基于离散元方法的拉链式压裂效果影响因素分析

井间应力干扰对页岩储层“井工厂”模式开发效果影响显著，致使储层改造结果与设计方案存在一定误差，准确分析和确定井间应力干扰作用下的裂缝扩展规律是当前一个亟待解决的问题。基于离散元方法建立三维拉链式压裂裂缝扩展模型，研究水平主应力差、压裂液排量以及井间距对裂缝扩展形态的影响，以及定量分析对裂缝总体积的影响程度。研究结果表明，井间距小于80 m，裂缝尖端易发生偏转，即井间距较小条件下井间应力干扰明显；各因素对裂缝总体积的影响程度主次顺序为：压裂液排量>井间距>水平主应力差，因此现场施工时主要调整压裂液排量来改善压裂效果；水平主应力差对裂缝总体积影响不显著，主要决定裂缝尖端偏转程度，水平主应力差小于6 MPa时裂缝易发生偏转而形成复杂裂缝网络，在此基础上增大压裂液排量到0.3 m³/s以及增加井间距到80 m，可使水力裂缝总体积从326.36 m³增大到482.75 m³，增大了47.92%。研究结果对优化水平井拉链式压裂工艺措施提供参考，对提高页岩储层采收率具有重要借鉴意义。     

深煤层水力波及压裂技术及其在沁南地区的应用

为提高深部煤层的煤层气产能,针对其地质特征提出了在深煤层实施多口直井同步水力波及压裂的技术思路。首先基于边界元位移不连续法建立了多裂缝诱导应力数学模型,模拟深煤层诱导应力场分布,分析水力波及压裂复杂缝网形成的可能性,然后采用离散元方法研究应力干扰的裂缝网络延伸情况及其影响因素,最后通过三轴压裂实验和现场应用效果验证了其可行性。结果表明:(1)水力波及压裂技术能增大应力干扰面积和应力干扰强度,促使水平主应力差的减小甚至诱导局部区域的地应力方向发生改变,有利于沟通煤岩中发育的面、端割理,从而形成大规模高效复杂的裂缝网络;(2)水力波及压裂有利于复杂缝网形成的条件包括较小的初始水平主应力差、低泊松比、较小井距、低压裂液黏度、高缝内净压力等;(3)真三轴物理模拟实验结果显示,水力波及压裂技术能够充分沟通煤岩天然裂隙,形成由人工裂缝、面割理和端割理组成的复杂裂缝网络。进而提出了一套深煤层多井同步水力波及压裂工艺优化设计方法,在沁水盆地南部柿庄北地区深煤层选取了5口直井进行先导性试验,裂缝监测及排采数据表明,水力波及压裂井产生的波及体积较大,裂缝网络复杂;较之于常规压裂井,水力波及压裂井不仅见气更早,产量、套压较高且稳定,而且所形成的区域压力降波及邻井,可大幅增加实施井及邻井产量。     

资阳须五段高密度体积压裂技术优化

四川盆地资阳须五段致密砂岩气藏具有储层非均质性强,改造体积不高、压裂适应性较差的特点,主要表现在加砂规模较小(20～60 m³),施工压力较高(50～82 MPa),压裂后产量不理想。基于裂缝扩展模型进行地质工程一体化分段分簇实现高密度完井,以大排量造缝携砂理念优化支撑剂铺置,配套双重暂堵转向工艺实现多簇裂缝的均匀扩展,提高裂缝对砂体的控制程度。结果表明,11.8条/100 m高密度布缝能有效提高储层平面动用程度,以2.73 m³/m高强度粒径组合铺置能构建高导流人工裂缝,运用“缝口+缝内”双重暂堵转向工艺可有效提高分簇有效性。该工艺现场应用后加砂规模提高到2 000～3 000 m³,综合砂液比提高到17.6%,横向覆盖率提高至91%,已实施井体积改造测试产量为邻井常规压裂的6～10倍,DF501HF井计算无阻流量46.5×10⁴ m³/d, EUR 0.78×10⁸ m³,增产效果明显,为深层须家河组气藏开发提供技术储备。     

束鹿页岩油密切割压裂技术——以SY302X井为例

为评价束鹿凹陷中洼槽沙三下段砾岩体致密油气藏，最大程度释放储层产能。钻探水平井SY302X井，水平段长1 160 m,储层钻遇率95.60%,为充分改造储层，在总结以往大型体积酸压改造经验的基础上优选无限级滑套的改造工艺，段间距缩短到10 m左右，可实现对水平段密切割压裂。该井使用140 MPa高压管汇撬、140型井口、5 500 m³储液池、连续输砂装置等设备，并完成26段压裂，单段最大液量达1 850.2 m³,单段最大加砂51 m³,全井累计泵注液体2.41×10⁴ m³,累计加砂956.6 m³。该井的顺利完成为束鹿凹陷非常规储层改造积累了宝贵经验，为后续改造指明了方向。     

东海低渗区压裂诱导应力分析及施工参数优化

考虑地层弹性模量、泊松比、地应力等参数,基于位移不连续理论、弹性理论,建立了诱导应力场数学模型,以东海低渗21-X井为例,开展了Abaqus数值模拟,分析了射孔角度、射孔排量、簇间距对裂缝转向扩展和诱导应力的影响,结果表明：随着簇间距的增大诱导应力增大,增大幅度呈平缓趋势,推荐簇间距为30～60 m;随着射孔排量增大,诱导应力差异系数范围逐渐增大,推荐射孔排量为5～6 m³/min;当射孔角度为0°时,裂缝长度最长,随着射孔角度增大,裂缝逐渐形成双翼型转向裂缝,且转向特征逐渐明显,推荐射孔角度为0°～30°;当水力裂缝偏转角<90°或天然裂缝偏转角≤45°时,水力裂缝尖端诱导应力差较小,甚至为负,从而阻碍裂缝转向作用力较小,有利于形成复杂缝网,达到增产上储的目的。     

大庆古龙页岩油密切割体积压裂工艺参数优化探索

为解决大庆古龙页岩油因其储层致密且层理缝发育缝高受限导致水平井增产困难的问题,探索青山口组Q9储层的有效动用程度,开展了密切割压裂工艺最大化提高储层改造体积研究,优化了密切割体积压裂工艺参数,将平均簇间距缩短至7 m,平均段间距52 m,可大幅提高页岩储层缝控程度;形成了以水平井16～20 m³/min大排量,冻胶造主缝和滑溜水造复杂缝网、石英砂中小粒径支撑剂组合和高强度加砂等为核心的大规模体积压裂关键技术,保证了主裂缝及各级层理转折裂缝有效支撑。现场试验表明,该技术能够显著提高水平井压裂效果,单井18个月累计产油量达10 969.3 m³,是前期水平井产油量的3倍以上。研究结果表明,水平井大规模密切割体积压裂技术可以有效解决致密页岩油储层难动用的问题,为大庆古龙页岩油高效开发提供了强有力的技术支撑。     

准噶尔盆地石炭系长直井段井网立体压裂参数优化研究

准噶尔盆地九区M井区石炭系油藏储层纵向跨度大、层多动用差、综合产能低,常规直井压裂技术难以实现区块高效开发.为增大改造体积和提高单井产能,基于工区储层物性特征和生产动态特征,建立了三维地质模型和三维地应力模型,通过水力压裂数值模拟分析,借鉴水平井体积压裂概念,提出了石炭系长直井段立体井网体积压裂设计方法,并分析了排量、...     

水力泵送桥塞分段多簇体积压裂技术在AP959井的应用

为了解决鄂尔多斯盆地致密油藏水平井压裂改造过程中单层改造规模小、压后裂缝形态单一、作业周期长等问题,提出了水力泵送桥塞分段多簇体积压裂技术。该技术利用水力泵送的方式将封隔桥塞推放到预定位置,通过多级点火装置进行多簇定位射孔,裂缝起裂位置准确,施工排量大,而且分段压裂级数不受限制。AP959井压裂微地震检测表明,分段多簇射孔、多簇同时起裂方式比单段射孔、单段起裂方式更利于利用应力干扰,形成复杂裂缝,与相同储层条件下的邻井相比,加砂总量增加1.5倍,单井产量提高50%,达到"体积压裂"的效果。     

页岩气水平井分段压裂优化设计方法——以川西页岩气藏某水平井为例

页岩储层需要水力压裂才能获得理想的产能,压裂时在追求较大改造体积的同时也应注重形成与储层相匹配的缝网导流能力,以提高改造体积渗透率。基于Warren Root模型,将压裂后形成的缝网考虑为高渗透带,利用等效渗流理论建立了等效高渗透带模型,在地质模型中利用体积及等效渗透率对压裂缝网进行表征,通过产能模拟并借助净现值理论对高渗透带长度、等效渗透率等参数进行优选,并以优选的高渗透带参数为目标,结合缝网模拟便可得到目标条件下的最优施工参数。针对川西页岩气藏某水平井使用该方法得到最优高渗透带长度为200～220 m,最优等效渗透率为4～5 mD。结合缝网模拟得到目标条件下的施工参数为：总液量为1 600 m³,总砂量为53 m³,平均砂比为10%,最高砂比为28%,施工排量为10 m³/min。该设计为页岩气储层改造作业提供了技术支撑。     

水平井体积压裂簇间距优化方法

簇间距是水平井分段多簇压裂设计过程中的一个重要参数。为了进一步提高致密储层水力压裂增产效果,沟通水力裂缝和天然裂缝形成复杂缝网,采用有限元数值模拟方法研究水平井缝网压裂的簇间距优化问题。通过建立均质各向同性储层内三维水力裂缝的诱导应力差模型,从降低应力影效应的不利影响和利用应力影效应的有利影响两个方面分别建立了最小簇间距优化模型和最大改造体积簇间距优化模型,结合裂缝转向机理确定最优簇间距优化原则。研究结果表明:(1)裂缝偏转角度越小,最小簇间距增大;(2)储层改造体积随着簇间距的增加先增大后减小,改造体积最大值所对应的簇间距即为最优簇间距;(3)同一裂缝流体压力条件下,主应力转向角度变化对最大改造体积簇间距的影响小。综合最小簇间距模型和最大改造体积簇间距模型,可以得出最优簇间距,该方法为低渗透储层缝网压裂时的裂缝优化设计提供了参考。     

马56区块致密油藏“缝控”体积压裂技术

马56区块致密油藏采用水平井体积压裂开发技术后,仍有大量的地质储量无法得到有效动用,整体采收率只有3%。为了进一步提高区内储层采收率,配套形成井网加密、长水平段钻井、交错布缝、缩短簇间距、增加分簇数、提高排量、提高细砂比例的井网及裂缝双加密"缝控"体积压裂技术,通过人工裂缝对储层的全覆盖来实现提高储层动用程度以及单井产量的目的。现场应用41井次,有效率100%,平均单井日产油26.2 t,较前期基础井网体积压裂效果提高36.7%～65.8%,增产效果明显,为研究区块致密油藏提高单井产量提供了技术支撑。     

致密气藏压裂水平井精细布缝研究——以新沙31-1井为例

四川盆地川西沙溪庙区块为低渗透致密砂岩气藏，非均质性强，为充分动用储层，提高压裂改造效果，亟需一套提高改造体积的工艺技术。利用数值模拟软件建立新沙31-1井水平段地质物理模型，考虑基质渗透率非均质性，通过正交实验优化裂缝参数；基于数值模拟软件的数值模型压力响应面，分析精细布缝参数对储层动用能力的影响因素。结果表明，精细布缝技术有利于提高储层动用能力，新沙31-1井采用该技术获最高日产气量10.3×10⁴ m³/d,稳产时间超230 d。压裂水平井精细布缝技术可为区块效益开发提供技术保障。     

密切割分段压裂工艺在深层页岩气Zi2井的应用

深层页岩储集层高温、高地应力、高水平应力差特征明显,常规分段压裂后,储集层改造体积偏低,裂缝复杂程度偏低,气井测试产量偏低。主要原因是,深层页岩气井压裂施工期间高泵注压力、低施工排量在常规分段参数条件下不利于提高裂缝复杂程度,导致簇间储量动用不充分。为提高工艺技术适用性及储集层改造效果,开展了深层页岩气压裂工艺优化研究,结果表明,密切割分段压裂工艺有利于增加簇间应力干扰,提高裂缝复杂程度,提升簇间资源动用效率。Zi2井初期采用常规分段压裂工艺,在压裂设计指标执行率较低的情况下,开展了密切割分段压裂工艺现场试验,裂缝复杂程度及单井储集层改造体积提升明显,证明了密切割分段压裂工艺在研究区深层页岩气井中的适用性。     

鄂尔多斯盆地低渗透致密砂岩气藏水平井分段多簇压裂布缝优化研究

鄂尔多斯盆地杭锦旗区块属于典型的低渗透致密砂岩气藏,水平井分段压裂是最有效的增产改造方式。水平井分段多簇压裂裂缝布局对于压裂后产能具有重要影响,为使水平井压裂后产能最大化,运用位势理论和势叠加原理,考虑缝间干扰、启动压力梯度、耦合储层渗流与裂缝流动,建立低渗透致密砂岩气藏压裂水平井非稳态产能预测模型,利用该模型可以同时计算平直裂缝以及弯曲裂缝的产能。以杭锦旗区块锦58井区盒3层为例,利用正交设计方法研究了压裂段内不同裂缝簇数条件下裂缝参数对水平井压裂产能的影响规律。结果显示,每段3簇裂缝以及4簇裂缝所得结果一致,即裂缝参数对压裂产能的影响由强到弱依次为总裂缝半长、缝长比、裂缝导流能力、间距比,推荐在该区块采用"U"型布缝以及非均匀布缝模式。     

水平井体积改造多裂缝扩展形态算法——不同布缝模式的研究

为了探索不同布缝模式的水平井体积改造多裂缝扩展形态,基于位移不连续边界元法,建立了三维非平面裂缝应力干扰计算模型,并根据亚临界裂缝扩展模型和最大周向应力准则,提出了多裂缝扩展形态算法。根据该算法,编程求解了不同布缝模式的裂缝扩展形态,研究发现:(1)多簇压裂模式外侧裂缝为主扩展裂缝,内侧裂缝扩展变短且发生非平面扩展,有利于产生复杂裂缝,单簇压裂有利于单簇缝长的有效延伸;(2)应力干扰只作用于发生交叠的裂缝,并不作用于对称分布的未交叠裂缝;(3)在交错布缝模式下,后续压裂缝与邻近裂缝发生交叠时会向邻近裂缝靠近,偏转角度为5°~6°;交错布缝同步压裂时,井间裂缝以9°~10°的偏转角相互靠近,不利于远井的储层改造,而交错布缝拉链式压裂可提高裂缝延伸长度,增大远井改造体积;(4)多井间隔布缝模式增大了施工缝间距,可减小裂缝偏转幅度,而采用先压裂一段中间井,后在邻井围绕该段压裂的布缝顺序,能够增大裂缝复杂度,提高改造体积。     

异常高地应力致密砂岩储层压裂技术研究

随着勘探的不断深入，首次在新探区采用压裂技术时难度越来越大，部分井岩性致密，加之地应力异常高，导致压裂施工时在低排量情况下施工压力非常高，无法加砂而使压裂施工失败，达不到改造和认识储层的目的。文章以武1井为研究对象，该井为吐哈油田在民和盆地的一口探井，第一次压裂因施工压力异常高，在1.3 m³/min排量下井口压力达到83.3 MPa，支撑剂根本无法进入地层而未获成功。通过分析武1井首次压裂失败的原因，研究并采取了高能气体压裂、酸化解堵等近井筒处理措施和小粒径支撑剂、支撑剂段塞、优化泵注程序等针对性工艺，使第二次压裂施工获得成功，加砂26.04 m³，压后日产水5.0 m³，日产气2000 m³，这对类似储层的压裂改造积累了宝贵经验。     

川南长宁区块页岩气高密度完井+高强度加砂压裂探索与实践

四川盆地南部长宁区块页岩气资源量丰富,经过技术引进、探索优化、自主创新实现了规模开发。为了进一步提高近井筒储层改造效果、提升作业效率,对水平井分段不断优化,适当增加分段段长,减少压裂段数,同时采用高密度完井,大幅缩短簇间距,并持续提高加砂强度。为此以高密度完井+高强度加砂压裂技术原理为基础,根据长宁区块地质工程特征对该压裂工艺参数进行了探索优化,并分析了该压裂技术的现场应用效果。研究结果表明,高水平应力差页岩储层条件下,高密度完井+高强度加砂压裂技术可利用短簇距间的诱导应力增加裂缝复杂程度,缩短储层基质流体向裂缝渗流的距离和时间,并提高裂缝导流能力;考虑簇间诱导应力对裂缝扩展的影响,施工排量、压裂液黏度对井间储层动用程度和裂缝支撑的影响,暂堵转向技术对压裂裂缝体积的影响等,合理优选出与长宁区块地质和工程条件相匹配的压裂参数:簇间距7～10 m,施工排量约16 m3/min,携砂阶段滑溜水黏度增加到20～30 mPa·s,单段暂堵剂300～500 kg,总液量的50%～57%投注;长宁区块页岩气水平井采用高密度完井+高强度加砂压裂技术,井均测试产量较常规压裂工艺增加了约10%,估计最终可采量可提高约12%。该研究成果可为压裂技术持续优化以及川南地区页岩气藏压裂改造提供支撑和借鉴。     

复杂构造区深层页岩气藏射孔参数优化及应用——以涪陵页岩气田白马区块为例

为了实现四川盆地涪陵页岩气田白马复杂构造区深层页岩气储量的有效动用,针对该区地质构造复杂、储层非均质性强、储层埋藏较深、压裂改造难度较大的实际情况,基于平面三维“井筒—多裂缝扩展”全耦合计算模型,考虑不同小层物性与应力的差异,模拟了不同穿行层位、压裂簇数、射孔数量等因素对多簇裂缝扩展差异的影响。研究结果表明：①降低簇间距、增加单段压裂簇数的多簇密切割有利于提高改造段内的主裂缝密度、缩短气体运移距离;②段内簇数并不是越多越好,在相同注入排量及压裂规模条件下,随着压裂簇数的增多,各簇缝长、缝高呈现出降低的趋势,同时多裂缝的非均匀扩展现象加重;③水平井穿行层位及各小层物性特征、应力状态也会影响到水力裂缝的扩展形态,会增强不同小层改造的非均匀性,进而造成最优簇数的不同;④减少单簇射孔数的限流压裂,有利于提高压裂段内改造均匀性、降低各簇进液量差异减小系数,但是较低的射孔孔数则会提高射孔孔眼摩阻、大幅度提高地面施工压力。现场实践结果表明,依据水平井穿行层位优化压裂工艺参数,同时配合限流射孔,压后气井增产效果明显。结论认为,该研究成果为实现白马区块深层页岩气资源的有效动用提供了理论指导与实践检验。     

苏里格致密气藏水平井高效压裂主控因素

面对苏里格风险合作区储层砂体薄,优质储层连续性差等问题,为有效提高单井改造效果,保证区域开发产能建设,提出了一种集地质因素与工程因素分析于一体的水平井高效压裂主控因素优化方法：(1)运用灰色关联分析法,打破多因素对改造效果影响程度不同、无规律的现象,建立母序列和子序列的新矩阵,无量纲化,消除数据特性,提取影响改造效果的地质主控因素与工程主控因素;(2)以提高单井产能为目标,基于数值模拟,优化裂缝形态,推导最优施工参数。应用结果表明：(1)地质主控因素为渗透率、储层厚度、孔隙度,工程主控因素为支撑剂总量、簇数、排量;(2)簇数为3～5簇,簇间距为20～30m,砂量80～100m³,液量600～800 m³,排量10～14 m³/min:(3)改造后百米无阻流量较邻井提高3.4倍。结论认为：该技术明确了压裂设计优化方向,有效增加了泄气面积,综合了多井次、多变量因素,减少了人为主观因素影响。     

复杂构造区深层页岩气藏射孔参数优化及应用——以涪陵页岩气田白马区块为例

为了实现四川盆地涪陵页岩气田白马复杂构造区深层页岩气储量的有效动用,针对该区地质构造复杂、储层非均质性强、储层埋藏较深、压裂改造难度较大的实际情况,基于平面三维"井筒—多裂缝扩展"全耦合计算模型,考虑不同小层物性与应力的差异,模拟了不同穿行层位、压裂簇数、射孔数量等因素对多簇裂缝扩展差异的影响。研究结果表明:①降低簇间距、增加单段压裂簇数的多簇密切割有利于提高改造段内的主裂缝密度、缩短气体运移距离;②段内簇数并不是越多越好,在相同注入排量及压裂规模条件下,随着压裂簇数的增多,各簇缝长、缝高呈现出降低的趋势,同时多裂缝的非均匀扩展现象加重;③水平井穿行层位及各小层物性特征、应力状态也会影响到水力裂缝的扩展形态,会增强不同小层改造的非均匀性,进而造成最优簇数的不同;④减少单簇射孔数的限流压裂,有利于提高压裂段内改造均匀性、降低各簇进液量差异减小系数,但是较低的射孔孔数则会提高射孔孔眼摩阻、大幅度提高地面施工压力。现场实践结果表明,依据水平井穿行层位优化压裂工艺参数,同时配合限流射孔,压后气井增产效果明显。结论认为,该研究成果为实现白马区块深层页岩气资源的有效动用提供了理论指导与实践检验。