重复压裂气井三维诱导应力场数学模型

重复压裂新裂缝的重新定向分析是具有相当难度和应用价值的核心问题,也是制约重复压裂优化设计的关键。重复压裂产生的裂缝方向取决于地应力状态,垂直裂缝井重复压裂前储层中的应力分布,尤其是水平主应力方向控制着重复压裂裂缝的起裂方位和延伸方向。系统研究了垂直裂缝井重复压裂前应力场的分布特征及影响应力大小和方向变化的主要因素,在此基础上应用弹性力学、流固耦合、孔隙弹性理论等建立了重复压裂气井诱导应力场的数学模型,实现了垂直裂缝气井重复压裂前应力场的定量分析与模拟。     

低渗透油藏重复压裂机理研究及现场应用

对重复压裂造缝机理的研究表明，重复压裂井由于初次压裂裂缝以及油层生产活动引起的压力下降，导致近井地带的应力场发生变化，从而在重复压裂过程中引起裂缝的重新定向。结合华北油田桐西断块储层低渗透的特点，进妒了重复压裂参数的优化和压裂材料的选择，提出了选井选层的原则。重复压裂技术在桐47-43x井成功实施，取得了很好的增油效果，为桐西断块储层下一步的开发提供了重要的技术措施。     

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重复压裂技术是提高低产压裂井产量的有效途径之一。重复压裂新裂缝的重新定向，有利于在油气层中打开新的油气流通道，更大范围地沟通老裂缝未动用的油气层，大幅度地增加油气产量，进一步提高油气藏的开发效果，因此，重复压裂新裂缝的重新定向分析是具有相当难度和应用价值的核心问题，也是制约重复压裂优化设计的关键。文章系统地研究了重复压裂井中的应力大小和方向的变化，并在此基础上探讨了新缝重定向、重压造新缝机理、重复压裂的最佳时机、新缝延伸规律和缝长特征等问题。现场实践证明，该研究成果具有较强的理论依据和实用价值，为低渗透油气田后期开发的增产稳产提供了重要的技术措施。     

重复压裂初裂缝有效率评价方法

在对重复压裂井进行产能评价时,常常认为初次压裂形成的裂缝完全失效,这种考虑与实际情况是不相符合的,导致对重复压裂井的产能预测有很大的误差。为此,建立了裂缝有效率评价及重复压裂井产能评价的数学模型和模型的数值求解方法,考虑只有初裂缝存在,根据重压前的产量和含水率,通过调整初裂缝的各参数,拟合计算了初裂缝的有效率。在考虑重复压裂裂缝和初裂缝共同作用下,对重复压裂井进行了产能评价,验证了重复压裂井中初裂缝的有效性。     

大庆油田水平缝重复压裂改造技术

针对大庆油田长垣人工裂缝为水平缝的重复压裂井,以葡萄花油田为研究对象,初步界定了重复压裂选井选层工艺方法;应用试井分析和流动指数方法判断重复压裂时机;经过研究找出了重复压裂井裂缝失效的主要原因。根据裂缝失效的原因,确定了增大施工规模、酸洗裂缝以及多裂缝、开新缝压裂等项改造措施。结合理论研究在葡萄花油田现场试验,取得较好效果。     

重复压裂缝重新定向研究

针对重复压裂缝重新定向问题,分析了初次压裂后地应力场的变化机理,根据裂缝启裂的弹性理论得到了重复压裂裂缝重定向的力学条件,讨论了重复压裂所产生的裂缝的延伸轨迹。已有若干现场观测实例证实了重复压裂缝重新定向理论。     

重复压裂前诱导应力影响新裂缝转向规律

随着重复压裂技术现场应用的日趋成熟,如何产生不同于原裂缝走向的转向新裂缝成为目前重复压裂技术研究的热点问题。由于新裂缝的扩展方向主要由井周应力分布情况控制,重复压裂前初次裂缝、油井生产以及注水影响等因素产生的诱导应力是影响新裂缝形态的主要因素。应用多物理场耦合软件COMSOL建立了重复压裂井有限元模型,分析了重复压裂裂缝转向的机理和影响因素;建立了注水开发区块模型,研究了注水开发中注入水诱导应力的分布规律,以及注水量、注采井网分布等因素对新裂缝转向的影响。研究结果表明:裂缝转向受储层应力状态、油井生产情况和初次裂缝长等因素影响明显;注水井周边会产生应力集中,且在一定的井距下会影响新裂缝转向规律。此研究可以应用于预测重复压裂效果,优化重复压裂的选井选层,并指导现场重复压裂方案设计。     

大庆油田重复压裂重新定向技术的案例分析

介绍了大庆油田运用地面侧斜仪绘图法所研究的重复压裂法和重新定向测量的案例分析.此研究中,四种处理法均包括这样设计方案注入石蜡球作为支撑剂、利用支撑剂试图使不同方向裂缝伸长、在不同井段打孔以注入石蜡球支撑剂.侧斜仪绘图结果显示,大多数重复压裂井都出现了裂缝重新定向.     

柿庄南煤层气重复压裂裂缝形态反演及效果分析评价

为解决柿庄南煤层气平均单井产量低、相对高产井产量大幅下降等问题,对该区块已重复压裂井实施概况和产气效果进行了归纳总结,利用G函数和净压力历史拟合分析了重复压裂裂缝特征,反演了重复压裂裂缝形态,并进一步探讨了裂缝形态与压裂效果的关系.结果表明:柿庄南煤层气重复压裂裂缝特征可分为产生新缝、无新缝产生及缝高失控2类;重复压裂...     

重复压裂裂缝起裂角模型研究

考虑流固耦合下重复压裂井周围注/采孔隙压力分布,建立重复压裂井周围孔隙压力诱导最大主应力和主应力方位角数学模型;考虑初次人工裂缝内充满弱可压缩流体,引入流体影响因子,建立初次人工裂缝诱导应力场模型;根据线性叠加?理,建立重复压裂井周围应力场分布模型;根据裂纹破裂准则,建立了重复压裂裂缝起裂角数学模型,得出重复压裂裂缝起裂角范围,并通过两口重复压裂井计算结果与生产结果进行对比,表明模型计算结果准确,且计算方法实用。     

纯液态CO2压裂非稳态过程数值模拟

为了解纯液态CO₂压裂初始井底压力和温度随时间的演化规律，对压裂液初期非稳态过程进行了数值模拟。从模拟的结果看：井底液体CO₂在压裂的初期会经历较大的温度和压力变化，液体CO₂会因受热而发生相态的变化和体积的膨胀，最大膨胀幅度达17.2%，而其重位压头的变化则是引起井底液体CO₂压力变化的主要因素。一般在压裂2～5 min后井底温压即可稳定，稳定后的温度和压力以及稳定所需要的时间主要与压裂液排量、井深有关。如果气井太深，低温液体CO₂会在井筒附近地层造成巨大的温度梯度，这有可能会引起井筒周围地层热应力的剧烈上升，从而有利于井筒射孔附近地层的开裂。     

水平井筒应力分布特征数值模拟研究

对水平井筒应力分布进行了系统研究,采用FLAC3D数值模拟软件建立三维模型,综合考虑地层构造应力和储层岩石力学影响,模拟研究了不同原岩构造应力差和水平段深度对水平井筒附近应力分布特征的影响,为计算水平井压裂破裂压力、裂缝起裂方位角、优化射孔等工程优化提供理论依据。     

存储式电子压力计在水平井压裂中的应用

为了提高低渗油田水平井压裂效果,采用双封单卡分段压裂工艺。在压裂施工前,选用压力计托筒装配2台存储式电子压力计,随压裂管柱下入到目的层,分别与上、下封隔器相连接。可完整记录压裂施工全过程的井底温度、压力变化情况。通过对水平井压裂时及压后返排液的井底压力进行监测,判断封隔器是否坐封,待压目的层是否窜层,以及准确计算压裂液在管柱中的真实摩阻,为压后效果评价、认识与评价地层应力及压裂液性能的稳定性提供依据,同时为优化压裂工艺起到一定的作用。     

滤饼质量对井壁周围应力和井壁稳定性的影响

无论是过平衡钻井,还是欠平衡钻井过程,都可能导致井周围地层孔隙压力改变,这样就使通过假定地层孔隙压力恒定而得到的井壁周围应力分布和地层的安全钻井液密度范围与实际偏离。滤饼质量直接影响到井壁附近地层的孔隙压力,定量地分析了滤饼质量对井周地层径向应力、切向应力、轴向应力和剪应力的影响。结果表明:一方面随着滤饼质量的提高,井筒内钻井液液柱压力对井壁地层的支撑作用逐渐增强,井壁地层抗剪切垮塌的能力相应提高,井壁稳定性变好;另一方面,地层颗粒间的接触应力逐渐增大,岩石抵抗张性破裂的能力增强,地层的破裂压力提高,井壁稳定性变好。滤饼质量好坏对低渗透地层的影响尤其显著。     

水力压裂多裂缝产生机理及影响因素

在对某些复杂地层进行水力压裂施工时，常会遇到异常高压及脱砂现象，有时还会导致施工的失败，而多裂缝是产生这些现象的主要原因。本文从水力压裂的原理出发，采用机理剖析的方法，分析了导致多裂缝产生的主要因素。分析认为，多裂缝的格局取决于小裂缝能否顺利连接，地应力状况对裂缝的连接与起裂方位有重大影响；天然裂缝的发育程度是决定多裂缝起裂的重要因素；地层的倾斜与井眼斜度、起裂方位、射孔等对裂缝的连接起支配作用。搞清多裂缝的产生机理对水力压裂过程中预防多裂缝的产生有着重要的意义。     

投球分压的理论验证及实例分析

本文从理论上论证了尼龙堵球在分层压裂时的三种受力状态:当惯性力小于拖拽力时使堵球偏离中心流线而趋向孔眼;当使球保持在孔眼口的持力大于由于流动而使之脱落的冲击力时,堵球将坐牢在孔眼上而保证压裂施工顺利进行;压裂停泵后,持力为零,地层流压对球有一个作用力,使堵球从孔眼脱落而回落井底。从实际压裂施工的井温曲线、施工曲线分析中,论证了投球分压的可行性,以及不同种类投球分压的效果差异分析,为采油厂选择投球分压提供了较充足的理论和实际应用依据。     

预置多裂缝压裂井下工具的设计与应用

针对低渗油田的渗透率低和油流阻力大等特点,结合水力喷射技术和加砂压裂工艺技术,根据预置多裂缝压裂技术的机理,设计了多裂缝压裂专用井下工具。该工具通过微细限流孔和溢流阀共同作用实现工具的定点喷射和缓慢移动,高压流体通过喷射工具,将高压能量转换成动能,在地层内形成2个对称的扁纺锤体裂缝,实现了井下压裂预置新裂缝的效果。预置的扁椭圆纺锤体新裂缝会使缝周边岩层松弛,应力下降,渗透率上升。现场试验表明,预置多裂缝压裂技术能有效改善地层渗透率,对于低渗透油田的增产增注有良好的效果。     

川西新场构造地应力分布规律研究及其应用

在充分利用现场加砂压裂、测试压裂数据的基础上，精确求取了新场构造不同层位的最小地应力值，并将该最小地应力与压裂测试同期地层压力建立联系，研究发现该区最小地应力与对应地层压力之差值与垂直深度呈线性关系，且相关性极高。该公式的提出解决了新场构造须家河组压裂资料少、裂缝闭合压力求取难的问题，为钻井、固井、压裂施工提供了科学指导；该区须家河组应力绝大部分处于走滑应力状态，最小地应力为最小水平应力；针对须家河组钻井诱导张性裂缝发育的现象，还推导了水平最大地应力的计算公式，并应用到几口重点深井的地应力场求解中，为须家河组天然裂缝渗透性分析提供了准确的地应力模型。     

川西致密气藏裸眼水平井分段压裂技术

川西中浅层气藏致密、低孔、低丰度,裸眼水平井分段压裂是开发该类气藏的有效技术之一,但存在压裂参数难确定、压裂管柱下入难度大、水平段钻井液替出困难、压裂液返排效率低等问题。为此,在分析气藏特点和借鉴多级压裂经验的基础上,提出将裸眼水平段分成8~10段进行压裂,砂比优化为17%~21%;在注入前置液阶段采用支撑剂段塞处理近井效应,降低初期施工压力及形成多裂缝的概率;设计了可完全替出水平段钻井液的压裂管柱;制定循环钻井液、旋转管柱和给管柱加压的措施,保证压裂管柱下至设计位置;采用液氮伴注和大小油嘴交替更换的助排和返排技术,提高压裂液返排的速度和效率。XP105-1H井的裸眼水平段分成8段,采用以上技术和措施成功分段压裂;压后自然返排,返排率达95%;压后天然气产量6.441 2×104 m3/d,是相同层位水平井的2倍,天然气无阻流量达到23.168×104 m3/d。XP105-1H井裸眼水平段分段压裂的成功,可为类似致密气藏裸眼水平井分段压裂提供有益参考。      

压裂过程中射孔段水泥环力学响应规律

针对压裂过程中射孔段水泥环完整性失效,导致压裂中出现环空窜流,从而无法有效改善储层渗流能力的问题,通过建立射孔段套管-水泥环有限元模型,对压裂过程中射孔段水泥环力学响应进行了分析,并研究了不同射孔参数对射孔段水泥环的力学影响规律。结果表明:压裂过程中射孔段水泥环孔眼周围存在明显的应力集中和孔间应力干扰现象;压裂过程中固井一界面较二界面更容易产生密封性问题;射孔段水泥环应力分布与射孔相位角有密切关系,应尽量选取90°相位角螺旋射孔方式射孔;射孔孔径的增加对射孔段水泥环应力分布影响不大,为增加单孔泄油面积,可在小范围内增加射孔孔径;射孔密度对水泥环应力的影响要大于射孔孔径,但射孔密度超过16孔/m以后应力增加幅度会减小,且影响都在一个数量级以内,在有效控制水泥环射孔损伤的前提下可有限度地增加射孔密度。该研究可为压裂射孔方案制定提供理论依据。