井拉链式压裂和多井组合压裂等,对比分析了各种压裂方式的利弊。建议有针对性的发展立体井网井间裂缝干扰预测、井丛压裂孔簇设计等理论,为我国非常规油气储层井工厂压裂技术发展指明了方向。

坚硬顶板水力压裂参数数值模拟研究

为了了解坚硬顶板水力压裂过程参数对压力效果的影响,利用数值模拟软件对水力压裂进行研究分析。基于水力压裂过程原理,对不同压裂液黏度下压裂效果进行分析,发现随着压裂液黏度的不断增大,裂缝偏转角呈现逐步减小的趋势,同时钻孔壁的变形量也呈现逐步增大的趋势,通过对压裂液黏度与岩石内部压力梯度关系进行分析,确定了压裂液黏度为40 mPa·s时,压裂成本及效果达到最佳,为后续水力压裂方案的设计提供一定的参考。

二氧化碳压裂技术研究进展

水力压裂开发非常规油气存在用水量大、引发储层伤害和污染地下水等问题。二氧化碳压裂技术因拥有造缝范围广、裂缝复杂、增产效果好、对地下水污染小、返排速率快等优势,且响应国家“双碳政策”要求,正逐渐成为非常规油气资源开发的热点。本文调研了国内外二氧化碳压裂技术发展历史及二氧化碳干法压裂、二氧化碳泡沫压裂、超临界二氧化碳压裂三类基本二氧化碳压裂技术,总结了二氧化碳压裂技术的基本工艺流程、增产原理、技术特点并介绍了近年来改进的二氧化碳压裂新方法和增产效果,为今后二氧化碳压裂技术的深入研究和现场应用提供一定的借鉴意义,有利于我国“双碳”目标的实现。

海上探井压裂测试管柱研究与应用

海上探井压裂测试作业日渐增多,压裂测试管柱关系到压裂作业安全、地层资料的求取,压裂测试管柱设计是海上探井测试作业的重要一环。综述了海上单层压裂测试包括管柱常规型压裂测试管柱及改良型压裂测试管柱的优缺点,分层压裂测试管柱包括滑套封隔器分层压裂管柱、电缆桥塞分层压裂管柱优缺点,及关键工具作用原理和关键作业流程。以上这些压裂测试管柱均成功应用于海上压裂作业和设计中,为海上压裂测试管柱的选择提供参考。

海上大规模压裂地面流程设计及研究

海上低渗油田已经成为增储上产主要领域,大规模压裂能实现低渗储层的彻底改造,但海上压裂作业面临着面积小、泥浆池容积有限、设备能力有限等难题,经过多口井海上压裂作业实践,将压裂流程区分主流程、备用流程,并区分高压及低压区域。加上使用海水基压裂液搭配连续混配施工工艺,优选快速变粘海水基压裂液,节省存放压裂液的甲板空间,在多台压裂泵泵注下,对地层进行压裂。为保障安全顺利高效压裂作业实施,低压区设置供液备用流程,尽量减少变径接头及弯头的使用以降低地面管线的振动,同时在方井口与压裂井口四通间设置应急排砂管线,应对在压裂泵注过程中出现的复杂情况,形成一套海上大规模压裂连续混配海水基压裂液技术,为海上大规模压裂地面流程设计提供参考。