高速通道压裂通道率影响因素实验研究

高速通道压裂是近几年在非常规致密油气资源开采中出现的新工艺。通道率是影响高速通道压裂技术的一个重要指标。运用平板裂缝模型研究压裂液黏度、纤维浓度、支撑剂浓度、排量、脉冲时间和孔密6个因素对通道率的影响,以期获得良好的通道率。通过单因素影响实验研究各参数对通道率的影响,并在此基础上,采用正交实验进行多因素组合分析各参数对通道率的影响程度。实验表明,压裂液黏度、纤维浓度以及孔密的增加会使通道率增大;脉冲时间、支撑剂浓度的增加会导致通道率的减小;排量的增加使通道率呈现出先增大后减小的趋势。在黏度大于100 mPa·s实验条件下,6个因素对通道率的影响程度大小为:支撑剂浓度>脉冲时间>纤维浓度>排量>压裂液浓度>孔密。

通道压裂支撑剂缝内分布规律研究

通道压裂是低渗透致密油气藏高效、低成本开发的关键技术,通过采用非连续簇团铺砂的方式,使裂缝中形成具有高导流能力的通道,但目前关于通道压裂的理论研究仍然处于起步阶段.因此,基于计算流体力学建立欧拉-欧拉固液两相流模型,对通道压裂过程中支撑剂的分布状态进行模拟,通过与实验结果进行对比,证明了所建立模型的有效性,并系统研究了不同中顶压裂液(纯压裂液脉冲段)黏度、支撑剂密度、泵注排量对通道压裂通道率的影响.结果表明,中顶压裂液的黏度从1 mPa·s增加到20 mPa·s,通道内平均通道率增加5%;支撑剂密度从1400 kg/m^(3)增加到2000 kg/m^(3)时,缝内通道率减小了7%;排量由3 m^(3)/min增加到7 m^(3)/min时,通道率由28%增加到33.5%后减小到31%.现场应用过程中应使用较高黏度中顶压裂液、较低密度支撑剂和合理的泵注排量以保证裂缝中形成有效支撑通道.

通道压裂中支撑剂团排列方式对裂缝导流能力的影响

高速通道压裂是以支撑剂团支撑裂缝并获得更高裂缝导流能力的新型压裂技术。为了探究支撑剂团排列方式对裂缝整体导流能力的影响,文中在考虑闭合压力作用下支撑剂团和裂缝壁面变形的基础上,建立了一种流体在高速通道和支撑剂团中耦合的流动模型,并对交错型和正对型支撑剂团排列方式的裂缝整体导流能力进行模拟,分析了支撑剂团半径和间距对裂缝整体导流能力的影响。结果显示:支撑剂团半径的减小和支撑剂团间距的增大均会导致裂缝支撑效果变差,正对型和交错型支撑剂团的半径均不宜小于0.100 m,支撑剂团间距不宜大于0.25 m;相同条件下,交错型支撑剂团填充的裂缝导流能力要比正对型支撑剂团填充的裂缝导流能力平均高53.53%。

高速通道压裂过程中支撑剂运移规律研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新技术.为了研究高速通道压裂过程中支撑剂运移规律,基于CFD-DEM方法,建立高速通道压裂三维模型,首先对纤维柱的有无、纤维柱的排列方式和纤维柱尺寸对高速通道形成的影响,并进一步研究压裂液黏度、支撑剂密度对支撑剂运移规律的影响.结果表明:随着纤维加入压裂液中,支撑剂颗粒流速出现差异性变化;由并行排列变为交错排列,支撑颗粒的流速由快变慢,流速较快的颗粒出现在裂缝底部的数目减少;采取纤维柱交错排列方式且纤维柱半径较小,有利于快速形成支撑柱,获得较高的裂缝导流能力;随着压裂液黏度的增大,纤维吸附颗粒数目在不断减少;当压裂液密度为1000 kg/m^(3)时,支撑柱颗粒数目随支撑剂密度的增大而缩减少,而压裂液密度增大为2000 kg/m^(3)时,支撑柱颗粒数目则呈现增大趋势.研究成果丰富了高速通道压裂技术的研究.

通道压裂支撑剂运移规律试验

基于通道压裂的特点,设计具有粗糙裂缝壁面、不同角度分支缝组合并考虑地层滤失、缝宽可变的大型支撑剂运移模拟装置。利用大型支撑剂运移模拟装置分别对直缝和直缝与分支缝组合两种情况下施工排量、支撑剂粒径、压裂液黏度、纤维比例等因素对支撑剂铺置的影响进行试验研究。结果表明:压裂液黏度显著影响支撑剂团块在裂缝长度方向上的分布;纤维比例的增加能够增加团块的数量,团块中支撑剂的含量和纤维与支撑剂的比例有关;适当增大排量有利于通道之间的相互连通;支撑剂质量浓度对支撑剂团块在裂缝高度方向上的分布影响较大;随着支撑剂粒径的增加其与纤维结合形成团块的能力越差;分支缝通道率明显低于主缝,结合分支缝的分流作用影响,其对试验变量的敏感性要低于主缝;随着分支缝角度的增加,纤维越容易在裂缝入口处滞留堵塞,堵塞分支缝入口。

高速通道压裂技术在国外的研究与应用

高速通道压裂技术是近两年出现的新工艺,主要应用在美国、俄罗斯、南美和北非、中东等油气高产地区,已在世界范围内实施超过3800井次,取得良好增产效果。该工艺的主要目标是在人工裂缝内部造出稳定而敞开的油气流动网络通道,显著提高人工裂缝的导流能力,消除由于残渣堵塞、支撑剂嵌入等引起的导流能力损失,从而减小井筒附近的压降漏斗效应,提高压裂改造效果。通过综合多簇射孔、支撑剂段塞注入和拌注纤维等工艺技术,实现了支撑剂在裂缝内非均匀铺砂;经过优化研究,使高速通道保持长期有效。该工艺可提高铺砂效果、减少压裂材料使用量,增加返排率,保持裂缝的清洁,并能有效减少施工中砂堵的风险,其适应性广,可用于砂岩、碳酸盐岩及页岩等各种油气藏。为解决国内低渗透油气藏压后普遍存在的返排困难和裂缝伤害等问题,提供了一种可行的技术方法。

高速通道压裂支撑裂缝导流能力实验评价

支撑裂缝导流能力是评价压裂施工效果的重要参数,通过室内导流能力实验,研究支撑剂粒径和段塞数、纤维浓度及其加入方式对高速通道压裂支撑裂缝导流能力的影响,并采用正交试验和灰色关联分析法分析各参数对支撑裂缝导流能力的影响程度。结果表明:支撑剂粒径越大,支撑裂缝的导流能力越强;支撑剂段塞数越多,通过增加支撑剂段塞数得到的支撑裂缝导流能力增幅越小;当闭合压力小于41 MPa时,支撑剂段塞数越多,支撑裂缝导流能力随着闭合压力的增大降幅越大;支撑裂缝导流能力随纤维浓度的增加而降低,以纤维包裹支撑剂这种纤维加入方式对支撑裂缝导流能力的影响最大;各参数对支撑裂缝导流能力影响程度由大到小依次为闭合压力、支撑剂段塞数、纤维浓度、纤维加入方式、支撑剂粒径。

通道压裂裂缝导流能力影响因素研究

为了研究高速通道压裂裂缝内的支撑规律及裂缝导流能力,利用FCES-100导流仪对砂岩岩板进行室内导流能力测试。对比通道压裂铺砂与连续铺砂裂缝导游能力的差异,分析了纤维浓度、铺砂方式和支撑剂类型对通道压裂裂缝导流能力的影响。实验结果表明:低闭合压力下,通道压裂裂缝比连续铺砂裂缝导流能力大,随着闭合压力增加,通道压裂裂缝导流能力下降速度更快;纤维缠绕支撑剂形成网状结构,增加支撑剂团的稳定性,压裂液中最佳纤维质量分数为0.5%;支撑剂团的面积变化系数越大,通道压裂裂缝导流能力越低;支撑剂团块总面积大有利于增大通道压裂裂缝承压能力,但总面积过大裂缝导流能力反而会降低;对比通道压裂中3种支撑剂,覆膜砂的效果最好,其次是陶粒,石英砂效果最差。

通道压裂中流动通道形态影响因素实验研究

通道压裂是低渗透致密油气藏高效、低成本开发的关键技术,其关键是在水力裂缝中形成供油气流动的畅通通道网络,但目前针对通道压裂支撑剂铺置形态、流动通道特征研究尚处于起步阶段。通过大型平板裂缝可视装置,开展通道压裂支撑剂动态输送实验研究,分析纤维、压裂液、支撑剂、泵注排量和脉冲时间对支撑剂输送和流动通道形态的影响。实验结果表明:纤维和压裂液决定能否在支撑裂缝中获得流动通道,而泵注排量和脉冲时间对流动通道形态有较大影响,而支撑剂密度和粒径对流动通道形态几乎无影响;胍胶分子链缠绕在纤维表面,使得纤维网状结构范围增大、强度增强,两者共同提高了携砂液脉冲段在输送过程中的稳定性;流动通道类型可以分为3类,且流动通道形态受到泵注排量和脉冲时间乘积的控制。当脉冲单元注入参数为2.5~5.0 L时,形成的高速通道形态最优,支撑裂缝导流能力最大。

高速通道压裂裂缝的高导流能力分析及其影响因素研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新工艺,已在世界范围内推广实施,并取得了良好的增产效果.该技术可使支撑剂在人工压裂缝中形成簇团式分布,从而形成油气高速流动通道,提高裂缝的导流能力.但目前对于高速通道压裂裂缝高导流能力的形成机理及其影响因素尚不清楚.对此,本文从流体力学理论出发,首先将高速通道压裂裂缝内形成的支撑剂簇团视为渗流区域,簇团间的大通道视为自由流动区域;然后基于Darcy-Brinkman方程建立了裂缝内的流动数学模型,采用均匀化理论对该流动数学模型进行了尺度升级,推导得到了高速通道压裂裂缝的渗透率,揭示了其高导流能力的形成机理;并以此为基础,分析了不同支撑剂簇团形状、大小以及分布方式等因素对其导流能力的影响,可为高速通道压裂工艺参数设计与优化提供基础.

高通道压裂非均匀铺砂技术研究进展

高通道压裂技术已成为开发非常规油气资源的重要增产措施。非均匀铺砂技术是高导流裂缝通道形成的关键。在系统调研非均匀铺砂技术相关文献的基础上,从工艺技术、压裂液改进技术及支撑剂表面改性技术3个方面,阐述了支撑剂"团簇"的形成、保持与强化技术的最新研究进展。指出非固化树脂聚砂技术和降低电位聚砂技术是实现非均匀铺砂的关键,是未来支撑剂改性的方向,并从支撑剂改性机理、技术优点及现场应用3个方面综述了上述2种支撑剂改性技术。分析了非均匀铺砂技术及支撑剂表面改性技术所存在的问题及发展趋势,以期为国内高通道压裂技术的推广应用提供一种新的思路。

通道压裂中顶液脉冲时间优化模型研究

通道压裂维持高导流能力的前提是支撑剂团完全支撑裂缝,但目前对于不同厚度和直径的支撑剂团能否完全支撑裂缝尚不清楚。基于弹性力学理论,建立支撑剂团与地层接触有限元模型,研究不同厚度和直径的支撑剂团在地层闭合压力下的最优铺置间距,即支撑剂团最优铺置间距。当相邻支撑剂团间距小于最优铺置间距时,支撑剂团可完全支撑裂缝,反之裂缝部分闭合,导流能力下降。以支撑剂团最优铺置间距为基础,根据物质守恒原理,计算出最优中顶液脉冲时间。研究结果表明:施工排量和地层闭合压力越高,最优中顶液脉冲时间越短;裂缝宽度越大,最优中顶液脉冲时间越长。整个通道压裂过程应提高施工排量,在高闭合压力地层中减小最优中顶液脉冲时间,在低闭合压力地层中应增加最优中顶液脉冲时间。

高通道压裂自聚性支撑剂研究进展

针对非常规油气资源难以开采且多依赖水力压裂增产措施的特点,结合近几年刚刚兴起的高通道压裂技术,介绍了国外支撑剂自聚调控技术的最新进展。重点综述了自聚性支撑剂表面处理技术、表面改性机理、支撑剂在线涂层工艺的研究现状,指出了高通道压裂自聚性支撑剂亟需解决的问题及发展趋势。

通道压裂裂缝导流能力数值模拟研究

为了计算通道压裂裂缝在实际条件下的导流能力并分析影响导流能力的因素,在分析通道压裂砂堤分布规律的基础上,建立了裂缝内流体流动模型,利用数值模拟方法模拟了某一通道压裂气井裂缝内流体的流动规律和压力分布规律,并计算了裂缝的导流能力。结果表明:通道压裂裂缝的导流能力基本不随井底流压、气体密度和气体黏度变化;通道压裂裂缝内空隙通道的结构和分布是影响裂缝导流能力的主要因素,如果通道压裂裂缝内没有形成连续的大通道或大通道坍缩形成离散分布的空隙结构,则裂缝内流体的流动阻力会增大,从而导致通道压裂裂缝导流能力较预期有大幅度降低。该研究结果可为提高通道压裂裂缝的导流能力提供理论依据。

通道压裂过程中主裂缝支撑剂铺置影响因素实验研究

由于聚合物易滞留于支撑剂颗粒间的间隙,导致均匀铺砂的常规水力压裂技术对低渗透、超低渗透和页岩气气藏的改造存在局限性。通道水力压裂技术通过非均匀铺砂形成高导流通道,可有效提高油气产量。评价通道压裂技术的效果主要取决于所形成砂堤的通道率大小。利用相似准则,建立可视化通道压裂模拟实验方法,系统研究了压裂液黏度、支撑剂浓度、纤维加量、布孔方式、脉冲时间和施工排量等多因素对通道压裂支撑剂铺置形态和通道率的影响。利用偏最小二乘回归和变量投影重要性分析方法研究了各因素对通道率的影响程度。在实验条件下,研究表明,现场施工排量为4～6m3/min、压裂液黏度为150～250 m Pa·s时,支撑剂浓度越低、纤维加量越大、脉冲时间越短、射孔簇数越多,通道率越高。通过偏最小二乘回归、变量投影重要性分析和皮氏积矩相关系数等方法分析表明,各通道率影响程度依次为:压裂液黏度>射孔方式>脉冲时间>支撑剂浓度>纤维浓度>排量。

高速通道压裂技术在新疆油田致密油储层应用效果分析

昌吉油田二叠系芦草沟组为自生自储型油藏,具有典型致密油的特征,该储层纵向上发育上、下两个甜点体,吉3*H井与吉7*H井是位于该区块的水平井,钻井井眼轨迹均在上甜点穿行,两井导眼井对应目的层的渗透率和自由流体孔隙度相当,储层厚度相当,电性相当,且水平段钻进物性上吉3*H井比吉7*H井要差,裂缝发育程度也较吉7*H差,吉7*H井采用传统压裂加砂模式,而吉3*H井采用高速通道压裂技术,两井施工均获得成功。通过两井施工数据、压后退液试产数据以及节约施工材料的对比分析,确定了高速通道压裂技术在致密油储层压裂改造方面具有较明显的优势。

高速通道压裂工艺在低渗透油藏的应用

压裂是低渗透油藏的主要增产措施,但常规压裂存在有效缝长短、易受到压裂液的污染等问题,为增加压裂裂缝有效缝长,实现压裂裂缝的无限导流能力,提高压裂成功率及效果,从工艺适用条件分析、非连续支撑剂铺置导流能力实验和保持高速通道的方法3个方面对高速通道压裂工艺进行了研究。优选纤维长度为10 mm,直径为15μm,质量浓度为10 kg/m3,最佳方式为纤维支撑剂一起加入,从而形成了自主的高速通道压裂工艺。现场实施2口井,成功率为100%,截止到2014年12月底,累积增产原油量为3 700 t,与同区块采用常规压裂工艺的油井相比增产15%。与常规压裂相比,高速通道压裂工艺的适应性强,施工难度低,有较好的增油效果,适用于低渗透油藏的开发,推广前景广阔。

高速通道压裂工艺标准化初探

分析了高速通道压裂工艺技术特点及其标准化需求。阐述了高速通道压裂工艺标准体系及该标准体系中各类标准的技术内容。高速通道压裂工艺标准体系的建立为油田企业推广该工艺提供了基础平台,既能满足技术发展方向,又能解决当前油田企业实际应用问题。

通道压裂支撑剂团块形成过程及影响因素

通道压裂中支撑剂与纤维团块的分布决定了裂缝的支撑与通道的形态,明确团块的形成过程和机理是研究通道压裂的关键,采用考虑了裂缝壁面粗糙和滤失的大型复杂裂缝颗粒运移铺置模拟装置进行实验,分析了团块的形成过程及特点,研究了施工排量、纤维比例、压裂液黏度和分支缝对于团块形成过程的影响。实验证明:第一个纤维脉冲形成的纤维团的位置和数量决定了最终团块的位置和数量;团块以逆压裂液流动方向生长,团块中纤维呈“C”字型规整排列,使其在压裂过程中有良好的稳定性;团块的形成过程可分为延伸生长型、合并生长型和交替变化型。高排量、高压裂液黏度时团块以横向生长为主;小排量、低压裂液黏度和高纤维比例等因素下团块横纵生长均匀,后期以纵向生长为主,团块间易合并;缝宽的减小会使裂缝壁面粗糙程度的影响加大。通过了解团块形成过程、特点和影响因素,可以有针对性地改变施工参数从而得到理想的团块铺置,进而得到良好的通道形态。

通道压裂砂堤分布规律研究

为了掌握通道压裂砂堤分布的规律,运用大型可视化平板装置研究不同纤维加入比例、基液黏度和施工参数下的砂堤分布和通道率。研究表明,增大纤维加入比例能提高通道率,且砂堤趋于平缓,纤维加入方式也能明显影响通道率;较大基液黏度导致裂缝内的通道率增大,现场使用与压裂液黏度相同的基液效果更好;现场试验排量过低、过高都不利于在裂缝中形成通道,最优排量为4 m3/min;随着段塞的注入时间减小,砂堤趋于平缓,对比通道率,注入时间占段塞时间的1/2时效果最佳。研究结果为通道压裂设计和研究提供了借鉴作用。