致密砂岩气藏压裂水平井裂缝参数的优化

为了解决压裂水平井的多参数综合优化问题,基于不稳定渗流原理,应用复位势理论、叠加原理和数值求解方法,建立了考虑裂缝干扰的压裂气藏水平井产量预测模型,研究了影响压裂水平井产量的单因素变化规律;结合正交试验设计方法和灰色关联理论,确定了影响压裂水平井产能的敏感因素排序,并实现了考虑多参数综合作用的压裂水平井参数优化设计。计算结果表明:算例中影响产量的重要性排序依次为地层渗透率、储层厚度、孔隙度、水平段长度、裂缝条数、裂缝长度和导流能力;优选区块水平井组合参数为水平段长度1 000m、裂缝条数10条、裂缝长度60m、导流能力10μm2.cm,按照优化参数施工后,无阻流量显著增加。

低渗透致密气藏压裂气井动态储量预测新方法——以苏里格气田为例

由于地质条件及工艺措施的影响，低渗透致密储层压裂气井的生产动态与常规气井有明显不同，存在不稳定渗流时间很长等问题，致使气井的单位压降采气量、井控动态储量、泄流面积随生产时间出现动态变化。因此在试采期间难以准确求得气井的井控动态储量和泄流面积，给气田开发方案的合理编制带来很大困难。为此，以苏里格气田为例，在准确把握低渗透压裂气井生产特征的基础上，结合现代气井动态分析方法，根据先期投产区块内多口典型气井的生产数据建立了井控动态储量预测图版，能够依据气井早期的生产数据有效预测井控储量、泄流面积随生产时间的动态变化规律，对气田的建产规模和井网加密方式具有指导作用，从而降低了测试成本，避免了资源浪费。

页岩气藏压裂支撑裂缝的有效性评价

为了了解、掌握页岩气藏清水压裂缝网能够提供的导流能力大小及裂缝的有效性,利用四川盆地某构造的页岩进行了室内裂缝导流能力测试。实验结果表明:支撑剂浓度不足单层的情况时,闭合压力低于30MPa,导流能力可与一定量的高浓度(多层)情况相当,但支撑剂嵌入和破碎显著增加,其导流能力不稳定,随时间增加可持续降低,闭合压力40MPa时,20/40目陶粒嵌入程度可达71.8%,闭合压力进一步增大,裂缝将闭合失效;较低硬度的页岩支撑剂嵌入严重,导致低支撑剂浓度裂缝残余支撑缝宽不足,仅增加支撑剂粒径不足以克服嵌入影响,裂缝内需要有足够的支撑剂浓度,形成的缝网不能过于复杂;页岩黏土含量高,支撑剂充填层泥化严重,对支撑裂缝有效性的伤害不容忽视,可变形的树脂覆膜砂在一定程度上解决了支撑剂嵌入和充填层泥化问题。

考虑启动压力梯度的低渗透气藏压裂井产能分析

低渗透气藏中的多数井自然产能都很低，需要进行压裂改造后才具有生产能力。同时，气体在该类气藏中的渗流一般为存在启动压力梯度影响的非达西渗流。为此，根据保角变换原理，将带垂直裂缝的气井渗流问题，转化为易于求解的单向渗流问题；然后基于Forchheimer二项式渗流方程，考虑低渗透气藏中启动压力梯度存在的影响，推导得到了低渗透气藏中垂直裂缝井的产能计算公式；在此基础上，绘制分析了理论产能曲线，并用现场实例进行了验证。结果表明：启动压力梯度会影响低渗透气藏压裂井产能，压裂气井的产量随着启动压力梯度的增加而降低。该方法简单实用，便于现场应用。

页岩气压裂数值模型分析

水力压裂和水平井开采是页岩气开发的主要技术,在我国尚处在工业试验阶段,存在很多技术瓶颈。在总结分析了页岩气压裂的特点基础上,探讨了网状裂缝形成的主控因素及裂缝扩展模型、产能预测模型的类型以及优缺点。结果认为,特殊的赋存生产机理、复杂的裂缝形态和多尺度的渗流模式是页岩气压裂的主要特点,其目的是形成网状裂缝,扩大储层改造体积;网状裂缝的形成主要受天然裂缝与人工裂缝的夹角、水平主应力差和岩石的脆性等因素的控制。页岩气压裂产能预测模型面临的主要问题是裂缝形态的模拟和气体流态的描述,主要有非常规裂缝模型、离散裂缝模型和双重介质模型等,这些模型和方法在一定程度上表征了页岩气压裂裂缝形态和渗流特点,但没有考虑不规则的裂缝形态等。

低压、低渗气藏压裂改造化学增能技术

根据中原油田文23气田储层渗透率低、压力系数低、返排率低、压裂措施后压裂液滞留地层中对储层造成伤害等地质特征，研究了化学增能工艺技术，利用化学反应产生大量的气体和热量来减缓或解除液体的滞留，从而达到提高返排、减少储层伤害和提高工艺效果的目的。实验研究了自生气体剂自生热化学剂组分、配方优选和性能评价等方面。研究表明：80℃条件下，90min可使密闭容器中含有1．0mol／L自生气体剂水溶液的压力达到1·92MPa在液体起始温度为10℃的条件下，可使液体温度在10～20min升高到95℃。另外，通过自生热化学剂发生反应生成的泡沫质量为92．7％，而且具有良好的稳定性，半衰期在28．9min。现场试验表明，该技术取得了良好的应用效果。

压裂改造复合页岩气藏不稳定压力与产量分析方法

为了给页岩气现场开发提供理论依据,考虑页岩气扩散、黏性流、解吸等多种传质机理,建立了复合页岩气藏的综合流动数学模型。基质中考虑浓度差引起的非稳态流动,内外区裂缝中考虑达西流动,水力压裂主裂缝考虑为无限导流;引入了新的无因次量,在椭圆坐标系下综合运用拉氏变换、Mathieu函数、Stehfest数值反演等方法对数学模型进行了解析求解;分析了定产量条件下不稳定压力和定井底压力条件下产量的变化特征,基于不稳定压力曲线将页岩气流动划分为7个流动阶段,即井筒储集阶段、过渡流阶段、早期线性流阶段、基质向裂缝窜流阶段、早期径向流动阶段、第一径向流与第二径向流的过渡阶段、第二径向流动阶段,为复合页岩气藏生产动态分析提供了理论基础。研究结果表明:增大改造区域半径和渗透率可以提高页岩气产量;扩散系数越大、兰格缪尔体积和兰格缪尔压力越大,页岩气产量越大,气藏初始压力高对页岩气的开发具有积极的影响。结论认为,所建立的综合流动数学模型丰富了页岩气多级压裂水平井开发分析方法。

一种高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系

前置酸加砂压裂工艺技术在油气田现场增产改造作业中已进行了大量应用,并取得了较好的增产效果,但同时也暴露出了在压裂注入过程中前置酸与压裂液接触提前破胶等问题。为此,根据前置酸加砂压裂工艺技术的要求,从确保施工成功、提高增产效果出发,提出了采用前置酸加砂压裂隔离液隔离前置酸和压裂液技术,通过理论分析和实验研究,优选出了有机酯类物质作为前置酸加砂压裂隔离液体系主剂,提出了高性能有机酯前置酸加砂压裂隔离液配方和制备方法。对系列实验评价分析结果的研究表明,所提出的有机酯前置酸加砂压裂隔离液体系能较好满足前置酸加砂压裂要求,有效隔离前置酸液和压裂液,提高了施工效果。

克拉美丽气田石炭系火山岩压裂改造规律探索

准噶尔盆地克拉美丽气田石炭系火山岩储层的压裂改造是其"增储上产"和产能评价的重要手段,然而,储层发育部分连通性不佳的微细裂缝在压裂后易于形成复杂裂缝,包括转向裂缝、鱼刺状小裂缝、不同方位的多裂缝、同方位的多裂缝及纵向上的多裂缝等。为此,利用诊断复杂裂缝的近井筒效应分析技术、压裂施工过程分析技术、压后压力分析技术,进行了10井次的对比分析。结果表明:10口井压裂没有产生大的分支裂缝,但是全都产生了裂缝弯曲,其中有50%为轻微弯曲,20%为中等弯曲,30%为严重弯曲。进而得出了克拉美丽气田石炭系火山岩压裂一般不会产生较大的分支裂缝,但是总会产生不同程度的裂缝弯曲的初步认识。

非对称3D压裂和裂缝无序性压裂设计理念与实践——以四川盆地川西致密砂岩气藏为例

目前致密气藏改造存在传统大型压裂与体积压裂两种技术模式,如何选取适合储层特征的改造方式令人困惑。基于对致密气藏、页岩气藏的储层地质特征、渗流特征的分析,阐释了致密气藏与页岩气藏改造理念的差异,提出致密气藏改造方式的选取应以储层地质特征、渗流特征为依据,以最大程度改善储层渗流能力为目标。据此理念,以四川盆地川西地区两套致密气储层为例提出了2种压裂设计方法:对于中浅层上侏罗统蓬莱镇组"叠覆型"储层采用水力裂缝与储层砂体空间展布、渗流能力相匹配的非对称3D压裂设计;对于中深层上三叠统须家河组五段"砂页岩交互"储层采用增加裂缝无序性的体积压裂设计。应用结果表明:采用非对称3D压裂设计方法的水平井压后平均产量较同区水平井提高了41%,该方法适用于对蓬莱镇组气藏的开发;采用增加裂缝无序性体积压裂设计方法的单井压后平均产量为2.25×10~4 m^3/d,该方法为须五段气藏的开发提供了有力的技术支撑。

吐哈盆地致密砂岩气藏醇基压裂酸化技术与应用

针对吐哈盆地巴喀和红台两个致密砂岩气藏常规的压裂液、酸化液水敏、水锁伤害严重,对储层的二次伤害大的实际情况,开展了醇基压裂液、酸化液技术研究。室内岩心实验定量分析了储层水敏、水锁伤害程度,确定了压裂液及酸液中甲醇及各添加剂的最佳浓度和加量,建立了既能防水锁水敏伤害、又能实现深部酸化的多氢酸+醇酸化液体系,给出了酸液体系中各酸型的推荐使用浓度,并最终研制出了适合该区致密砂岩气藏储层改造的醇基压裂、酸化液体系,其性能指标优于常规压裂、酸化液体系。现场20口井的试验应用取得了显著的增产效果,说明自主研制的醇基压裂液、醇酸酸液在该区具有很好的适应性。

考虑井筒压力损失的水平气井压裂产能影响因素分析

不考虑压裂水平气井水平段压力损失的压裂水平气井被视为理想压裂水平气井,其产量为每条裂缝产量之和,这显然不符合实际情况。为此,进行了相关公式的推导并结合中东某气藏气井压裂的实例,分析了在考虑井筒压力损失的情况下裂缝位置、井筒半径和裂缝半长对压裂气井的产能影响。研究结果表明:端部裂缝的产气量高于中部裂缝的产气量;井筒半径对压裂水平井产能的影响有限;裂缝长度对产能有最优值存在,裂缝不是越长就越好。这些结论对实际气井的压裂增产具有一定的指导意义。

连续混配压裂液及连续混配工艺应用实践

目前油气田实施水力压裂施工的流程是先配液,然后等待干粉增稠剂在储液罐中经过足够时间的充分溶胀后再进行压裂施工。这种传统的配液与施工作业模式,不仅存在着施工周期长、配液强度大的问题,而且长时间的配制和储存容易导致基液降解、黏度降低,如不能及时使用或施工失败,基液将全部变质腐败,由此造成极大的浪费和损失,也增加了成本与环保压力。同时,随着国内页岩气勘探开发进程的加快,丛式水平井组结合"工厂化"压裂用液量大、罐群数量多、场地占用面积大,传统的配液方式已不能满足页岩气井大规模压裂的需求。为此,在开发出速溶胍胶压裂液的基础上,对国产连续混配车进行了配套改造,研制出适应于页岩气大液量、高排量施工的滑溜水连续混配装置并进行了现场应用。结果表明:速溶胍胶压裂液能满足连续混配施工的要求,所研制的连续混配装备性能稳定、使用方便,解决了材料浪费、压裂工作液变质和环境污染等问题,缩短了施工作业周期、减少了作业费用、降低了现场作业强度,实现了高效、绿色环保的压裂施工。

高效脉冲式加砂压裂技术研究与实践

随着致密砂岩气藏的深入开发,压后气井稳产时间短、产量递减快的问题日益凸显。因此,对人工裂缝有效穿透率及导流能力要求也就越来越高。脉冲式加砂压裂技术引入缝内非连续多层铺砂理念,通过可高频切换的脉冲混砂车、密集多簇射孔技术及特殊纤维材料,确保支撑剂段塞的流动稳定性并最终在裂缝内部形成非均匀铺置砂柱与沟槽,从而使得裂缝导流能力相对常规均匀铺砂提升几个数量级。室内工程模拟评价及现场试验结果表明:压前储层评价、脉冲时间设计、可降解纤维及配套设备的优化是脉冲式加砂压裂工艺成功的关键;与常规压裂相比,其压后产量得以大幅提升,同时还可降低支撑剂用量和减少砂堵风险。在鄂尔多斯盆地苏里格气田桃7区块首次完成了3井6层次自主化脉冲式加砂压裂技术先导性试验,其平均支撑剂用量降低了28.3%,平均加砂强度降低了21.88%,压后平均日产气量提高了26.8%。结论认为:该项技术为我国致密砂岩气藏提供了一种高效、环保的储层改造工艺选择。

适用于页岩气井压裂的超分子增黏滑溜水

针对页岩气井压裂施工排量大、液量大的特点,为了实现压裂液稠化剂在不同水质条件下速溶、高效降阻,可以有效利用河水或邻井返排液直接配液,从而达到扩大适用水源、降低水资源消耗以及降低返排液处理成本的目的。为此,以丙烯酰胺等单体为主要原料,研发了一种超分子滑溜水稠化剂——YS-1,对其性能进行了评价,并成功应用于现场施工。应用效果表明:①YS-1可以在不同的水质中速溶,并且具有良好的携砂性和耐盐性;②当浓度超过0.15%时,YS-1的黏度大幅度增加,可通过浓度的变化实现低黏滑溜水、中黏线性胶和高黏交联液的转变;③在常温与100℃条件下,经过2~3个40 s^(-1)与500 s^(-1)的变剪切循环周期后,YS-1溶液的黏度一直保持稳定,表现出了良好的抗剪切性;④0.05%~0.12%YS-1溶液的降阻率可超过70%,并且在10×10^(4)mg/L矿化度的盐水溶液中仍然能保持良好的降阻性能。结论认为,超分子变黏滑溜水YS-1可以在清水、现场返排液的水质条件下能够快速溶解,拥有良好的溶解性,利用邻井返排液配液后进行现场压裂,施工压力平稳,既节省了水资源,又节省了配液时间,大幅度提高了施工效率,具有较好的推广应用价值。

页岩储层水力裂缝网络多因素耦合分析

为优化压裂设计、提高页岩储层的改造效果,基于室内真三轴水力压裂模拟实验、现场压裂实践和理论分析的方法,从页岩绪层岩石的脆性指数、水平应力差、天然裂缝的力学特征和发育程度、液体黏度和施工参数等方面分析了页岩储层压裂形成缝网的受控因素。结果表明:页岩储层的水力裂缝网络发育程度受到地质因素和工程因素的双重作用;从储层地质因素上看,岩石的脆性指数越高、天然裂缝越发育、天然缝胶结程度越差,越有利于形成缝网;从压裂作业的因素看,压裂液黏度越低以及压裂规模越大,越有利于形成充分扩展的缝网。在分析单个因素的基础上,建立了多因素耦合的缝网发育指数来表征页岩储层水力裂缝网络发育程度,并用于评价页岩储层压裂后水力裂缝的复杂程度。

新型纤维暂堵转向酸压实验研究与应用

纤维暂堵酸压是针对存在天然裂缝或渗透率差异大的储层转向酸压的一种新工艺,其工艺的核心为暂堵纤维材料。为此,基于纤维暂堵转向原理,在实验分析的基础上,成功研制出了DF新型纤维材料:以有机聚合物为原料、独特工艺制造、并对表面进行特殊工艺处理的高强度有机聚合物可降解的单丝短纤维。理论研究和室内试验结果证明:①DF暂堵纤维能在裂缝或蚓孔处形成致密"滤网结构",增加酸液的流动阻力,达到暂堵和酸液转向的目的;②在清水中有好的分散性能,对酸液体系的原有性能无影响,并具有较好的可流动性;③在施工结束后随着地层温度的恢复,暂堵纤维在残酸中能彻底降解,对储层无污染、无伤害。DF暂堵纤维转向酸压目前已现场应用16口井,施工成功率达100%,其中有效增产井13口,有效率为81.2%,平均有效期超过193 d,增产效果显著。

煤层气低产井低产原因及增产改造技术

沁水煤层气田的煤层气开发已初具规模,但部分煤层气开发井由于地质、工程或排采因素的影响而产量低,亟需查明原因。为此,从地质因素(构造位置、陷落柱、断层等)、工程因素(钻完井及水力压裂过程中储层污染等)和排采因素(套压控制、排液速度、停电停抽等)3个方面对煤层气单井产气量的影响进行了详细的分析,阐述了嵌套钻井、短半径水力喷射钻井、小井眼侧钻、二次(重复)水力压裂等增产改造技术的特点及优势,并结合对煤层气低产井原因的分析,给出了不同增产改造技术的适用特性。对煤层气规模开发过程中老井、低产井的后期改造提供了技术支撑。

工程因素对页岩气产量的影响——以北美Haynesville页岩气藏为例

我国页岩气开发尚处于前期探索阶段,分析国外成功的开发案例具有重要的借鉴作用和参考价值。在对北美Haynesville页岩气藏生产数据进行统计和分析的基础上,总结了工程因素对该页岩气藏开发的影响规律。结论认为:页岩气井水平段长度、压裂级数、加砂量、油嘴尺寸、井底压力和是否采取重复压裂施工对累积产量有显著影响;水平段长度在1 500～1 650m之间、压裂级数12～17级、加砂量1 500～3 000t、油嘴尺寸8～9mm为该地区常用且效果较好的设计方案;井底压力高的区域页岩气产量相应较高,这与井底超压改善页岩脆性、优化压裂效果有关;重复压裂能够显著提高页岩气总产量,作业时机的选择与增产效果关系密切。

安岳地区上三叠统须二上亚段致密砂岩气藏气井产能控制因素

四川盆地安岳地区上三叠统须二上亚段气藏是近年来四川盆地发现的储量规模最大的上三叠统须家河组气藏,但试采过程中暴露出气井测试产量与投产后产量差异大的问题。为此,系统分析了单井产能与储层地质特征、加砂压裂工艺、产液量等的关系,认为气井产能控制的主要因素为:属于水下分支河道和河口坝微相、并在雷口坡组古残丘或高带古地貌上沉积形成的粗结构砂体是有利储层分布区;单井裂缝发育或处于裂缝发育区带是气井高产的关键因素,所统计的80%微气井都处于裂缝不发育区;高产井所在的储层在压裂时具有最低泵压低、日排液量大的特点,排液量百分比多在75%以上;气水关系复杂,产水量大小不受构造控制,不产水气井的产气量和地层压力均较稳定,但含水井提高天然气产量会导致水侵加剧、产气量和地层压力均快速下降。