压裂暂堵工具用可溶镁合金的研究进展

水平井分段压裂技术是有效提高非常规能源产量的重要手段,而可溶压裂封堵工具的应用更是极大地提高了开采效率。由于镁合金具有优异的性能且极易腐蚀,已成为制造可溶压裂封堵工具的首选材料和研究热点。本文从组织结构、力学性能和腐蚀速率3个方面,对Mg-Al、Mg-Zn、含LPSO相的新型Mg-RE及其他合金4个系列进行了综合评述。并建议工程化应用中需要进一步建立规范标准,特别是腐蚀速率测试需要建立统一的测试方法和计量单位等。

顺北油田缝内转向压裂暂堵剂评价实验

缝内暂堵压裂是开发断溶体油藏的关键技术之一,该工艺可以使新裂缝在已压出裂缝的其他位置起裂,从而大幅度提高井周弱势通道的动用程度,增加裂缝复杂度,达到增产的目的。顺北油田奥陶系油藏埋深大,缝洞特征明显,温度可达到160℃,导致普通可降解型堵剂快速失效,为此优选了一种油溶性树脂粉,开发了一种自降解颗粒。基于桥堵机理明确了粒径配比和有效暂堵厚度要求,对堵剂稳定性及高温下的降解、吸水后的膨胀情况进行了评价;通过改进的驱替装置对堵剂在裂缝中形成的暂堵隔板强度进行了评价;最后反向注入,记录解堵情况。实验结果表明:油溶性树脂粉不溶于水和酸、碱,但任何温度下都可溶于油,厚度为14 cm的油溶性树脂粉暂堵隔板在不同粒径颗粒质量比为1.0∶2.0∶2.3时,可耐受10 MPa的压力;A型自降解颗粒不溶于酸、碱、盐,且不溶于油,在高温油相或水相中均可自我降解,厚度为16 cm的A型自降解颗粒暂堵隔板在不同粒径自降解颗粒质量比为1.0∶1.3时,可耐受10 MPa的压力。该研究成果为顺北油田提供了2种暂堵压裂时使用的暂堵剂。

压裂暂堵剂生产设备支架强度分析与改进

压裂暂堵剂生产设备支架承受较大的载荷,其安全性对整个生产系统至关重要。该文以压裂暂堵剂生产设备支架为研究对象,根据支架尺寸和材料属性等参数,利用命令流创建有限元分析模型,在考虑支架上部承重作用的载荷下,计算了支架的应力分布情况。在此基础上对支架提出结构改进方案,进一步进行强度和稳定性分析,结果表明,改进后的支架的最大应力为122.3 MPa,最大变形量为6.10 mm,其刚度和强度满足安全要求。

新型压裂暂堵剂性能评价及在鄂尔多斯盆地致密气储层的应用

鄂尔多斯盆地蕴藏丰富的致密气资源,石炭系本溪组是致密气主力产层之一,具有“低渗、低压、低产、多层系、强非均质性”的典型特征,目前主要采用常规机械分层压裂工艺对该区块致密气进行开采,但存在着纵向小层改造程度不充分、平面上裂缝形态单一、施工排量受限、压后产气量偏低的问题。根据本溪组储层地质特征,提出采用复合暂堵体积压裂技术,通过研制承压强度高、封堵性能好、易降解的新型暂堵剂,实现对纵向上多层系的层间暂堵转向,同时在水平方向实现缝内转向并产生新的分支裂缝,从而大幅增加储层改造体积,提高致密气动用程度。复合暂堵体积压裂技术在鄂尔多斯盆地本溪组2口直井得到了成功应用,与邻井常规机械分层压裂技术的应用效果相比,应用新技术的这2口井获得的试气产量更高。复合暂堵体积压裂技术为鄂尔多斯盆地致密气储层改造提供了新的思路,具有广阔的推广应用前景。

可降解纤维压裂暂堵剂表面改性与性能研究

可降解纤维应用浸润法进行表面改性，对其暂堵能力、悬砂性能、裂缝导流能力和防支撑剂回流性能进行评价。结果表明，9‰浓度的可降解纤维混砂后对导流能力的影响最小，在长10 cm的标准岩心中形成的暂堵突破压力可达0.3 MPa；而且加入纤维后使支撑剂临界出砂流速提高了30~60倍以上，可以有效地防止支撑剂回流。压裂施工结束后，纤维在地层中降解，形成新裂缝的同时恢复老裂缝的导流能力。

粗糙裂缝压裂暂堵剂运移规律数值模拟

为精准刻画球形暂堵剂在粗糙裂缝内运移规律及研究颗粒之间相互作用机理,构建具有长度相等的阶梯粗糙裂缝物理模型和CT扫描真实粗糙裂缝模型,基于离散相(DPM)多相流模型表征暂堵剂颗粒之间相互作用,采用流体流动与暂堵剂颗粒运移的双向耦合算法,分析裂缝表面粗糙度、暂堵剂颗粒直径、颗粒体积分数、颗粒速度和暂堵剂携带液黏度对暂堵剂在粗糙裂隙内运移的影响规律。结果表明:暂堵剂颗粒直径越大,对颗粒速度影响越小;随暂堵剂颗粒体积分数和颗粒速度的增大,颗粒受平均作用力逐渐增大;随暂堵剂携带液黏度的增加,颗粒速度和缝内流体在近壁处的速度逐渐降低,与光滑裂缝的模拟结果相反;粗糙裂缝颗粒受平均作用力是光滑裂缝的30.7~37.2倍。该结果为分析暂堵转向压裂施工过程中暂堵剂在粗糙裂缝内的运移规律提供参考。

致密砂岩气藏暂堵压裂裂缝起裂扩展实验模拟

针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。

页岩气水平井暂堵坐封机制与可控暂堵压裂工艺

水平井暂堵转向压裂技术是页岩气增产的关键技术之一。文中采用流体动力学软件FLUENT与离散元方法(DEM)相结合的数值建模方法,研究了水平井暂堵转向压裂技术中暂堵球在井筒中的运移规律以及颗粒间的相互作用。通过建立DEM-DDPM耦合模型发现,施工排量、暂堵球密度、暂堵球直径和压裂液黏度是影响暂堵球坐封效果的主要因素。模拟结果表明:当施工排量在4~6 m^(3)/min时,暂堵球的密度小于或等于流体密度;射孔炮眼磨蚀率在6.15%以内可以有效提高封堵效率;同时,随着压裂液黏度的增加,封堵效率先升后降。该研究结果对于优化水平井压裂暂堵球用量以及施工工艺具有重要的理论意义和指导价值。

松辽盆地致密气藏暂堵转向压裂裂缝扩展规律研究

松辽盆地致密气藏是深层天然气勘探开发的重要领域,由于气藏埋藏深(3000~5500 m)、低孔、低渗,天然裂缝欠发育,压力差值大(8~12 MPa),常规压裂裂缝形态单一,储层改造体积小,产量低,因此实现深部致密气藏人工裂缝复杂化,是提高改造效果的主攻方向。通过真三轴压裂模拟系统开展松辽盆地致密气藏井下全直径岩心暂堵转向压裂模拟实验,论证暂堵转向压裂形成复杂裂缝的可行性,评价致密气藏储层在不同粒径砾石情况下,水力压裂裂缝起裂扩展与暂堵转向特征。结果表明,致密气藏在两向应力差值高的情况下,压裂后形成双侧对称单一裂缝,采用暂堵转向压裂后,裂缝复杂程度大幅度提高,裂缝形态复杂化。粒径大的砾石致使水力裂缝局部迂曲,围绕砾石形成大量剪切微裂缝,裂缝形态更为复杂,不含砾石岩样整体裂缝形态复杂性低于含砾石岩样。

页岩水平井多簇喷砂射孔暂堵转向压裂裂缝扩展规律

采用真三轴压裂模拟系统开展了页岩水平井多簇喷砂射孔暂堵转向压裂模拟实验,研究了暂堵剂粒径、暂堵剂浓度、单簇射孔数和簇数对封堵提压、多裂缝转向规律及暂堵剂分布的影响。结果表明:缝内小粒径组合+段内大粒径组合暂堵剂有利于提高封堵压力并促进裂缝多期性转向,添加纤维的组合可快速憋压至超高,但易产生沿着井筒扩展的纵向缝;暂堵峰值压力随暂堵剂浓度的增加而提升,但暂堵剂浓度达到一定值后,进一步增加暂堵剂浓度并不能显著提高暂堵峰值压力;岩样破裂压力和暂堵峰值压力随单簇射孔数增加呈下降趋势,较少的单簇射孔数有利于提高破裂压力及暂堵峰值压力,对多簇裂缝扩展的控制作用更显著;较少的簇数不利于人工裂缝总数及复杂程度的提升,较多的簇数难以实现有效封堵。缝内暂堵时暂堵剂主要分布在复杂裂缝区域,特别是多裂缝相交处,而段内暂堵时暂堵剂优先分布于形成复杂缝的射孔簇孔眼附近。

致密储层缝内暂堵转向压裂裂缝扩展规律数值模拟

基于损伤力学理论,建立了储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型,将模型结果与室内真三轴水力压裂物理模拟实验结果进行了对比,验证了模型的准确性,并基于该模型探讨了压裂液黏度、排量、水平地应力差以及储层岩石非均质性对缝内暂堵转向压裂效果的影响。研究结果表明:(1)储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型是联合流体流动控制方程与岩石变形方程形成整体控制方程,通过在初始裂缝扩展路径上某一区域人为设置高强度的岩石物理力学参数和较小的储层渗透率值,实现缝内暂堵的模拟。(2)缝内暂堵转向压裂裂缝扩展模型数值模拟的分支缝数量、主裂缝面积、主裂缝延伸方向等与室内真三轴水力压裂物理模拟实验的结果基本一致,该模型可实现缝内暂堵后基质的破裂与新裂缝扩展模拟,对缝内暂堵转向压裂裂缝扩展情况也具有较好的模拟效果。(3)压裂液的黏度和排量越大,缝内暂堵转向压裂裂缝长度、改造面积及偏转角度均明显增大,且逐渐由单一裂缝向复杂裂缝转变。当水平地应力差小于7.5 MPa时,缝内暂堵转向压裂的效果较好;当水平地应力差为10~15 MPa时,压裂效果变差;当水平地应力差大于15 MPa时,裂缝几乎不偏转;储层非均质性会影响裂缝局部的扩展路径,但对裂缝总体扩展趋势影响甚微。

投球暂堵技术在页岩气水平井压裂中的应用分析

在“长分段、密切割”的页岩气水平井压裂工艺背景下,簇间暂堵是解决簇间矛盾,提升压裂效果的有效手段。暂堵球粒径、暂堵球的用量是暂堵设计的关键指标,焦页X井的现场应用证实,采用13.5mm暂堵球附加27%以上余量暂堵9.5mm炮眼后,一半暂堵段的施工压力有明显上升,且微地震事件范围和数量均有所增加,反应了投球暂工艺的有效性。

四川盆地页岩气储层暂堵转向压裂技术进展及发展建议

暂堵转向压裂技术是四川盆地页岩气藏高效开发的关键手段,但目前主要依靠现场经验施工。为进一步优化该地区暂堵转向压裂施工效果,分析了四川盆地页岩储层特征,回顾了暂堵转向压裂技术的应用历程,从暂堵材料、暂堵机理、裂缝转向机理、暂堵工艺及现场应用方面总结了该技术的主要进展,阐明了现场施工面临的挑战并提出了发展建议。微地震和产量测试结果表明,缝口暂堵转向压裂技术和缝端暂堵转向压裂技术对四川盆地页岩气藏压裂改造具有明显效果。页岩气藏常用的暂堵球和颗粒暂堵剂主要性能参数基本满足目前中浅层和部分深层页岩暂堵转向压裂要求,但施工过程中仍面临暂堵材料优选与施工参数优化缺乏理论支撑的问题和深层页岩气藏复杂储层条件的挑战,下一步应加强暂堵材料评价标准的制定,开展不同暂堵材料暂堵机理的研究,以及新暂堵材料的研发,为优化暂堵转向压裂施工参数、提升施工效果提供理论依据。

基于数据驱动的水平井暂堵压裂有效性评价新模型

水平井段内多簇暂堵压裂有效性评价是非常规油气体积压裂过程中优化暂堵时机和工艺参数的重要基础,但目前的评价方法主要依赖于暂堵前后施工压力变化,其评价结果与压裂后产能表现难以较好吻合,因此施工现场亟需更加精准的暂堵压裂有效性评价方法。为此,在综合运用井底压力、排量、支撑剂浓度等压裂施工时序数据的基础上,建立了基于数据驱动特征挖掘的暂堵压裂有效性评价新模型,并针对暂堵剂封堵已压裂缝和新裂缝起裂扩展2个关键物理过程,优选出暂堵升压、工压升压、孔眼暂堵效率、暂堵后压力三阶段变化的4项特征参数。最后,采用特征参数阈值法赋分,加权平均后分级评价了暂堵压裂有效性。研究结果表明:①暂堵压裂有效性可划分为老缝有效封堵及新缝有效扩展、老缝部分封堵失效及新缝扩展受限、无效暂堵3类情况;②暂堵升压、工压升压、孔眼暂堵效率等特征参数可有效评价暂堵剂封堵已压裂缝状态;③暂堵后压力三阶段变化特征可有效评价暂堵新缝扩展状态,即新缝有效扩展时,压力曲线具有显著的压力波动、压力下降、压力平稳三阶段变化特征。结论认为,数据集条件下,4项特征参数权重为1∶2∶2∶5,从物理机理上实现了暂堵效果的综合客观评价,经现场应用5井次,井下分布式光纤和微地震监测数据验证了新模型有效性和实用性,该模型有望为非常规油气体积压裂过程中暂堵有效性实时评价、暂堵时机与参数优化提供新方法。

低渗透薄互层油藏动态多级暂堵压裂技术优化

鄂尔多斯盆地陇东地区长6-长8储层属于低渗透薄互层油藏,具有厚度薄、物性差、非均质严重等特点。目前薄互层油藏暂堵压裂中存在暂堵剂加量计算方法和压裂设计参数不明确的问题,导致纵向薄层不能被全部压开、压裂缝高难控,压裂后增产及稳产效果受到一定影响。基于上述问题,通过实验评价了动态多级暂堵压裂时暂堵剂的最优组合,提出了包括射孔炮眼和近井带的暂堵剂加量计算方法,并利用数值模拟软件优化了射孔段长、排量及加砂量等参数,形成了陇东地区低渗透薄互层油藏动态多级暂堵压裂技术。现场试验表明暂堵剂有效封堵了射孔炮眼和近井带裂缝,通过对比压裂前后各向异性成果解释,得出纵向各层射孔段均产生了压裂裂缝,试验井的试油产量与邻井相比有大幅提升。该技术在薄互层砂岩油藏取得了显著的压裂改造效果,为目标区块薄互层油气藏高效压裂提供了技术支持。

裂缝性页岩暂堵压裂复杂裂缝扩展模型与暂堵时机

通过修正页岩水力裂缝非线性拉-剪混合模式的黏弹塑性损伤本构方程,考虑射孔簇之间的流体竞争分流和压裂液对孔眼的动态冲蚀效应,发展了基于离散裂缝网络全局嵌入有限元法(DFN-FEM)的暂堵裂缝扩展数值算法,并通过现场压裂施工监测参数进行了验证。针对四川盆地深层页岩特征,建立了多簇复杂裂缝的交错扩展数值模型,开展了水平井多簇裂缝竞争扩展形态及泄流面积研究,分析了暂堵前后复杂裂缝的竞争干扰及交错扩展规律,优化了不同天然裂缝走向、密度及分簇方式下的暂堵时机。研究表明,两侧射孔簇的裂缝扩展对中间簇裂缝有显著限制作用,暂堵两侧裂缝有利于各簇均匀扩展;天然裂缝密度越高或天然裂缝走向越低,最优暂堵时机越靠后;威远页岩气天然裂缝分布特征下,不同分簇方式下最优暂堵时机以注液总时长的2/3为主。

段内多簇暂堵压裂中暂堵球直径优化研究

段内多簇暂堵压裂过程中,持续加砂造成孔眼冲蚀,直径变大。按照初始孔眼尺寸设计暂堵球粒径对封孔封堵效果差,段内多裂缝难以实现均衡扩展,造成水平井整体改造效果不理想。为优化暂堵球直径,提高孔眼封堵效果,开展了地面矿场孔眼极限冲蚀试验,结合井下鹰眼成像监测结果,明确了极限冲蚀下孔径增大幅度。通过三维建模几何匹配方法,优化了暂堵球直径并通过地面暂堵试验和井下暂堵压裂矿场试验加以验证。研究结果表明:极限冲蚀情况下,孔眼内部冲蚀程度远大于外部,孔眼形状由规则的圆形通孔变为喇叭形孔,极限冲蚀后内径介于区间30~35 mm,优化暂堵球直径区间为15~22 mm,为避免暂堵球缩径飞出孔眼,确定暂堵球最佳直径为22 mm;地面矿场暂堵试验证实了22 mm暂堵球可以卡封孔眼不脱落且起压速度快。研究成果可为现场选择暂堵球直径提供指导,提高暂堵球坐封效率与压裂改造效果。

一种新型柔性绳结暂堵球的性能评价及现场应用

评价了新型柔性绳结暂堵球的降解性、承压性及封堵性。结果表明,该新型柔性绳结堵球密度为1.0~1.1 g/m^(3),与常规压裂液密度接近,有利于压裂液的携带,50℃以上温度条件下可完全溶解,封堵孔眼后承压能力达60 MPa。应用于长庆油田现场41口井,平均暂堵升压幅度10.3 MPa,暂堵后工作压力提高4.1 MPa,较颗粒暂堵剂升压幅度提高80%以上。

暂堵技术在致密砂岩气藏压裂中的应用

鄂尔多斯地区蕴藏着大量的天然气,拥有典型的低渗透、低压、低产、多层系、非均质性较高的致密气资源。常规压裂法开采工艺不佳,无法实现预期的开采效益,为此,提出暂堵技术在致密砂岩气藏压裂中的应用。针对储层地质特征的特点,采用高强度、高封堵性能、易降解的暂堵剂,在纵向上完成多层系统的临时封堵和分层迁移,达到缝内转向的目的,形成新的分支裂缝,使气藏的改型容积和气密性得到明显的改善。该工艺应用后,暂堵区的压力平均提高了3 MPa。断裂的平均长度比普通压裂段增加5.8%,断裂长度增加12.5%,保证复杂缝网的生成结果,可广泛地进行实际应用。

天然断裂带干扰下的复合暂堵压裂工艺参数优化

页岩气开发中,天然裂缝对储层改造体积影响较大,一方面天然裂缝利于形成复杂缝网;另一方面存在滤失及应力场改变。但在页岩气开发过程中天然裂缝带(断层)并不常见,断层与普通天然裂缝对水力裂缝影响存在差异,断层主要表现为强滤失和应力集中。因此,在施工过程中既要沟通断层,增大改造体积,又要避免断层引起的强滤失造成施工砂堵、超压等风险。针对断层形态、延伸方向等对暂堵材料进行实时参数优化,通过现场微地震事件点响应情况对封堵强度计算参数进行修正,最终形成了一套针对断层影响的复合暂堵压裂工艺。实践证明该工艺措施对控制断层影响有效且有助于形成复杂缝网。