暂堵转向压裂用远程控制投球器的研制与应用

暂堵转向工艺是多簇射孔簇开启的有效方法,而投球器是实施暂堵转向工艺的关键设备之一。现有页岩气开发采用的液动旋塞投球器无法多次定量精准投球,无法满足当前现场需求。面对这个问题,研制了一种高压远程控制投球器,采用螺旋投球原理实现精确计数,采用侧装动力总成和分体式顶盖总成便于拆装,可实现140 MPa承压能力、多次精准投球、装球数量大,且操作简单。暂堵转向压裂用远程控制投球器经厂内和现场测试,完全满足140 MPa承压能力、多次精准投球、装球数量大。经过多次现场应用,验证了新型投球器具有密封可靠、精确投球、操作简单、运行安全可靠等优点,满足了国内超高压堵塞球分层压裂工况的使用要求,可全面替代现有的液动旋塞阀投球器。

页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展规律模拟

暂堵转向压裂技术是提高非常规油气产能的重要方法之一,在非常规油气藏储层改造中已经得到了广泛应用。为进一步认识威远地区页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展特征,文中通过真三轴大物模实验研究了暂堵转向压裂压力响应与岩样破裂形态,验证了暂堵产生复杂缝网结构的可行性,明确了在不同应力差条件下的暂堵后裂缝起裂规律;同时采用ABAQUS软件黏结单元模拟裂缝的起裂与扩展,研究了不同水平应力差、不同偏转角下暂堵转向压裂裂缝扩展规律。研究结果表明:水平应力差对初次裂缝与暂堵转向裂缝的开启与扩展均具有显著的影响,水平应力差越小时,一次和二次压裂时岩样的破裂压力就越大,岩样越不容易被压碎。裂缝扩展阻力的不断增加,提升了缝内净压力与裂缝宽度;相交缝二次扩展后开启的新裂缝与一次压裂夹角越小,新裂缝扩展效果越好。该研究对威远地区现场压裂和缝网形态预测具有一定的理论指导和借鉴意义。

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。

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。

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。

福山油田绳结暂堵转向压裂工艺

海南福山油田储层主要特点薄互层发育,油层厚度小,隔层泥质含量高,使用可溶球和颗粒暂堵剂实现层间暂堵转向,存在暂堵压力响应不明显,颗粒暂堵剂堵塞压裂泵车柱塞阀的问题。通过对暂堵材料、暂堵工艺的改进,使用新型绳结暂堵球,取代了以往的可溶球和颗粒暂堵剂;同时在室内开展了薄互层射孔优化、携砂液对孔眼冲蚀规律分析、绳结暂堵球直径大小和数量与射孔孔眼的匹配研究,形成了适应福山油田储层特征的绳结暂堵转向压裂工艺。经福山油田应用17口井27层,暂堵转向有效率82%,单井平均日增油4.28 t/d,取得较好增产效果。该工艺进一步提高了薄互层压裂改造效率,具有良好的推广应用价值。

大庆致密油缝内暂堵转向用暂堵剂优选评价

缝内暂堵转向压裂是目前低渗及致密储层主体改造工艺之一,通过缝内暂堵转向可有效增大人工裂缝泄油面积,提高单井产量。暂堵剂性能是影响缝内暂堵转向压裂施工效果的决定性因素,为此收集包含水溶性、油溶性等多种类型暂堵剂,通过开展室内实验,系统评价各种类型暂堵剂的暂堵强度、返排性能、黏附能力及溶胀性能四个指标。实验结果表明:水溶性暂堵剂的黏附能力、流变性能、溶胀能力均与其暂堵强度有较强的相关性,暂堵强度越好,黏附能力、流变性能以及溶胀能力越优秀,而油溶性暂堵剂黏附能力、流变性能、溶胀能力与其暂堵强度相关性弱。根据评价实验结果优选了大庆致密油储层压裂用暂堵剂,并分别在致密油Ⅰ类和Ⅱ类区块开展了现场试验,暂堵压力响应明显,且压后长期生产效果显著,较对比井产油强度提升17.8%~67.8%,取得了较好的增产效果。

深层油气藏暂堵转向高效改造增产技术及应用

针对深层油气藏埋藏深、高温高压、低孔低渗、非均质性强等特点,提出采用暂堵分层分段与转向的改造工艺提高储集层动用程度,实现高效改造。研发了耐高温、高强度、可降解纳米酯类系列暂堵材料,开展模拟实验验证改造方法的可行性并对暂堵材料进行性能评价,最终形成了基于化学方法的暂堵转向高效改造增产技术,解决了高温高压深层油气藏机械工具分层分段改造风险大、施工成本高的问题。该技术已在中国10个深层油气田规模应用211井次,平均单井增产是常规技术的3.5倍。该技术的应用提高了储集层动用程度与改造效果,同时降低了施工难度和改造风险,大幅削减了分层分段改造施工成本。

暂堵重复压裂转向技术研究进展

介绍了机械转向、化学转向和纤维转向三大类暂堵重复压裂转向技术的优缺点。讲述了堵球转向、最大压差及注入速率转向、连续油管转向和封隔器转向的机理和存在的问题,概括了机械转向的特点;介绍了化学微粒转向、泡沫转向、聚合物转向和VES转向酸的发展历程,以及最新纤维转向的机理和最新的发展情况,并对暂堵剂未来的发展方向进行了探讨。

新型水溶性暂堵剂在重复压裂中的暂堵转向效果

重复压裂是恢复油井产能、提高最终采收率的重要方式之一,目前最有效的重复压裂方式是暂堵剂的转向压裂改造。采用可生物降解材料、高分子量聚合物、膨胀剂和固化剂合成了一种环保型水溶性暂堵转向剂,该暂堵剂颗粒尺寸可根据裂缝宽度定制,水溶性良好,压裂施工结束后4 h可水溶降解;岩心实验表明,该水溶性暂堵剂岩心封堵效率可达99%以上,承压40 MPa以上,且水溶降解后对岩心的伤害较小,满足重复压裂施工各项指标的要求。现场试验1口井,施工过程中加入暂堵剂后施工压力上升3 MPa,起到了良好的暂堵效果,压后增油量为1.1 t/d,含水率下降5%,说明该压裂模式能够起到恢复油井产能、降低含水的目的。

宽带暂堵转向多缝压裂技术在苏里格气田的应用

为了提高水平井裸眼滑套-封隔器完井、套管固井完井、桥塞分段多簇压裂等施工过程中分级压裂多缝封隔的可靠性,在实验室条件下对暂堵材料进行了分散性测试、降解性分析以及抗压破碎能力评价,并将宽带暂堵转向多缝压裂技术在苏里格气田进行现场应用,取得了较好的转向效果。应用结果表明,采用宽带暂堵转向多缝压裂技术,减少了桥塞、封隔器相关的操作,减少了电缆入井次数,降低了施工风险,提高了施工效率;同时,利用压裂产生的多条裂缝或裂缝网络与气藏富含区域连通,增加了裂缝的长期导流能力,对比同区块水平段长度及钻遇条件相当的水平井,试气无阻流量提高21.1%,投产1年,平均单井累产气量增加3.24×10^6 m^3。暂堵剂与纤维在气田储层温度在90~120℃范围内可实现10 d以内完全降解,完全符合安全环保生产要求。

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。

页岩气水平井段内多簇缝口暂堵转向压裂数值模拟

受页岩储层非均质性和多簇裂缝间的强干扰作用,分段多簇压裂裂缝难以同时起裂扩展,导致部分裂缝难以达到设计的有效尺度,严重制约了水平井压裂增产效果,为此,多簇裂缝非均匀扩展调控成为提高页岩气开发的关键。考虑分簇裂缝间的干扰效应,应用暂堵球封堵射孔孔眼后各簇裂缝流量的动态计算方法,建立了页岩气水平井段内多簇暂堵转向压裂裂缝动态扩展模型,实现了对暂堵前后分簇裂缝扩展形态的动态模拟。实例计算分析结果表明缝口暂堵转向工艺可实现多簇裂缝均匀延伸的目标。通过井下分布式光纤监测,暂堵前现场监测与模型计算结果的平均相对误差为14%,暂堵后的平均相对误差为13%,二者具有良好的一致性,证实了该模型的准确性,为暂堵压裂设计提供技术支撑。

低渗透水平井暂堵转向重复压裂技术及现场应用

针对人工裂缝与井筒夹角较小和固井质量差导致无法机械分隔的两类需进一步改进的水平井,大庆油田开展了暂堵转向重复压裂技术研究。通过开展转向剂性能评价实验,优选了两种重复压裂模式下所采用的转向剂,建立暂堵转向物理模型,形成了相应的施工参数优化设计方法,配套了双封单卡和大规模单卡两种重复压裂工艺管柱。共开展了9口水平井的暂堵转向重复压裂现场试验,取得了较好的增产效果,有效延长了以上两类水平井的生产周期。

胡尖山油田A17区块暂堵转向压裂技术研究

A17油藏低孔、低渗,物性差,非均质性强,储层裂缝发育,重复改造时,主向油井极易沟通对应注水井,导致油井水淹,区块内产量和压力分布严重不均,部分侧向油井长期不见效,区块油井整体处于低产低效状态。通过研究缝内转向压裂技术,先向地层内挤注暂堵剂,主要是增加高渗带流动阻力,对高渗带进行封堵,使后续的压裂能量能够在低渗含油区改造形成新的裂缝,提高低渗区的泄油面积,同时避免沟通主向方向的注水井,提高单井产能,为进一步提高其他三叠系油藏压裂技术研究提供了宝贵经验。

基于坐封受力模型的暂堵球封堵效果影响因素与参数优化

暂堵球在射孔孔眼及压裂裂缝中的坐封状态影响其封堵稳定性,暂堵球封堵效果决定暂堵转向压裂技术的成败。通过建立暂堵球坐封受力计算模型,研究了压裂液排量、密度、暂堵球及孔眼参数对暂堵球坐封受力状态及其封堵效率的影响,实验模拟了不同射孔参数、压裂排量及暂堵球/压裂液性能对封堵效果的影响。结果表明:暂堵球受拖拽力、脱离力及持球力随压裂液排量的增加而增大,暂堵球更易坐封;压裂液及暂堵球密度对暂堵球坐封封堵效率影响不大;暂堵球粒径大于孔眼直径时,暂堵球坐封封堵效率随粒径增加而增大,当暂堵球直径小于孔眼直径时,暂堵球不容易坐封;射孔孔眼数增加影响暂堵球坐封封堵效率。实验评价暂堵球最佳直径为9.0 mm,最佳泵送排量大于4.0 m^(3)/min时,有助于提高暂堵球坐封成功率,增强暂堵压裂设计的可靠性。

多级暂堵转向重复压裂技术探索及在河南油田的应用

重复压裂改造是维持老井产能的一种重要手段,但随着重复压裂次数增多,增油效果和有效期大幅度下降。暂堵转向重复压裂可以在老缝中实现新的裂缝,沟通更大的泄油面积,从而提高油井产量。结合河南油田重复压裂改造实际需要,根据裂缝转向机理物模实验,认识了转向裂缝的造缝延伸机理。实验结果表明,重复压裂裂缝以沿老缝延伸为主,实现老缝强制转向的地应力差界限为8 MPa。现场试验效果表明,评选出的高强度、低伤害裂缝转向剂,成功实现了裂缝的多级转向,应用效果较好。

致密储层缝内暂堵转向压裂工艺技术

随着油气田勘探开发的不断深入,非常规致密油气藏已经成为油田增储上产的主要研究对象,该类型储层渗透率低(<0.1×10^(−3)μm^(2))、两向应力差值大(>10 MPa),单纯依靠大排量、大液量改造以形成缝网的难度较大,需通过缝内暂堵转向压裂技术进一步增大净压力,提高裂缝复杂程度。暂堵剂类型的优选和用量设计是决定复杂缝网形成的关键,进而影响压裂井的改造效果。优选水基温控溶解型暂堵剂,综合考虑了暂堵剂封堵厚度、动态裂缝高度、微裂缝条数及宽度等参数,形成了暂堵剂用量设计方法。现场共计应用了11口井37层,其中28层投放暂堵剂后等排量下压力上涨0.5~7.0 MPa,有效率达到75.7%,实现了缝内暂堵转向造缝网的目的,为后期致密储层改造提供了理论依据,实现了致密油气藏的有效动用。

普光气田碳酸盐岩储层暂堵转向酸压技术

普光气田主体气藏属超深层、高含硫、中孔、低渗透构造-岩性气藏,主要含气层为三叠系飞仙关组、二叠系长兴组,产出剖面显示部分层段未动用或动用率低。暂堵转向酸压技术可改善产气剖面,提高储层动用程度,普光气田拟采用该技术。目前微地震监测技术虽对暂堵压裂裂缝转向及其扩展规律进行了定量分析,但受信号干扰误差较大。本文应用真三轴模拟实验装置,采用与储层物性类似的露头岩心,加载与实际储层对应的三向应力,采用自主研发的可降解酸压暂堵剂和高温清洁转向酸体系进行酸压暂堵转向实验。由露头暂堵酸压实验可知,转向酸作为压裂液明显有利于复杂裂缝的形成,加入暂堵剂后,起裂压力增加了5~10MPa,且明显有新裂缝出现,表明暂堵剂暂堵效果显著。由暂堵酸压现场试验可知:在暂堵剂进入储层阶段,暂堵剂最高暂堵压力为66.13MPa,比未注入暂堵剂的最高施工压力高了近20MPa,表明暂堵剂在不断压实并封堵高渗层;在转向酸进入储层阶段,施工压力波动明显,表明转向酸向低渗层转移并不断开启新裂缝,与前期露头岩心暂堵酸压实验结果类似,验证了暂堵转向酸压技术的可靠性。

页岩暂堵转向压裂水力裂缝扩展物模试验研究

暂堵转向压裂是提高页岩储层重复压裂缝网改造效果的重要手段,然而该压裂工艺对页岩水力裂缝扩展规律的影响机理尚不明确。因此,基于室内真三轴压裂物模试验,研究页岩暂堵转向压裂裂缝起裂与扩展规律,分析地应力及注入速率等因素对水力裂缝延伸行为的影响,并通过油藏改造面积(SRA)定量表征暂堵转向压裂缝网改造效果。结果表明,暂堵剂可有效封堵初始裂缝,憋压促使水力裂缝发生缝内转向或激活原生天然裂缝系统,提高页岩缝网复杂程度;根据最终水力裂缝形态展,可划分为4种基本类型,包括台阶状缝、激活天然弱面的横切缝、简单多裂缝以及复杂多裂缝网络;不同地应力差异条件下暂堵机理及裂缝延伸规律不同,当水平应力差小于12 MPa时,暂堵剂通过封堵近井筒初始张开的原生层理或天然裂缝,诱导产生与天然裂缝斜交的二次裂缝,当应力差高于15 MPa时,近井筒天然弱面难以激活,暂堵剂通过封堵垂直井筒的初始横切裂缝,诱发形成平行多横切裂缝;增大注液排量可以提高多裂缝形成几率及裂缝沟通面积。