支撑剂回流对页岩人工裂缝导流能力影响试验

支撑剂回流对页岩人工裂缝导流能力的伤害不容忽视,须对实际应力加载条件下支撑剂回流进行定量表征。利用自主研发的导流能力测试系统,通过添加支撑剂回流腔体模块,实现压裂液返排过程中支撑剂回流的定量表征,在实验室尺度下开展不同应力加载方式(变围压测试和变流压测试)下的页岩人工裂缝长期导流能力对比试验。结果表明:不同应力加载方式对支撑剂破碎量和嵌入量的影响相似,但变围压测试下支撑剂回流量随围压变化维持在约4.46%,与现场支撑剂回流数据不符;变流压测试下支撑剂回流量在流压20 MPa时的支撑剂回流量为20.53%,且随着流压的降低,回流量下降,与现场支撑剂的回流变量变化规律一致;忽略支撑剂的回流会导致对裂缝导流能力伤害率的计算值偏低,不利于制定施工方案;页岩人工裂缝导流能力的准确测试,应采用与实际应力加载更符合的变流压测试方法,以便更好地体现支撑剂回流对导流能力的影响。

不同支撑剂组合方式下页岩导流能力实验评价

为了深入了解多粒径支撑剂组合条件下页岩储层导流能力的大小,依据达西定律,采用API支撑剂实验装置,评价分析不同支撑剂质量比例、粒径、铺砂浓度、类型、流体类型、岩性等对导流能力的影响。实验结果表明:随着闭合压力增加,各种支撑剂组合方式下的导流能力都有很大程度下降;相同条件下,铺砂浓度与导流能力呈正相关关系,覆膜砂的导流能力高于石英砂,清水条件下的导流能力高于破胶液,硬度高的页岩储层导流能力高于硬度低的页岩储层;70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂支撑剂组合,在质量比为1∶6∶3时导流能力最优;在高闭合压力下,70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂组合的导流能力,略高于70/140目陶粒+30/50目覆膜砂+20/40目覆膜砂支撑剂组合。可见,对于较软地层采用覆膜砂组合支撑剂,更有利于长期保持较高的导流能力;压裂液选用时更要注重压裂液配方的低伤害性,以提高导流能力。

大牛地气田复杂岩性储层酸蚀裂缝导流能力规律研究

大牛地马家沟组碳酸盐岩储层灰岩、白云岩和含膏云岩较为发育,矿物的酸岩反应速率不同,而目前复杂岩性储层导流能力研究较少,导流能力规律不明确。文中结合储层多种矿物特点,进行了矿物成分测试和酸蚀裂缝导流能力测试,研究了不同酸蚀时间和闭合应力对导流能力的影响,建立了适合马家沟储层的酸蚀裂缝导流能力模型。结果表明:含膏云岩在低闭合应力下导流能力比白云岩低,但在高闭合应力下与白云岩相当;在闭合应力一定时,酸蚀时间越长,岩样表面越粗糙,导流能力增长越明显。基于导流能力模型,模拟研究了不同排量和注入方式下的导流能力变化规律,将酸蚀时间和泵注方式应用到现场井,产量提升了40%。该研究成果对大牛地马家沟储层酸压改造工艺设计提供了依据和借鉴。

页岩气储层压裂返排一体化裂缝导流能力变化规律

为研究页岩气储层压裂返排一体化过程中裂缝导流能力的变化规律,结合页岩气储层生产特点,模拟了整个压裂—返排—生产的过程,开展气测—液测—气测3个连续阶段裂缝导流能力测试实验,研究了整个过程中裂缝导流能力的变化规律。结果表明:在闭合压力为35 MPa的条件下,采用蒸馏水模拟压裂后,由于页岩水化的作用,石英砂支撑剂的导流能力降低幅度高达80.4%;在模拟返排过程中,按初始气测排量的25%、50%、75%、100%进行气测导流能力实验,裂缝导流能力逐渐升高,实验方案中其最大恢复值为初始值的65.9%;实验模拟了生产过程中由于页岩气井产量变化造成的地层压力波动对裂缝导流能力的影响。研究结果对页岩气储层压裂方案设计优化和高效开发具有一定的参考意义。

基于裂缝闭合理论和3D打印的导流能力预测方法

酸蚀裂缝导流能力对于酸压方案的优化和产能评估具有十分重要的意义,但是在酸蚀导流能力测试过程中存在高闭合压力下岩心柱破裂情况,影响实验数据的准确性。基于以上问题,综合采用3D扫描和3D打印技术以及受压情况下裂缝闭合理论对酸蚀裂缝导流能力进行研究。首先对岩样进行酸蚀实验,通过逆向建模技术获取到酸蚀后岩心三维模型,采用SLA3D打印技术制备含粗糙壁面的三维岩心模型,对酸蚀岩心和3D打印岩心开展不同围压下渗流实验。运用离散化数据处理方法,结合赫兹接触模型和N-K模型编写导流能力预测界面,使用数值模拟方法反映闭合应力下裂缝形变情况。研究结果表明,结合真实岩体三维数字模型及SLA3D打印技术制备真实岩样,为制作复杂裂缝岩心模型提供了有效途径;酸蚀岩心和3D打印岩心导流能力实验结果、3D打印岩心实验结果和数值模拟结果误差均小于7.7%,数值模拟与碳酸盐岩心实验值的误差小于9.6%;以低闭合压力下实验和模拟结果为基础可以预测高闭合压力下裂缝导流能力,提出的研究方法为定量化表征酸蚀裂缝导流能力提供了可靠途径。

四川盆地灯影组酸压裂缝导流能力实验和模拟研究

酸压是深层、超深层海相碳酸盐岩油气藏增产的核心技术,而如何在超高温和高闭合应力下保持住酸蚀裂缝导流能力是酸压改造能否成功的关键。利用自研的高温高压酸蚀裂缝导流能力测试装置开展不同酸液及组合下灯影组岩样裂缝导流能力实验,使用三维激光扫描仪获取酸刻蚀裂缝形貌,基于此,采用Airy(艾里)应力函数和复变量法,描述酸蚀裂缝闭合程度,结合局部立方定律,耦合酸压模型,形成了酸蚀裂缝导流能力数值计算方法。结果表明:与低闭合应力(5MPa)相比,高闭合应力(90MPa)下多数酸液及其组合的导流能力降低了一个数量级;闭合应力增加,不同酸液及组合的导流能力降低模式有较大区别,可能会出现2次快速下降阶段;不同酸液组合注入可在一定程度上改善超高温和高闭合应力下酸蚀裂缝导流能力;酸蚀裂缝导流能力计算模型与实验结果平均误差较小,约10.6%,且能表征缝内各处导流能力分布及大小;相同工程参数条件下,四川盆地灯影组四段酸压裂缝导流能力较灯影组二段更高,可为四川盆地深层、超深层海相碳酸盐岩酸压改造方案优化设计提供理论指导。

鄂尔多斯盆地气藏新类型储层岩石断裂性质及导流能力

为了明确鄂尔多斯盆地天然气新类型储层矿物特征、断裂性质及导流能力,对陇东铝土岩、太原组灰岩和奥陶系盐下马四白云岩进行了矿物分析、铸体薄片鉴定、宏微观断裂实验和支撑剂嵌入导流能力测试。结果表明:新层系岩石矿物差异明显;断裂韧性高于常规砂岩储层,且铝土岩断裂韧性受水铝石含量影响;新层系岩石微观尺度下断裂韧性低于宏观值;铝土岩和灰岩裂缝扩展过程中易于形成分支缝,白云岩裂缝扩展形态相对简单平直;新层系岩石导流能力随着支撑剂嵌入深度呈二次非线性减小。高应力条件下支撑剂粒径对铝土岩导流能力的影响较小;酸化会弱化马四白云岩力学性质,促使支撑剂由弹性嵌入转化为弹塑性嵌入,进而增大嵌入深度,降低导流能力。

干热岩长期生产过程中天然裂缝损伤对导流能力演变影响研究

干热岩型地热是我国地热资源的重要组成部分,其开发利用对实现“双碳”目标具有重要意义。干热岩储层岩体以花岗岩为主,因其岩性致密,通常采用增强型地热系统(EGS)进行开发。作为循环工质流动换热的主要通道,人工裂缝和天然裂缝形变将造成导流能力演变,进而影响热储取热性能。现有导流能力研究对象多为人工裂缝,且多围绕基质弹性变形开展,并未考虑天然裂缝损伤影响。为揭示天然裂缝损伤作用效果,团队自主研发设计了高温高压岩心注采多场耦合实验平台,分析论证了实验系统的可靠性,设计了对应实验方案与实验流程。采用天然裂缝贯穿岩样,研究了常温下注采压差随排量和围压的变化规律,分析了高温下天然裂缝损伤特征,对比了不同排量,温差和注入方式下天然裂缝损伤对导流能力演变的影响。实验表明,冷流体注入导致天然裂缝体积较初始时刻显著增加,且破坏方式以弱胶结失效为主,在无围压条件下,损伤将引起裂缝隙宽和缝长增大,提升裂缝连通性,有助于改变裂缝导流能力,故压裂和取热方案设计中应对天然裂缝加以考虑;注采压差随围压和排量增大而增加,最大增幅可达0.6 MPa;高温生产下,注采压差改变量和导流能力演化率变化量最大值分别可达1.11 MPa和26.59%。较大排量和温差下,裂缝损伤特征更为明显。相较于连续注入,间歇注入方式下裂缝损伤程度更为显著。利用灰色关联分析得到了主控因素为温差,即热应力是造成裂缝附加导流能力演变的主要原因。本研究证明了天然裂缝损伤在干热岩长期生产过程中分析的必要性,为工程现场施工提供了一定指导。

含盐储层支撑剂长期导流能力变化规律测试和预测方法

含盐储层是一种特殊类型油气藏储层,储层塑性高,盐岩遇水易溶解,压裂后导流能力保持难度大,探究高含盐储层长期导流能力变化规律和岩溶因素是提升油井产量的必要条件。结合玛湖含盐储层“低黏土矿物、低石英、低长石、高盐”的特点,通过开展支撑剂长期导流能力测试实验,测试不同支撑剂的铺置条件、不同岩板的含盐量、不同的流体介质条件下的导流能力变化规律。结果表明:使用大粒径高铺砂浓度支撑剂可显著增加含盐储层的导流能力,高含盐岩板的长期导流能力高于中含盐岩板,清水流体介质驱替裂缝的导流能力高于饱和岩溶液流体介质;建立了含盐储层长期导流能力的预测方法,在考虑支撑剂破碎、塑性嵌入、蠕变作用和岩溶作用的情况下,分别计算支撑裂缝宽度和渗透率以确定导流能力变化规律;计算结果预测值与实验值的吻合度较高,表明了岩溶作用对含盐储层的裂缝宽度以及长期导流能力的提升具有显著效果。研究成果对于高含盐储层长期提升导流能力并实现油气藏的高产稳产具有重要的指导意义。

大川中沙溪庙致密砂岩储层支撑裂缝导流能力的影响因素

目的增加裂缝导流能力,提高致密砂岩气的压裂增产稳产效果。方法为了探究加砂压裂技术在大川中沙溪庙致密砂岩储层改造中的适应性,针对该储层的特点,采用API裂缝导流能力测试仪,考查了支撑剂类型及粒径、铺砂浓度、闭合压力及压裂液类型对支撑裂缝导流能力的影响。结果相同粒径陶粒的支撑裂缝导流能力大于覆膜石英砂和石英砂,但覆膜石英砂的导流能力受闭合压力的影响最小;0.106~0.212 mm石英砂与0.212~0.425 mm覆膜石英砂的不同组合支撑剂粒径(质量比分别为1∶4、1∶1和4∶1)支撑剂导流能力下降幅度相比单一支撑剂更加平缓。支撑剂组合为4∶1的裂缝导流能力高于1∶4和1∶1组合,在高闭合压力条件下接近0.212~0.425 mm覆膜石英砂用作单一支撑剂时的裂缝导流能力。在低闭合压力条件下,增加铺砂浓度促使导流能力明显增大。而随着闭合压力的增加,这种影响程度逐渐减弱。支撑剂采用(0.106~0.212 mm石英砂)∶(0.212~0.425 mm覆膜石英砂)用量为4∶1的组合支撑剂,当闭合压力为41.4 MPa时,清水压裂破胶液处理后的液测导流能力较质量分数为3%的KCl降低25.43%,返排压裂破胶液处理后的液测导流能力较质量分数为3%的KCl降低58.34%。结论实验结果指导了现场压裂支撑剂类型、粒径以及铺砂浓度等施工参数的选择,在四川盆地川中沙溪庙组致密气储层进行现场应用,获得了较好的压裂增产效果。

乌鲁木齐河东矿区煤层气压裂裂缝导流能力影响因素研究

裂缝导流能力是反应压裂改造效果的重要指标。乌鲁木齐河东矿区具有大倾角、多厚煤层、低煤阶煤层气地质特征。为更好地指导乌鲁木齐河东矿区煤层气压裂施工,采用实验测试的方法,分别研究了时间、闭合压力、铺砂浓度、石英砂支撑剂粒径及组合对压裂改造中裂缝短期导流能力的影响。结果表明:不同铺砂浓度导流能力均随时间的增加而下降,前30min下降幅度较大,随着时间的增加导流能力降幅趋缓,75min导流能力平均下降幅度在65%~70%;不论是不同支撑剂粒径还是不同铺砂浓度,导流能力均随闭合压力增大而降低,但当闭合压力达到20MPa以后,闭合压力增加、导流能力下降趋势变缓;随铺砂浓度的提高,导流能力增大,7.5kg/m^(2)铺砂浓度为该区最小合理铺砂浓度;支撑剂粒径越大,导流能力越强,但也受闭合压力的影响,当闭合压力低于15MPa时,单一粒径16/30目的石英砂的导流能力远高于20/40目和40/70目的导流能力,而当闭合压力高于15MPa时,16/30目和20/40目各比例组合导流能力相差不大,但还是远高于40/70目支撑剂组合的导流能力。

缝网压裂导流能力实验研究——以华池区长7致密砂岩为例

为了搞清华池区长7层位缝网导流能力变化规律,针对缝网多级裂缝和多尺度裂缝的问题,开展了缝网表征、支撑缝宽与铺砂浓度模型建立、多尺度裂缝支撑剂参数选择以及导流能力实验等方面工作。结果表明:1)树状缝网由于自相似性,在缝网多级裂缝表征和理论研究上较为方便;2)在树状缝网树分支为2条件下,基于多尺度裂缝缝宽特性,得到主裂缝支撑剂目数下限为40/70目、铺砂浓度上限为7.5 kg/m^(2),次级裂缝支撑剂目数下限为70/120目、铺砂浓度上限为5.0 kg/m^(2),微裂缝支撑剂目数下限为70/120目、铺砂浓度上限为3.0 kg/m^(2);3)在主裂缝、次级裂缝和微裂缝铺砂浓度均提高2.0 kg/m^(2)条件下,主裂缝导流能力提高1.3倍,次级裂缝导流能力提高1.6倍,微裂缝导流能力提高4倍,说明提高铺砂浓度对于增加次生裂缝导流能力更有效;4)铺砂浓度、支撑剂目数及闭合压力与填充缝宽实验结果说明,铺砂浓度是填充缝宽的主要影响因素。以上成果认识,对于现场缝网压裂的支撑剂参数选择以及提高缝网导流能力具有指导意义。

致密砂岩气藏自支撑裂缝损伤机理及导流能力研究

针对致密砂岩气藏压裂后自支撑裂缝导流能力发生变化的问题,建立了裂缝壁面仿真自支撑裂缝导流能力的实验评价方法,从裂缝壁面微观形貌、粗糙度、强度等方面探究导流能力损伤机理,明确了裂缝导流能力变化规律。研究表明:裂缝遇水后壁面黏土水化,并在应力作用下压实,壁面平均高度下降了8.5%;同时,裂缝壁面软化,平均硬度降低了34.3%。生产油嘴尺寸变化越密集,高应力时自支撑裂缝导流能力越高;第3次开井生产时的裂缝导流能力比首次开井下降91.7%~98.5%;错位裂缝的导流能力为无错位裂缝的18.1~140.4倍;随着压裂后地层水驱替压裂液产出,最终裂缝导流能力为原始裂缝导流能力的3.45倍。该文明确了致密气藏生产过程导流能力损伤机理,阐明了不同因素作用下自支撑裂缝导流能力变化规律,为致密砂岩气藏自支撑裂缝保护提供了基础理论依据。

蓬莱天然气区酸蚀裂缝导流能力实验研究

采用蓬莱天然气区沧浪浦组和茅口组碳酸盐岩全直径岩心,钻取和剖切标准岩心构建缝宽1 mm裂缝进行室内实验,分析了不同酸压工艺对壁面溶蚀效应的影响,分析了酸液类型、酸液用量、注入级数以及闭合压力对酸蚀导流能力与导流能力衰减率的影响规律,并评价了不同溶蚀壁面粗糙度值对导流规律的影响。研究结果表明:相比单一酸液1级交替注入,自生酸和胶凝酸组合具有更强的溶蚀效应,非均匀刻蚀程度和酸蚀导流能力更大。对比不同液量的自生酸和胶凝酸组合3级交替注入,随胶凝酸液量的增加,非均匀刻蚀程度增大,初始导流能力增大,初始导流能力衰减率减小;随自生酸液量的增加,非均匀刻蚀程度增大,初始导流能力减小,初始导流能力衰减率增大;随粗糙度值增大,初始导流能力增大,初始导流能力衰减率增大。随闭合压力增大,胶凝酸用量越多和自生酸用量越少,始终保持更大的导流能力。因此该研究成果在优化酸化压裂施工设计和提高现场施工效果方面具有一定的参考价值。

碳酸盐岩酸压裂缝导流能力影响因素

酸化压裂是碳酸盐岩储层开发的重要技术手段,酸液注入方式、压裂裂缝开度与酸蚀蚓孔形态等直接影响酸蚀裂缝导流能力。以奥陶系岩下碳酸盐岩储层为研究目标,在建立裂缝开度表征方法基础上,开展不同酸液体系、不同注酸方式、不同裂缝开度及不同缝面形态对酸压裂缝导流能力的影响研究,明确影响酸压裂缝导流能力的主控因素。实验结果表明:主体酸加入稠化、清洁剂后对溶蚀率与酸蚀后裂缝导流能力影响不大;单一注酸与交替注酸方式对酸压裂缝导流能力影响较小,但对残酸返排影响较大,交替注酸方式可降低返排压力70%;裂缝开度越大,酸蚀后裂缝导流能力越大,但提高导流能力倍数越小;裂缝开度>12μm易形成“窜流”酸蚀蚓孔,利于酸蚀通道建立;微裂缝开度与裂缝发育联通是影响酸蚀蚓孔与导流能力的主控因素,次之为微孔发育与联通与储层矿物分布形态。综合酸压工艺推荐先压裂、后酸化、交替注酸的方式。

基于支撑剂破碎率预测裂缝导流能力的新方法

支撑剂裂缝导流能力是储层水力压裂设计的重要参数。对于同一种支撑剂而言,闭合压力越大其形变和破碎现象就越明显,也影响裂缝导流能力。基于不同闭合压力条件下的破碎率与导流能力实验结果,建立了依据破碎率预测裂缝导流能力的方法;考虑5种影响因素,设计了破碎率与导流能力的正交试验,得到了其主控因素;针对实验结果,利用Matlab软件进行多元回归分析,得到不同粒径支撑剂导流能力预测方程。结果表明:闭合压力对支撑剂的破碎率、导流能力的影响最大,其次为支撑剂粒径、铺砂浓度、温度、闭合时间;新的支撑剂裂缝导流能力预测方法结果与实际测试结果平均误差仅为3.06%,预测结果较好;利用该方法进行导流能力预测可进一步降低实验成本。研究结果可为现场压裂设计支撑剂优选、导流能力预测以及降本增效提供技术参考。

沉积岩致密油藏压裂裂缝导流能力及产能模型

为明确不同类型沉积岩储集层压裂开发后导流能力的变化规律,通过开展浊积岩、滩坝砂、砂砾岩等沉积岩压裂后导流能力测试实验,分析了岩性与导流能力之间的关系,构建了导流能力模型。将导流能力模型引入主裂缝压力控制方程,得到主裂缝压力解析解;应用分布式体源方法建立了水平井多段压裂产能预测半解析模型。将新产能预测模型应用于大庆长垣外围朝阳沟油田致密油藏,数值模拟模型、不考虑岩性产能模型和考虑岩性产能新模型的计算误差分别为6.5%、22.7%和4.6%,新的模型侧重于不同沉积岩岩性对产能的影响,提高了致密油藏产能预测精度。

全缝长酸蚀填砂裂缝导流能力评价方法

为了准确评价加砂复合酸压时支撑剂对酸蚀裂缝导流能力的影响,从而确定加砂时机,提出了全缝长酸蚀填砂裂缝导流能力评价方法。以顺北油田奥陶系储层为例,采用酸压数值模拟确定了储层条件下裂缝不同位置的温度、酸液质量分数和铺砂浓度等关键试验条件,测试了酸蚀填砂裂缝不同位置的导流能力。试验结果表明:裂缝中不同位置的反应温度对酸刻蚀效果的影响大于酸液质量分数,导致裂缝中部酸刻蚀效果最好,缝尾次之,缝口较差;闭合应力大于60 MPa时,酸蚀裂缝的中部和远端填砂可显著提升导流能力。S3井采用该方法确定酸压中期加砂提升裂缝中、远端的导流能力,改造后稳定日产油量较邻井提高了40.0%,稳产时间延长了57.8%。全缝长酸蚀填砂裂缝导流能力评价方法,克服了常规试验方法难以评价储层条件下百米级裂缝导流能力的局限,为复合酸压加砂时机的确定提供了新的手段。

碳酸盐岩酸蚀裂缝面粗糙度与导流能力相关性分析

酸蚀裂缝导流能力是评价酸压效果的一项重要指标,为研究酸蚀裂缝面粗糙度与导流能力的相关性,文中以四川碳酸盐岩储层灯四段井下岩心为研究对象,开展了酸蚀裂缝导流能力测试实验,提出了裂缝面粗糙度评价方法,研究了闭合压力和酸蚀时间对导流能力的影响。实验结果表明:当闭合压力一定时,酸蚀时间越长,酸蚀裂缝面整体粗糙度越高,导流能力随酸蚀时间的增加而增大;酸蚀裂缝面粗糙度与导流能力呈正相关,相关系数在0.75~0.99。通过研究可知,基于高斯曲率计算的碳酸盐岩酸蚀裂缝面粗糙度能较好地定量表征导流能力的相对大小,可为酸蚀裂缝导流能力的精细评价提供参考。

裂缝交叉角度对缝网导流能力的影响:以“卜”形结构为例

为了探讨缝网导流能力,将“卜”形交叉裂缝结构视为构成裂缝网络的基本单元。采用外圆内方的橡胶套筒导流室,开展主/次生裂缝交叉角度分别为30°、60°、90°、120°和150°的页岩岩板导流能力试验,并利用裂缝体积等效理论计算交叉裂缝导流能力。试验结果表明:无论次生裂缝与主裂缝的交叉角度如何,相同条件下,次生裂缝总是能提高裂缝网络的导流能力,且提高次生裂缝支撑剂铺置浓度,有利于裂缝网络在高闭合应力中保持稳定、高效的导流能力;然而,流体汇流角度越大,其碰撞等作用造成的流体能量损失也越大,表现为“卜”形裂缝导流能力随交叉角度增大而减小,因此,充分考虑流体汇流时的交叉角度对于准确评价裂缝网络导流能力具有重要意义。