非常规储层压裂支撑剂多级裂缝运移和沉降规律

水力压裂过程中支撑剂在裂缝中有效填充是形成高导流裂缝通道的关键。目前,关于支撑剂在裂缝中运移与沉降规律的研究方法多为物理实验或数值模拟,且主要聚焦支撑剂沉降结果,对支撑运移和沉降机理的研究较少。为进一步揭示支撑剂在裂缝中的运移和沉降规律,采用实验与数值模拟结合的方法探究了支撑剂尺寸、注入速度以及压裂液黏度对支撑剂在单一与交叉裂缝中的运移沉降行为的影响。研究结果表明:①支撑剂尺寸主要通过对沉降角的影响决定颗粒运移的分布,支撑剂尺寸越大,颗粒沉降角越大,运移距离越短;②注入速度对砂丘形态影响较大,当注入速度从0.2m/s增加至1.0m/s时,单一裂缝内砂丘有效支撑面积比和最大高度都明显降低,而分支缝内砂丘有效支撑面积比增加34.3%,表现出与单一裂缝中相反的变化趋势;③压裂液黏度主要影响流体携砂能力,随着压裂液黏度增加,主裂缝内砂丘有效支撑面积比降低8.4%,砂丘最大高度下降6.1cm,而在分支裂缝内表现为先增加后降低。结论认为,分支裂缝与主裂缝内支撑剂运移受施工因素影响往往表现出不同变化规律,该研究成果将进一步完善了水力压裂相关理论认识,同时为压裂现场施工设计优化提供了理论支撑。

致密砂岩储层支撑剂优选研究--以临兴神府区块为例

为了降低水力压裂对致密砂岩储层进行改造的成本,更好地释放临兴神府区块储层产能,首先采用HXDL-2C支撑剂长期导流能力评价系统装置开展了支撑剂导流能力评价实验,主要研究了闭合压力、铺砂浓度、石英砂粒径和不同粒径组合、石英砂和陶粒组合比例对支撑裂缝导流能力的影响,然后结合文中提出的支撑剂优选原则和数值模拟研究来指导临兴神府区块太2段储层在压裂施工时进行的支撑剂优选工作。结果表明,闭合压力的增加会导致支撑剂导流能力减小;闭合压力一定时,导流能力随铺砂浓度增加而增大;不同粒径支撑剂组合,导流能力随小粒径支撑剂比例的增加而减小;石英砂和陶粒支撑剂组合,随陶粒所占比例的增加导流能力增大。在以上研究基础上,优选出石英砂(20/40目)∶陶粒(20/40目)=1∶1的组合比例在铺砂浓度为4 kg/m 2的条件下进行太2段储层压裂施工时,增产效果较好。

庆城夹层型页岩油地质工程一体化压裂技术

针对庆城夹层型页岩油储层物性致密、原始油藏压力系数低和湖相沉积非均质性强的特点,采用大型物理模拟试验、水平检查井取心观察和微地震频度与震级分析等方法,明确了裂缝系统以人工主裂缝为主、支/微裂缝为辅;根据细分切割裂缝思路,采用桥塞/球座分段多簇射孔联作工艺为主体技术;从地质工程甜点综合特征出发,优化布缝策略、段簇组合和簇间距;基于限流压裂原理,采用暂堵控制多簇裂缝扩展,以大量现场压裂资料为样本集,优化压裂关键参数;根据压裂对缝网导流能力的需求,优化压裂液和支撑剂的粒径组合。通过上述研究,形成了庆城夹层型页岩油地质工程一体化压裂技术。庆城页岩油区块的180口水平井应用页岩油地质工程一体化压裂技术完成4590段压裂,压裂后单井初期产量达到了14.5 t/d,第1年产量递减率降低10百分点以上。研究和现场应用表明,页岩油地质工程一体化压裂技术可以实现油藏与裂缝的匹配,有效支撑了庆城页岩油百万吨级产能建设,为陆相页岩油资源高效动用和效益开发提供了技术支持。

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。

组合粒径+滑溜水携砂铺置规律及导流能力——以吉木萨尔页岩油储层为例

为了解决页岩油组合粒径+滑溜水的支撑剂加砂工艺中裂缝有效支撑差、导流能力弱的问题,建立支撑剂粒径分布的稠密离散相模型(DDPM),研究压裂主缝中组合粒径支撑剂加砂运移及铺置规律,并基于运移规律模拟结果,开展劈裂页岩岩板组合粒径不同铺置模式下的室内导流能力评价。结果表明:滑溜水携砂液体系下,裂缝内支撑剂叠置铺置时,后注入的支撑剂叠置于先注入支撑剂的顶端,且先注入的支撑剂会被后续注入的支撑剂向远端推移一定距离;组合粒径中粒径配比差异对于支撑剂运移形成的砂堤形态影响较小;大粒径组合逐级注入的方式更利于支撑剂在近缝口和裂缝内垂向铺置;在低闭合压力(p≤40 MPa)、铺砂浓度5 kg/m^(2)条件下,沉降铺置方式最利于提高裂缝导流能力,其次为混合铺置,分段铺置方式最差;高闭合压力下(p>40 MPa),铺置方式对裂缝导流能力影响较弱。综合支撑剂运移模拟和导流能力评价结果,建议吉木萨尔页岩油组合粒径加砂工艺采用逐级注入的方式,并保证组合粒径中大粒径拥有较大配比。

支撑剂嵌入及对裂缝导流能力损害的实验

对于岩石较软的地层,在压裂过程中的支撑剂嵌入会降低压裂充填后的裂缝宽度,同时嵌入区地层碎屑也会损害支撑剂充填层的导流能力,因而有必要对支撑剂的嵌入进行研究,并为压裂施工中的支撑剂优选提供依据。为此,运用API标准导流室和基于API标准导流室自行研制的测试仪器,对地层岩心的支撑剂嵌入情况进行了实验研究,并在支撑剂嵌入的基础上,考虑了地层碎屑对裂缝导流能力损害的影响。在国内首次对支撑剂嵌入后的岩心进行了微观分析,更加直观地反映了嵌入程度和嵌入状态。实验考察了不同铺砂浓度、不同压力下对不同岩心的支撑剂嵌入情况。实验表明:由于支撑剂的嵌入,会使支撑裂缝宽度有较大程度的减小;铺砂浓度越低,地层岩石越软,嵌入越严重。还模拟了支撑剂嵌入后不同碎屑浓度对同一种岩心的导流能力伤害程度,并发现在嵌入后的碎屑达到一定浓度后会直接堵塞孔道。

支撑剂嵌入对裂缝长期导流能力的影响研究

运用FCES-100长期裂缝导流仪,在国内首次进行了地层岩心的支撑剂嵌入实验研究,考察了不同类型支撑剂、不同铺砂浓度对不同岩心的嵌入程度以及对导流能力的伤害程度。找到了影响支撑剂嵌入的主要因素和规律,并提出了克服支撑剂嵌入这一不良影响的有效方法。通过实验发现由于支撑剂的嵌入会使导流能力产生很大程度的下降;铺砂浓度越大,嵌入对导流能力的伤害程度越小;只有当闭合压力达到一定值时,嵌入的伤害才表现出来;铺砂浓度对导流能力的影响也很大,铺砂浓度增大一倍,导流能力将成数倍增加;在相同地层条件下,支撑剂在砾岩中的嵌入最为严重,泥岩其次,粉砂岩最小。文中还根据实验结果回归出了导流能力随闭合压力以及随时间变化的关系表达式,可以用来预测支撑裂缝导流能力的衰减趋势,对现场压裂有一定的指导意义。

煤岩对压裂裂缝长期导流能力影响的实验研究

煤层中一般都伴有煤层气,通过压裂可以将煤层气释放出来,一方面能够获得清洁能源,另一方面可以提高煤田的安全开采。煤岩层自身特点决定了其在压裂中应用的实验评价方法及结论应具有特殊性,本文主要针对煤层气井的煤岩层压裂裂缝长期导流能力进行实验评价研究。实验表明,与砂岩地层不同,煤岩的硬度较小,压裂中支撑剂嵌入情况较严重;煤岩易破碎,碎屑颗粒充填到支撑剂中;同时支撑剂存在破碎及吸附伤害等,多种作用导致支撑裂缝的导流能力降低。实验中,以煤岩层闭合压力为一个重要的参数,实验对比分析了在不同闭合压力下,铺砂浓度、支撑剂粒径、支撑剂种类及组合的选择、支撑剂颗粒的破碎与嵌入、压裂液残渣等因素对煤岩层导流能力的影响。本文的实验结论为,嵌入对煤岩层支撑裂缝的导流能力伤害很大,加大铺砂浓度、采用低破碎率支撑剂、降低压裂液伤害能在一定程度上提高煤层裂缝的导流能力,但影响程度随闭合压力的增加而逐渐降低。本文所得出的结论对今后煤层气的开发及设计施工具有一定的指导意义。

支撑剂嵌入程度的实验研究

基于API标准导流室,自行研制了一套支撑剂嵌入程度测试分析系统,对地层岩芯的支撑剂嵌入程度进行了实验研究.对支撑剂嵌入后的岩芯进行微观分析,更加直观地反映了嵌入程度和状态.实验考察了不同铺砂浓度、不同应力下对不同岩芯的支撑剂嵌入情况.通过实验分析出由于支撑剂的嵌入,会使支撑裂缝宽度有较大程度的减小;闭合应力越大,铺砂浓度越低,地层岩石越软,嵌入越严重.

压裂液残渣及支撑剂嵌入对裂缝伤害的影响

运用ZCJ-200型导流能力试验装置测试了3种不同压裂液在相同支撑剂类型、铺置浓度、不同闭合压力下对支撑剂充填裂缝导流能力的伤害程度;用蒸馏水作为介质测试了2种支撑剂在不同闭合压力及不同温度下对导流能力影响的差别。通过研究不同压裂液对支撑缝的伤害程度,发现残渣对支撑缝的伤害程度影响显著,应选择低残渣压裂液;对同一种体系,闭合压力升高会导致导流能力、渗透率的降低,通过对两者与闭合压力的关系表达式,总结出其衰减规律;支撑剂颗粒大小、温度变化对导流能力都有很大影响。

脉冲柱塞加砂压裂新工艺及其在川西地区的先导试验

加砂压裂一直在追求支撑剂的更好铺置，从而形成更长的有效裂缝和更高的导流能力，但是常规工艺总是难以令人满意。在理论分析、PT软件模拟、基础实验及创新性物模实验研究的基础上，通过特殊的泵注程序及纤维、液体等辅助工程手段，研发了一种脉冲柱塞加砂新工艺。该新工艺形成的开放性渗流通道铺砂剖面较之常规工艺在有效缝长和导流能力上具有明显优势，开放性渗流通道有助于改善裂缝清洁度、降低人工裂缝的压降，从而达到延长单井采油气寿命、提高产能效益的目的。在完成原理研究及新工艺优化设计的基础上，进行了现场先导应用与详细的压后评估。结果表明：该工艺可操作性强、实施可行，与地质条件相当的邻井相比，支撑剂成本降低44％～47％、有效缝长与支撑缝长的比值提高约16％，测试18h返排率高达63％、归一化产量是邻井的1．9～2．3倍，降本增效、提高产量效果明显。该技术在四川盆地川西地区浅中层砂岩气藏及页岩气藏的开发中具有推广价值。

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。

支撑裂缝导流能力影响因素实验研究与分析

支撑剂性能好坏直接影响支撑裂缝的导流能力,影响支撑剂性能的因素很多,除了支撑剂自身因素外,外界环境因素也不容忽视。从实验角度研究分析了支撑剂强度、粒径及粒径组合、铺砂浓度、闭合压力、温度和时间、支撑剂嵌入、地层微粒和压裂液残渣对导流能力的影响,实验结果对正确评价支撑剂性能以及合理选择支撑剂具有一定的参考价值。

预防支撑剂回流的纤维增强技术实验研究

支撑剂回流对压裂井有着不利影响,油气田上提出了多种方法来消除或减少支撑剂的回流,其中以纤维增强支撑剂技术最具发展潜力。通过配伍性实验,从5种纤维材料中筛选出了在压裂液中分散性好、不影响压裂液性能的纤维材料A样。把A样纤维和支撑剂混合后,进行了不同闭合压力、不同压裂液粘度和不同纤维浓度的支撑剂充填层稳定性测量实验,并优选出合适的纤维加量为0.9%-1.2%。实验结果表明,加入纤维后,支撑剂充填层的临界出砂流速提高了10倍以上,明显增强了支撑剂充填层的稳定性,对预防支撑剂回流返吐非常有效;同时纤维对支撑剂导流能力的影响可以忽略不计,即不会降低压裂井的增产效果。

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。

预固化树脂覆膜砂的研究

开发了一种制备预固化树脂覆膜石英砂支撑剂的方法。石英砂加热至110～350℃，置于混砂机内搅拌。依次往石英砂中加入偶联剂、树脂和增韧剂。搅拌10～20s后，加入固化剂使其表面覆膜树脂开始固化。搅拌60～120S后，加入硬脂酸钙。继续搅拌60～180s后，覆膜石英砂颗粒流动自如。冷却、过筛即可得到树脂覆膜石英砂。讨论了树脂的种类和含量、偶联剂和增韧剂对石英砂表面光滑度、圆度、球度、密度、酸溶解度、破碎率及导流能力的影响。石英砂被覆膜树脂后同中密度的陶粒支撑剂（52MPa）相比，具有密度小、酸溶解度低、抗破碎能力强和短期导流能力好等特性。预固化树脂砂的价格和施工成本都比陶粒低，现场施工已证明。使用预固化树脂砂不仅提高了原油产率，而且延长了压裂后的时效性，是一种具有发展前景的压裂支撑剂。

树脂包覆支撑剂控制回流方法研究

近年来,为提高压裂效果,最大限度地挖掘油层产能,压裂施工规模逐步增大,加砂量和施工砂比也逐步提高。而压后生产过程中支撑剂回流井筒造成油井生产能力下降快及卡泵等现象越来越引起生产单位的重视。对支撑剂回流原因进行了分析,开展了可固结支撑剂的室内试验,开发了一种新型包覆支撑剂产品及包覆工艺,该产品可较好地满足稳定缝口、防止支撑剂回流且保持高导流能力的要求。

支撑剂嵌入对煤岩水力裂缝导流能力的影响

为了研究煤层气井压裂中支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响,应用FCES-100裂缝导流仪,针对不同类型支撑剂嵌入对煤岩裂缝导流能力的影响进行了测试.实验表明,与砂岩地层不同,煤层的硬度较小,在较小的闭合压力下压裂中支撑剂嵌入情况较严重,导致导流能力降低.10 kg/m^2铺砂浓度下,闭合压力为35 MPa时石英砂嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降36.4%,闭合压力为25 MPa时核桃壳嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降34.8%.当煤层闭合压力低于20 MPa时,应该优先选择核桃壳作为支撑剂 当煤层闭合压力高于25 MPa时,应优先选择石英砂作为支撑剂.所得出的结论对今后煤层气的研究工作及现场施工具有一定的指导意义.

苏里格气田细分粒径支撑剂导流能力评价及试验

苏里格气田主力气层必须要进行压裂才能获得有效的井口产能,而获得较高的压裂裂缝导流能力则是其关键所在,然而国内外现用的支撑剂导流能力评价标准中支撑剂的粒径划分范围较大,只有针对不同类型气层采用合理粒径支撑剂进行压裂改造,才能有助于提高改造效果,进一步提高单井产量。为此,以苏里格气田现用的多家陶粒支撑剂性能评价为基础,通过新的支撑剂粒径划分和筛选,对符合苏里格气田压裂用支撑剂进行室内实验,开展了不同组合方式下的裂缝导流能力评价,优化适合该区域不同储层条件的支撑剂及粒径,并开展现场试验,取得了较好效果,为提高储层改造针对性、改善压裂改造效果提供了新的方法。

覆膜支撑剂长期导流能力评价

压裂支撑剂的长期导流能力对油气井的压裂效果和压裂有效期具有重要影响。为了正确评价覆膜支撑剂作为压裂支撑剂的有效性,用裂缝导流仪首次在国内对覆膜支撑剂的长期导流能力进行了评价,并对实验后的样品进行了电镜观察。从实验结果分析中发现,覆膜陶粒支撑剂的长期导流能力早期随时间变化急剧降低,7d后变化趋缓,其值明显低于短期导流能力,而且长期导流能力比短期导流能力实验后的覆膜陶粒支撑剂涂层破坏明显;单涂层砂比双涂层砂长期导流能力效果好。