提高超深裂缝性储层改造体积技术研究及应用

超深储层天然裂缝对改造井产量影响大,但其发育形态复杂,动用天然裂缝提高改造体积,对改造技术要求高。结合储层天然裂缝发育特征,基于单弱面理论及摩尔应力圆强度准则分析,证明改造水力裂缝影响范围内的天然裂缝开启是动态变化的过程,提高人工裂缝缝内净压力有利于提高开启天然裂缝的比例。在超高闭合应力作用下,剪切滑移天然裂缝、酸液未处理或酸液处理的张性激活天然裂缝,可作为油气流动通道,流体通过能力有限。获得高强度支撑的张性开启天然裂缝具有较高导流能力,可与人工裂缝共同构成油气渗流主通道,是构成储层内部高效缝网的主框架、提高裂缝储层改造体积的关键。通过论证改造过程提高井底净压力对张性开启天然裂缝的作用,研究酸压及加砂复合改造技术、缝内暂堵措施、加重压裂技术及小粒径与组合粒径支撑剂相结合的技术措施,综合形成提高裂缝性储层有效改造体积技术,取得较好应用效果。研究对超深高应力裂缝性储层提高有效改造体积具有借鉴意义。

煤系烃源岩凝析气藏改造技术研究与应用

针对煤系烃源成藏的H凹陷凝析气藏部分储层与邻近煤层之间的隔层应力差较小、裂缝高度不易控制的改造难点，通过理论研究制定了用线性胶携带多级支撑剂段塞控制裂缝高度的工艺方法，改变以往采用下沉剂控制裂缝向下延伸的控缝高的技术思路。针对储层泥质含量较高易伤害的特点，优选了低浓度羧甲基羟丙基瓜胶压裂液体系，并在前置液阶段混5%~10%柴油进行乳化降滤，降低储层伤害。通过改变工艺措施和工作液方案，确保了加砂压裂施工成功率和压后效果。在H10井进行了先导性试验，分压3层，采用三级段塞加砂，单层最大加入20~40目陶粒支撑剂35 m3，砂浓度最高570 kg/m3（砂比35%），平均砂浓度478 kg/m3（砂比27.5%）。3层压前无产量，压后返排率48%，合层试气求产日产天然气4×104 m3，凝析油0.4 t/d。井温测试和模拟分析表明，缝高、滤失和多裂缝均得到了有效控制。该井加砂压裂改造先导性试验的成功实施，为同类储层改造提供了借鉴。

页岩储层支撑裂缝导流能力实验研究

为深入了解页岩储层支撑裂缝导流能力的大小及裂缝有效性,开展了支撑剂粒径、类型、铺置方式对导流能力影响的实验研究,并进行了循环应力加载模拟开、关井过程引起的地层应力波动对页岩储层导流能力影响的实验研究。结果表明:低闭合压力下,粒径越大,导流能力越高,随着闭合压力的增大,大粒径支撑剂导流能力下降迅速;支撑剂均匀铺置与完全混合铺置相比,前者导流能力较好;开、关井过程引起的地层应力波动对页岩导流能力的影响较大。以上因素的研究对压裂方案设计优化和现场施工具有一定的理论指导意义。

相国寺储气库储层微粒运移伤害实验研究及应用

储气库强注强采、反复注采的生产特征决定了储层特征在不断变化,使用常规方法难以准确评价微粒运移对储层的伤害大小。为了给储气库注采方案的科学制定提供实验技术支持,以碳酸盐岩裂缝-孔隙型储气库储层为研究对象,针对储气库实际生产,建立了一套基于生产特征的实验方法;采用岩心伤害评价仪、扫描电镜及浊度仪开展微粒运移对储层伤害的实验研究,定量分析驱替压差递增、波动、正反向的变化引起微粒运移对储层的损害大小。研究结果表明:①基于生产特征建立的实验方法,驱替方式为压差递增、波动、正反向,驱替压差1.5~10 MPa,实现了模拟实际生产全特征的实验评价;②碳酸盐岩裂缝-孔隙型储气库储层微粒运移的第一临界压差4 MPa,第二临界压差8 MPa;③驱替压差波动更容易使前期堵塞孔喉的微粒发生进一步运移,产生自然解堵或新的堵塞,4~8 MPa的驱替压差产生解堵的效果,8~10 MPa的驱替压差产生新的堵塞;④驱替压差方向的变化,可使微粒在喉道及孔隙中来回振荡,使部分大微粒破碎成小微粒进而运移出,使储层渗透率在一定程度上得到改善,缓解储层的伤害。结论认为,碳酸盐岩裂缝-孔隙型储气库在注、采过程中控制一定的生产压差,不但能够满足生产需要,而且减小地面设备负荷,同时能有效缓解由于微粒运移导致的储层伤害。

实验设备可靠性管理探索与实践

油气井增产技术实验室持续开展提质增效专项行动,通过强化设备运维管理,提高实验技术水平,开展升级改造,线上数字化管理,利用“三点一线法”来提高实验设备可靠性。实践证明,基于人员、设备、技术、“互联网+”的实验设备管理,极大地提高了实验设备的可靠性,保障实验数据准确。

液态CO_2驱替对岩心渗透率影响实验研究

选取苏里格气田的2块岩心,借助扫描电镜分析、X-射线能谱分析和全岩X-衍射分析手段,开展了饱和地层水条件下液态CO_2对岩心渗透率影响的研究。研究结果表明,引起岩心渗透率损害的原因有:岩心中微粒及黏土矿物发生运移导致孔喉堵塞;孔隙空间被岩石吸附的CO_2占据;CO_2与地层水中的Ca^(2+)发生化学反应,生成了难溶的CaCO_3垢。

CO_(2)密闭混砂装置清砂参数优化及现场试验

为了促进CO_(2)干法加砂压裂技术的配套与推广应用,针对CO_(2)干法加砂压裂施工结束后,核心装备CO_(2)密闭混砂装置罐体内剩余陶粒砂清理困难,清理效率低下,清理过程存在安全风险的问题,开展了清砂方式改进、风送清砂装置研制以及清砂参数优化等方面的研究工作,并进行现场试验。结果表明:1)自动化清砂方案通过设计气驱与输砂螺旋结合的清砂流程,配合专门研制的风送清砂装置,相比负压清砂方案,清砂速度提高了225%,纯清砂速度提高了165%;2)自动化清砂方案可实现人不进罐清砂,将陶粒砂直接输送至砂罐车,通过CO_(2)密闭混砂装置远程控制清砂过程及参数,清砂工作条件大大改善,符合安全化生产要求;3)大大减小清砂劳动强度,无需拆装人孔法兰,清砂人数由之前的4~6人减少至2人;4)优选出最佳清砂参数,即输砂螺旋转速为45 r/min,补压阀开度为25%,风送清砂装置为2档位。以上成果认识,对CO_(2)干法加砂压裂施工完成后的罐体高效清砂作业具有一定的指导意义。

页岩储层水力裂缝网络多因素耦合分析

为优化压裂设计、提高页岩储层的改造效果,基于室内真三轴水力压裂模拟实验、现场压裂实践和理论分析的方法,从页岩绪层岩石的脆性指数、水平应力差、天然裂缝的力学特征和发育程度、液体黏度和施工参数等方面分析了页岩储层压裂形成缝网的受控因素。结果表明:页岩储层的水力裂缝网络发育程度受到地质因素和工程因素的双重作用;从储层地质因素上看,岩石的脆性指数越高、天然裂缝越发育、天然缝胶结程度越差,越有利于形成缝网;从压裂作业的因素看,压裂液黏度越低以及压裂规模越大,越有利于形成充分扩展的缝网。在分析单个因素的基础上,建立了多因素耦合的缝网发育指数来表征页岩储层水力裂缝网络发育程度,并用于评价页岩储层压裂后水力裂缝的复杂程度。

考虑支撑剂及其嵌入程度对支撑裂缝导流能力影响的数值模拟

目前支撑剂粒径、铺置浓度、嵌入程度对裂缝导流能力的影响主要为实验研究,缺乏相应的理论计算模型研究,而理论计算模型会促使压裂方案设计更加合理、可靠,增加施工的成功率,达到预期的改造效果。为此,根据Carman-Kozeny公式,建立了一种考虑支撑剂在岩石表面嵌入的支撑裂缝导流能力数值计算模型,利用实验数据对理论模型进行拟合校正,并通过校正后的理论模型计算了20～40目、30～50目和40～70目支撑剂在不同铺置层数、不同嵌入程度条件下的裂缝导流能力,分析了铺置层数、嵌入程度对导流能力的影响。结果表明:支撑剂粒径越大、铺置层数越多,裂缝导流能力越大;在单层铺置情况下,嵌入程度对导流能力的影响较大,嵌入程度从0增加到33%,导流能力降低85%。所建立的模型为致密油、页岩气等不同类型储层的粒径优选、砂比优化提供了参考和依据,也为后续考虑支撑剂嵌入的相关软件研究提供了理论模型。

页岩气水力压裂裂缝缝网完善程度概论

受页岩气实际储层条件和施工工艺技术的限制,相同或相近的改造体积内的人工裂缝网络分布状态千差万别。仅用改造过的页岩气藏体积(SRV)进行改造效果的表征和评价,有可能导致评估认识上的偏差甚至错误。为此,利用人工裂缝扩展数值模拟技术和产能数值模拟技术,研究了人工裂缝和天然裂缝的空间分布状态、改造过的页岩气藏内部的压力状态和采出程度,提出了页岩气缝网、理想缝网、页岩缝网完善程度3个概念。研究成果表明:(1)在开采结束时,各目标区域根据被改造过页岩气藏内气体采出程度和生产时间,可以划分成"改造相对完善区""改造过渡区"和"改造不完善区"等3类;(2)缝网最终形态参数和储层特性是影响缝网完善程度的两个主要因素,对于特定的气藏在井眼轨迹给定的情况下,人工裂缝的方向、长度、导流、高度和空间位置是影响页岩气缝网完善程度主要因素。结论认为,页岩气水力压裂裂缝缝网完善程度理论的提出,丰富了页岩储层改造技术理论体系,对致密油气等其他非常规储层裂缝系统的表征也具有借鉴作用。

一种考虑长期导流的人工裂缝参数优化方法

无因次支撑指数法在人工裂缝参数优化时未考虑裂缝导流能力随时间变化对压裂井产能的影响,因此优化结果在实际生产时并非最优。结合支撑剂的长期导流实验结果,将无因次支撑指数法中的裂缝宽度和渗透率转换为时间变量的函数,并对无因次支撑指数法进行时间积分,求取最大的无因次累计生产指数,作为最优的裂缝参数优化结果。由于该方法引入了时间变量,考虑了支撑剂导流能力随时间的变化,因此较无因次支撑指数法更符合实际。研究结果表明,针对低渗、特低渗储层,在考虑长期导流能力的情况下,优化结果所需缝宽更大,支撑剂铺置浓度更高,改变了以往低渗、特低渗储层对人工裂缝导流能力要求不高、尽量造长缝的观点,对提高单井压后增产有效期和压后效果有重要意义。建议对特定区块开展有针对性的铺置浓度对支撑剂长期导流能力的影响规律研究,为无因次累计生产指数法的应用提供可靠的基础数据。

CO_2干法压裂液体系的研究与试验

为提高低压、低渗透、强水锁/水敏伤害致密砂岩储层压后产量，开展了CO2干法压裂液体系的研究。采用分子模拟技术，研究液态CO2与提黏剂分子间微观构型，评价不同CO2提黏剂对液态CO2的提黏效果，优选提黏剂，并建立CO2干法压裂液体系配方。通过研究发现，在62～63℃、15～20 MPa条件下，CO2干法压裂液体系黏度提高至5～10 mPa·s，较超临界CO2的黏度提高240～490倍；对气井岩心渗透率平均损害率为2.75%，对油井岩心渗透率平均损害率为0.98%。该压裂液体系在苏里格气田成功进行了国内第1口CO2干法加砂压裂现场试验，增产效果明显。

二氧化碳压裂液研究及应用现状

二氧化碳压裂液包含二氧化碳泡沫压裂液和二氧化碳干法压裂液。对于广大低渗、低压、强水敏和水锁性油气藏,二氧化碳压裂液具有伤害小、破胶彻底、返排迅速等优点,展现出良好的应用前景。但与国外相比,国内相关研究起步较晚,并且由于二氧化碳泡沫压裂液具有酸性交联和两相流的特殊性,液态二氧化碳存在粘度太低的缺陷,造成目前国内二氧化碳压裂液体系还不够成熟。因此,认真总结国内外二氧化碳压裂液的研究及应用现状,对于指导今后二氧化碳压裂液的研究方向具有重要意义。

基于应力敏感常数的致密砂岩储层应力敏感性评价研究

利用渗流应力耦合拟三轴实验系统,针对华北、青海等区块共34块天然砂岩岩心展开应力敏感性测试实验。基于应力敏感常数对实验结果进行拟合,获得砂岩储层岩心应力敏感常数与渗透率的变化关系。结果显示,岩心应力敏感常数能够表征砂岩储层岩心渗透率的应力敏感特性,应力敏感常数越大,砂岩渗透率应力敏感性越强,且砂岩应力敏感常数随岩心渗透率的增大而减小。

考虑应力场变化的水平井压后产能计算方法——水平井井筒沿最小主应力方向

低渗、特低渗油气藏水平井的分段压裂产能模拟计算,一般不考虑储层应力变化对裂缝形态的影响,计算误差较大。将二维诱导应力场计算模型与预估的每段分压时间间隔相结合,计算已存在的人工裂缝对应力场变化的影响,预测后续压裂人工裂缝形态,并根据预测结果建立地质模型,采用三维三相黑油模型计算水平井压后产能,从而建立了考虑人工裂缝存在时应力场变化后的水平井分段压裂产能计算方法。结果表明,在考虑应力场变化时,人工裂缝形态会发生明显变化,由预期的横切裂缝,变成类似于"T"形的人工裂缝,且横切缝部分会远离预定的射孔位置。JM油藏实例分析得出,考虑8条横切裂缝存在时水平井产能与不考虑应力场变化时所计算的产能相比,5年末的累计产量相差5.6%,验证了进行水平井分段压裂产能计算时考虑实施过程中应力场变化的必要性。

压裂用水溶性暂堵剂的研究与现场应用

缝内转向压裂技术是在水力压裂过程中加入暂堵剂,在水力压裂主裂缝通道内暂时形成桥堵,产生升压效应,从而压开新的支裂缝或沟通更多微裂缝,增大油/水层泄流面积,实现油/水井的增产增注。暂堵剂是缝内转向压裂的关键技术之一,目前在用的大部分为油溶性暂堵剂,不太适用于高含水油井及注水井。本文研制出一种水溶性压裂暂堵剂WSA,对其性能进行了研究,并开展了六口井的现场应用,结果表明,水溶性暂堵剂WSA满足缝内转向压裂工艺要求,取得了良好的增产增注效果。

强水敏储层在线快速乳化压裂技术研究与应用

根据强水敏储层特点和压裂工艺要求,优选了快速乳化的乳化剂,研发了油水比为3∶7的柴油乳化压裂液体系。改进了柴油和基液的混合方式,采用在线混合、快速乳化、交联携砂,实现了在线快速乳化工艺,成功进行了加砂104.5 m3的大型压裂施工,压后取得很好的增产效果。该技术可以在类似强水敏储层中推广应用。

致密油水平井体积压裂产能影响因素

为了分析水力裂缝与天然裂缝对致密油储层体积改造后产能的影响,以新疆S油田储层物性、原油物性以及天然裂缝走向和密度等为基础,利用COMSOL with MATLAB混合编程建立了致密油水平井体积压裂后的复杂缝网模型;考虑基质与裂缝的应力敏感,模拟了致密油在储层基质、裂缝和水平井筒的全耦合流动,分析了不同裂缝长度80~140 m、不同裂缝间距10~40 m、不同天然裂缝密度0.5~2.5条/m条件下压后致密油储层产能的变化。通过与矿场数据对比,该模型准确性较高。同时,模拟发现压裂后储层中压力波及区域的扩展过程表现出较强的非均质性,分布在压裂区周围的天然裂缝有助于扩大储层改造体积;增加裂缝长度,减小裂缝间距,较高的天然裂缝密度均能提高油井日产量峰值和累计产量,模拟得到该区块的最优裂缝长度和裂缝间距分别为140 m和10 m左右。油井日产量提高的同时衰减速度加快,特别是较高天然裂缝密度的衰减速度约为较低天然裂缝密度时的4倍,天然裂缝密度和裂缝间距对产能的影响程度较裂缝长度更为显著。

支撑剂变形及嵌入程度对裂缝导流能力的影响

为了从理论分析的角度研究支撑剂变形及其嵌入程度对裂缝导流能力的影响,在考虑支撑剂之间及其与壁面接触变形的基础上,结合Carman-Kozeny公式,建立了闭合压力作用下支撑剂堆叠层数、支撑剂粒径以及岩石力学参数对支撑剂嵌入程度、裂缝渗透率及导流能力影响的数学模型,并通过实验数据验证其准确性。模拟结果表明:支撑剂堆叠层数和岩石力学参数是影响孔隙变化的主控因素,且堆叠层数越多,弹性模量越小,裂缝孔隙度越小,支撑剂变形导致的孔隙度减小是其总减小量的22%;相较于提高裂缝渗透率,增加裂缝宽度是提高裂缝导流能力的主要途径。

页岩储层导流能力影响因素新研究

支撑剂粒径、铺置浓度、嵌入程度对裂缝导流能力的影响是目前实验的主要研究方向。由于压裂工艺新技术的不断发展,更多影响因素不断出现,因此有必要对支撑裂缝导流能力影响新因素进行研究。使用创新设计的压力试验机首次开展了循环应力加载模拟开、关井过程引起的地层应力波动对页岩储层支撑裂缝导流能力影响的实验。实验结果表明:地层应力波动对页岩储层导流能力的影响较大。随着循环加载次数的增加,页岩储层裂缝宽度降低,支撑剂的破碎率开始上升明显,后来趋于平缓。该因素的研究对压裂方案设计优化和现场施工具有一定的理论指导意义。