低渗气藏水平井压裂裂缝参数优化

针对低渗气藏水平井压裂产能预测和裂缝参数优化存在的主要问题，采用数值模拟的方法，从气体在低渗气藏中的渗流机理研究入手，同时考虑了气体非达西渗流对产量的影响，建立了低渗气藏水平井压裂产量预测的非达西渗流模型，利用该模型编制了低渗气藏水平井压裂产量预测及裂缝参数优化软件，并对现场实例进行了模拟优化计算，研究了裂缝条数、裂缝导流能力和裂缝长度等参数对水平井压裂产量的影响，并通过结果分析对这些参数进行了优化，得到了影响水平井产能的主要裂缝参数等。     

致密气藏水平井压裂产能预测研究

水平井压后产能准确预测是一项技术难题,前人建立水平井裸眼完井压裂产能预测模型较少,且现有模型在计算裸眼井筒产能时没有考虑裂缝和裸眼井段之间的相互干扰。在前人研究基础上,将任意两条裂缝之间裸眼井段处理为等效裂缝,与人工裂缝做同样的离散化处理,根据复位势理论、势的叠加原理以及数值分析理论,建立了水平井裸眼完井压裂产能预测模型,并考虑了水平井井筒压降,结果更符合实际。该模型计算结果表明,裸眼完井方式下,产能仅在生产初期高于射孔完井产能,裂缝条数、长度及间距组合对产能影响较大,但对于低渗、特低渗油气田来说,裂缝导流能力以及裂缝与水平井筒夹角对产能影响不明显;井筒两端裂缝产量几乎是中间裂缝产量的两倍,建议压裂时裂缝长度以"U"型排列为宜。     

黑油模型和压裂设计软件相结合预测水平井分段压裂产能

克服单纯应用黑油模型模拟水平井水力压裂裂缝计算油井产能方法繁琐的弊端,将压裂设计软件与黑油模型相结合进行水平井分段压裂产能预测,首先应用压裂数据软件进行水平井分段压裂设计,模拟水力压裂裂缝各个参数,然后生成数据文件输入到黑油模型中进行处理,通过黑油模型进行油藏基质、裂缝周围的网格细化,准确捕捉裂缝形态及在其各个不同位置处的流动参数,模拟多层、多相流流体流入裂缝和从裂缝流入井筒的流动,分析裂缝几何形态、导流能力、裂缝位置、间距、裂缝夹角、基质渗透率等参数对产能的影响,模型中考虑了压裂液返排过程,这对低渗油气藏水平井压裂产能预测尤为重要。     

页岩气藏水平井拟稳态产能研究及影响因素分析

页岩气是赋存于富有基质泥页岩及夹层中,以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气。页岩气储量巨大,开发前景被业内广为看好,但其低孔低渗特性使得开发难度高于常规气藏。水平井分段压裂技术开发页岩气已成为世界趋势,但由于页岩气在页岩基质和人工裂缝中呈赋存状态,且独有的渗流特性,压裂在储层内部形成的复杂裂缝网络,使其产能分析较为复杂。以常规压裂机理为基础,利用水平井特定生产指数,考虑页岩气朗格缪尔解吸附作用,建立水平井体积压裂拟稳态产能模型,完整推导了拟稳态流下页岩水平井裂缝产能公式,并对影响产能的因素作出具体分析。对于我国页岩气开发中的适应性问题及页岩压裂特点的裂缝扩展和产能预测具有重要的理论指导意义。     

致密油藏多角度裂缝压裂水平井产能计算方法

水平井分段压裂是致密油藏开发的关键技术。由于受复杂的地应力和天然裂缝的影响,人工裂缝通常与井筒呈一定角度,导致压裂水平井产能预测变得十分复杂。基于天然裂缝等效渗透率张量理论,建立考虑全渗透率张量的各向异性稳定渗流数学模型。在该模型的基础上,结合势叠加原理,采用考虑应力敏感的半解析方法,构建基质向人工裂缝流动的离散势函数单元。将裂缝内流体流动处理为离散单元之间的线性流动,将基质与裂缝流动耦合求解,得到考虑天然裂缝下多角度裂缝压裂水平井产能计算方法。实例计算结果表明,由于考虑了天然裂缝和人工裂缝角度的影响,计算结果与实际产量误差小于7%。敏感性分析发现,储层主渗透率方向与人工裂缝的夹角对产能影响较大。     

页岩气分段压裂水平井非稳态渗流模型

有关应力敏感页岩气藏分段压裂水平井渗流的解析模型很少,在考虑页岩气吸附解吸附、基质内非稳态扩散及应力敏感的前提下,应用拉式变换、摄动变换、镜像原理以及叠加原理等方法,建立了页岩气分段压裂水平井半解析模型。模型计算结果表明,页岩气分段压裂水平井可分为6个渗流阶段,即线性流、第一径向流、双径向流、天然裂缝系统径向流、窜流阶段和整个系统径向流动。应力敏感主要影响后5个流动阶段,考虑应力敏感的无因次井底压降是不考虑应力敏感的几倍之多,且开发后期无因次压降导数曲线往往上翘,表现出封闭边界影响的特征。如果计算分析时不考虑应力敏感的影响,计算结果会产生较大的误差,且会得出错误的试井解释。所建的半解析模型为快速预测页岩气分段压裂水平井的产能、认识压裂水平井渗流规律和评价分析压裂效果,提供了一种非常有用的方法。     

气藏压裂水平井非稳态产能计算模型

结合气藏水平井压后裂缝形态特征和流体在裂缝中的渗流机理, 应用压降叠加原理和节点分析方法, 建立气藏压裂水平井非稳态产能计算模型, 用数值求解方法计算得到不稳定状态下的产能。通过实例计算, 揭示了压裂水平气井产能随时间的变化规律, 并对裂缝干扰和各裂缝流量进行了分析。结果表明： 压裂水平气井在进行不稳定产能分析时需要考虑裂缝干扰对产能的影响; 两侧裂缝的产量比中间裂缝的产量高。     

考虑井筒损失的低渗透压裂水平井产能研究

对于低渗气藏,采用水平井水力压裂技术进行开采是一种常用手段。而大部分加砂压裂结果会产生有限导流裂缝,对这种水平井的产能预测非常重要。通过保角变换方法,将水平裂缝气井的渗流问题转换为相对简单的单向渗流问题,然后以裂缝内的流体为不稳定流动为基础,导出考虑水平井筒中存在压降损失情况下的有限导流裂缝水平井的产能公式。通过实例验证,表明井筒磨损确实会影响低渗气藏压裂水平井的产能。该方法较简单,便于现场应用。     

水平井分段压裂注液过程中温度分布预测

近年来，光纤分布式温度传感器（DTS）越来越多地用于水平井压裂动态监测，拟解决在水平井分段压裂过程中普遍面临的人工裂缝起裂位置不明、压裂液去向未知、裂缝扩展形态不清、压裂效果难以评价等技术难题，而温度预测模型是基于DTS监测进行压裂诊断的基础，但目前定量预测水平井压裂过程中的温度分布仍是一项巨大挑战。在考虑多种微量热效应的基础之上，建立了一套水平井分段压裂温度分布预测模型，并完成模型耦合求解，采用建立的温度模型，分别模拟了一口水平井常规压裂和分段多簇压裂时的温度分布，分析了水平井分段压裂过程中温度分布特征，明确了压裂液排量、地层滤失系数、裂缝宽度及裂缝高度对温度分布的影响规律。该研究成果为实现基于DTS监测诊断压裂动态、识别裂缝起裂、分析压裂液去向提供了理论支撑，对于压裂水平井改造效果评价和压裂设计优化具有重要意义。     

基于不稳定渗流压裂水平气井产能研究

对于低渗、特低渗气藏，用水平井开采不一定能取得满意的效果，水平井水力压裂技术已成为开采低渗透气藏的重要手段，水平井压裂后的产能预测又是水平井压裂技术的一大难题。文章以生产过程中裂缝内流体的非稳态流动为基础，应用复位势理论、叠加原理和数值分析求解方法，并考虑压裂水平井地层渗流和水平井筒管流耦合，建立了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测新模型，使计算结果更加合理。计算结果表明：该模型计算产量与实际生产数据符合率高；水平井筒内的压力损失对压裂水平井的生产动态有一定的影响；水平井内每条压裂缝的产量并不相等，端部裂缝的产量高于中部裂缝的产量；水平井筒内的压力呈不均匀分布，从指端到根端压力逐渐降低；裂缝不对称会使压裂水平井产量降低。研究成果对低渗透气藏的压裂水平井的设计具有一定的指导意义。     

应力阴影效应对水平井压裂的影响

为揭示水平井分段改造中的应力阴影效应及其影响因素,基于水平井分段体积改造理论,借鉴Bunger的应力场分析假设条件,从水平井单一横切缝入手,建立起了考虑应力阴影的应力场叠加数学模型并推导出数学公式,在此基础上得出简化的水平井多段应力阴影效应应力场模型。对应力阴影效应影响因素的分析结果表明:储层地质参数中杨氏模量、水平主应力差对应力阴影效应的影响大,而泊松比对其影响则很小;施工参数中施工排量对应力阴影效应的影响明显,在一定储层条件下,分段及簇间距越小,应力阴影效果对水平井裂缝附近其他裂缝的扩展产生应力阴影影响越大。利用该研究成果对现场实际水平井压裂进行了优化设计,微地震监测结果表明:利用应力阴影效应只压裂6段就实现了以往10段压裂的改造体积,较之以往减少压裂4段,节约成本在30%以上。这对合理利用应力阴影效应进行水平井体积改造裂缝尺寸设置及工艺参数优化具有重要的指导意义。     

Factors Affecting the Productivity of a Multifractured Horizontal Well

Horizontal well technology has been widely used in developing oil fields. Very commonly, these wells are hydraulically fractured to improve productivity in low permeability reservoirs. The productivity of a multifractured horizontal well is mainly affected by reservoir properties and fracture parameters. A simple and accurate method for evaluating and optimizing productivity of this type of wells is not available and is highly desirable to reservoir engineers. The authors analyzed the equipressure contour, velocity vector distributions, and the influence of factors such as ratio of vertical permeability to horizontal permeability, anisotropy of plane permeability, hydraulic fracturing angle, fracture distribution, and morphology on horizontal well's productivity by finite element numerical simulation method. The results show that optimizing the well trajectory and direction can reduce the degree of reservoir permeability anisotropy influencing on the productivity of well. Hydraulic fracture tilt or angles among multifractures due to natural fractures or ground stress can lower the productivity. Asymmetric distribution of fractures about wellbore can improve production and distribution with staggered interval can generate greater production. When the space between hydraulic fractures is small, fractures bend at a small angle and display a separated trend due to interference among fractures. In this case production has a little increase. Finite element numerical simulation method is accurate and intuitive when simulating percolation field of fractured horizontal wells. The results have certain reference significance for in situ fracturing operations.     

多裂缝应力阴影效应模型及水平井分段压裂优化设计

针对页岩气藏水平井分段压裂中应力阴影的表征方法及影响因素不明确的问题,基于水平井分段压裂理论,借鉴水力压裂裂缝诱导应力产生机理,从单一垂直裂缝入手,利用应力叠加原理得出了多条裂缝应力阴影效应的数学模型。应用该模型分析了应力阴影的影响因素,结果表明:①泊松比与水平主应力方向的应力阴影呈线性关系,当泊松比为0.2~0.4时,最小水平主应力方向的诱导应力为0.36~0.72 MPa;②裂缝数量越多间距越小,应力阴影效应作用越强;③裂缝数量增加的同时也增大了施工难度,5条裂缝比3条裂缝的净压力增加了41.46%;④当裂缝间距小于100 m时,裂缝容易转向形成缝网;⑤裂缝间距是缝高的1.5倍时,应力阴影效应非常小,超过2倍后可以忽略不计。上述结论对合理利用应力阴影效应进行水平井分段压裂优化设计具有指导意义。     

基于体积源的分段压裂水平井产能评价方法

水平井裸眼和固井分段压裂技术已大量应用于低渗透气藏的开发,其产能评价方法是评价压裂效果和提高压裂设计水平的关键。为此,针对裂缝性低渗透气藏,采用体积源的思想建立相应的基础渗流模型,通过正交变换法求取常流率时体积源函数,并根据Duhamel原理推导了变流率时的计算方法;结合人工裂缝内流动压降并根据叠加原理分别推导出裸眼、固井分段压裂水平井的产能评价方法;最后通过现场实例及经典理论模型验证了产能评价方法的正确性,以及储层物性和人工裂缝参数对于两者产能的影响。结果表明:①裸眼、固井分段压裂水平井发挥了水平井段的生产作用,它具有较高的产能;②两者之间的差别受到储层物性和分段压裂参数的影响;③在储层物性差、压裂规模大时,裸眼、固井分段压裂水平井之间产能的差别变小。该成果对于低渗透气藏分段压裂水平井的分段压裂参数设计和压后效果评价具有重要的应用价值,也为分段压裂工艺的选择提供了理论依据。     

页岩气水平井组拉链压裂过程中地应力的分布规律

页岩储层具有低孔隙度、超低渗透率的特征,往往需要通过水力压裂才能使气井具备一定的生产能力。拉链压裂是近年来针对页岩气藏缝网压裂的一项新兴工艺,为了认清压裂过程中裂缝应力干扰后地应力场的分布规律并给页岩压裂设计提供参考,首先假设地层为均质、各向同性弹性体,然后通过位移不连续法,建立起地层应力场分布数学模型,并利用线性叠加原理,得到人工裂缝周围水平应力场的分布情况。研究发现：①裂缝周围的地应力随着与裂缝距离的远近有不同程度的增加;②裂缝尖端处存在应力集中现象,且在裂缝尖端附近产生的拉应力使得水平应力有所减小;③裂缝对水平最小主应力的影响程度大于对最大主应力的影响;④随着裂缝条数的增加,诱导应力的叠加干扰对水平主应力的影响不断增强,且水平应力差异性逐渐减小;⑤在裂缝交错排列的区域内,应力干扰较强,应力场分布较复杂。上述研究成果对页岩气水平井组拉链压裂的优化设计具有指导意义。     

延长长6 浅油层水平缝水平井压裂参数设计

水平井压裂技术是开发难动用低渗储层的有效手段,而对于长6 低渗浅油层实施压裂技术一般会形成水平缝（低角度）,影响实际施工效果。为了指导长6 浅油层水平井的压裂设计和现场施工,把孔隙度、渗透率、含油饱和度、泥质含量和渗流系数作为主要参数,将七平1 井的水平段储层划分出5 个流动单元,进行了Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类流动单元的评价;并且根据流动单元的划分结果,完成了七平1 井压裂水平裂缝条数、裂缝位置、裂缝半长的参数设计,经过现场压裂效果分析,该设计符合延长长6 浅油层的储层特征及开发要求,单井产能大幅增加,使水平井开发在延长长6 浅油层具有可观前景。     

特低渗透油藏压裂水平井产能影响因素分析

低渗透、特低渗透油藏具有启动压力梯度,且非均质性较为严重,裂缝参数对产能的影响与常规油藏显著不同。利用油藏数值模拟方法,分别研究了不同渗透率非均质性和不同启动压力梯度条件下,裂缝参数对压裂水平井产能的影响。结果表明,在低渗透、特低渗透油藏中,非均质性较弱的情况下,压裂水平井生产状况与均质油藏类似,在非均质性较强的情况下,应选择比均质油藏更多的裂缝条数和更大的裂缝半长进行生产;在启动压力梯度较大的情况下,应选择较多裂缝条数进行生产。     

致密油藏多段压裂水平井初始产能影响因素分析

致密油藏中基质渗透率非常低,通过体积压裂产生的人工压裂缝,可以有效改变水平井筒附近的地应力分布,同时通过水力压裂缝为桥梁,来增强天然裂缝与水力裂缝、以及水平井筒之间的联系,从而改善致密油藏内的流体渗流。通过将致密油藏划分为三个渗流区域,并假设线性流为三个流动区域中主要流动特征,对体积压裂水平井的初始产能进行了分析。研究表明,适当增加水力压裂缝的条数、增加压裂缝的半长,有利于激活双重介质的致密油藏中天然微裂缝,从而增加产能。     

致密储层水平井体积压裂段间距优化方法

目前致密储层的主要开发方式为水平井+体积压裂改造,但对于天然裂缝不发育的储层,通常难以形成复杂的裂缝网络系统,不能够达到预期的改造目标。针对这种情况,在研究压裂过程中诱导应力场变化的基础上,建立了诱导应力和原地应力相叠加的数学模型,结合缝间应力干扰分析结果,形成了体积压裂段间距优化方法。研究结果表明,利用水力裂缝之间的应力干扰中和原始地应力有利于形成复杂裂缝,并且在同样的原始地应力条件下,随着裂缝高度和裂缝内净压力的增加,形成复杂缝网的段间距会增加。现场实例计算验证了通过应力干扰确定水平井压裂段间距优化方法的可行性,该优化方法对致密储层水平井分段体积压裂设计有一定的借鉴意义。     

低渗透油气藏水平井分段多簇压裂簇间距优化新方法

水平井分段多簇压裂中簇间距的大小是决定水平井分段多簇压裂成败的关键因素。为提高低渗透油气藏储层压裂改造效果,需建立合理的簇间距优化模型,而现有的优化方法多以应力反转半径作为最佳间距,并未定量化表征压裂后的储层改造效果。为此,基于弹性力学基础理论和位移不连续法建立了考虑水力裂缝干扰模式下的复杂地应力场计算模型,研究了天然裂缝在复杂地应力场条件下发生张开和剪切破裂形成复杂裂缝网络的规律,再以获得最大缝网波及区域面积为优化目标,形成一种新的簇间距优化方法。研究结果表明:(1)张开的水力裂缝会在其周围产生诱导应力,压裂液的滤失则会导致地层孔隙压力变化,相应的地层孔隙弹性应力也会发生变化;(2)天然裂缝剪切破裂区域与张开破裂区域重叠,且前者要远大于后者,可采用天然裂缝剪切破裂区域面积来表征复杂裂缝网络波及区域的大小。采用该方法指导了现场水平井的簇间距优化设计,实验井压裂后取得了理想的增产效果,为低渗透油气藏水平井分段多簇压裂的簇间距优化设计提供了借鉴和指导。