致密油藏压裂水平井缝网系统评价方法——以准噶尔盆地吉木萨尔地区为例

压裂水平井缝网系统评价是致密油藏高效开发的关键。针对目前缺乏完善的评价方法这一现状,基于动态反演理论建立了一种致密油藏压裂水平井缝网系统评价方法。首先,基于致密油渗流特征和缝网形态,考虑了非均匀缝网和弱补给等复杂因素,推导了其试井数学模型。利用解析方法获得了其井底压力解,并建立了压裂水平井缝网系统评价方法。其次,为验证评价方法的可靠性,以准噶尔盆地吉木萨尔地区为例,开展了实例应用分析。结果表明,复杂缝网水平井流动阶段包括井筒储集效应和表皮效应阶段、裂缝双线性流、裂缝线性流、压裂改造区窜流、压裂受效区线性流和拟稳态流阶段。同时发现,经过压裂改造后,实例井附近形成了主裂缝和压裂改造区,主裂缝半长为135 m,导流能力为118.87×10^-3 μm²;次裂缝网络储容比为6.30%~17.99%,压裂改造区渗透率为100.8×10^-3 μm²。本次研究工作为致密油藏参数反演、压裂评价及动态监测提供了理论基础。     

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。     

Y151井区水平井缝网压裂参数优化研究

低渗-超低渗透Y151井区采用缝网压裂水平井进行开发,但目前,针对缝网压裂水平井特征参数优化的研究很少,因此,文中使用Eclipse数值模拟软件,考虑等效导流能力和局部多重网格加密方法建立缝网压裂网络模型,同时利用"主裂缝+SRV区域渗透率"的小尺度缝网模拟方法,开展次缝、支缝与主缝之间的导流匹配研究,确定了Y151井区水平井缝网压裂的裂缝形态、井筒与裂缝延伸方向、水平段长度等参数。为Y151井区以及低渗-超低渗致密油藏缝网压裂水平井开发有着指导意义。     

水力裂缝导流能力对深层页岩气产能的影响规律

深层页岩压裂难以形成复杂裂缝且裂缝导流能力失效快,导致产量迅速递减。为明确水力裂缝导流能力对深层页岩气产量的影响,基于深层页岩裂缝导流能力实验测试数据,考虑闭合应力、支撑剂铺砂浓度和粒径对导流能力的影响,建立了支撑裂缝导流能力计算模型和深层页岩气产能预测数学模型。采用川南深层页岩气生产数据对模型进行了历史拟合和预测,验证了模型的准确性。研究分析了铺砂浓度、闭合应力和支撑剂粒径对深层页岩气产能的影响。研究表明,提高铺砂浓度和选择小粒径支撑剂有利于提高深层页岩气井稳产时间和预测最终可采储量(EUR),最优铺砂浓度在1～2 kg/m²之间;当闭合应力从80 MPa增加到110 MPa时,稳产时间缩短了约40%;受支撑剂粒径和支撑裂缝半长综合影响,最佳支撑剂粒径为40/70目。研究成果为深层页岩气裂缝导流能力设计和产能预测提供理论依据。     

基于缝网导流有效性评价的深层页岩气压裂支撑剂优化设计

深层页岩气储层埋藏深、温度高、地层应力大、岩石塑性强,导致压裂缝网复杂度低,缝网导流能力不足,极大影响了深层页岩气储层的压裂效果。评价深层页岩气压裂缝网的有效性,可以指导深层页岩气储层通过高效地压裂改造获得稳定高产的页岩气产能,具有重要的商业价值。基于川东南丁山地区深层页岩地质条件与裂缝导流能力实验,开展了深层页岩高闭合应力条件下裂缝导流有效性评价。结果表明：随着闭合应力的增大,自支撑裂缝与支撑裂缝导流能力呈快速递减的趋势,当闭合应力达到55 MPa时,自支撑裂缝的导流能力仅为0.1μm²·cm,反映了深层条件下剪切裂缝难以满足流体流动的现状;在铺砂条件下,当闭合应力大于69 MPa时,粒径为40/70目的陶粒可有效满足主裂缝的导流要求,粒径为70/120目的陶粒与石英砂均可达到分支裂缝的导流要求;同时定量计算了满足主裂缝与分支裂缝导流要求的最低铺砂浓度,并绘制了不同类型、粒径的支撑剂用量设计图版。研究成果为深层页岩气储层压裂的支撑剂选择与优化提供了技术参考。     

涪陵焦石坝地区页岩气水平井压裂改造实践与认识

水平井缝网压裂技术的应用大幅提高了涪陵焦石坝地区试验井组产量,促进了我国页岩气商业开发。在分析区块页岩储层构造及地质特征基础上,通过岩石力学参数测试和岩石矿物组分分析,评价了储层岩石脆性及其可压性。根据焦石坝地区五峰组-龙马溪组含气泥页岩段页岩有机质类型好、含气量高、脆性指数高的特点,以“复杂缝网+支撑主缝”为改造主体思路,增大页岩储层的改造体积为目标,优选了压裂材料,优化了压裂设计及配套工艺,确定了试验井组压裂改造工艺技术方法,形成了适用于涪陵焦石坝地区的页岩气水平井分段压裂改造技术。经过26口井的现场实施,效果显著,压裂井均获得了较高产能,平均单井无阻流量10.1×10⁴~155.8×10⁴ m³/d,证实了以“复杂缝网+支撑主缝”为改造主体的页岩气水平井分段压裂技术的有效性,为我国页岩气压裂改造积累了经验。     

水平井压裂产能分析方法在顺9井区的应用

将压裂设计软件Fracpro PT与油藏数值模拟软件Eclipse黑油模型相结合,进行顺9井区水平井分段压裂产能分析及优化研究。分析了顺9井区横向、纵向裂缝开发适应性及水平井分段压裂产能的边界效应;考察了顺9井区裂缝的几何形态、导流能力、间距等参数对产能的影响,优选出合理的水平井分段压裂参数组合。该水平井分段压裂优化方法在顺9井区具有良好的适应性,顺9A井应用该优选方法分段压裂后初产达到14 t/d。     

薄互层大型压裂组合加砂技术研究与应用

为实现薄互层大型压裂造支撑长缝和缝高有效支撑,提高压裂效果,研究应用了组合加砂技术。在分析裂缝宽度和流体密度对支撑剂运移趋势影响的基础上,得出了组合加砂的顺序为支撑剂粒径由小到大、密度由高到低。借助导流能力试验对比不同支撑剂比例组合,提出了组合加砂时增加大粒径、低密度支撑剂的比例来提高裂缝导流能力。该技术在长停井L3井进行了试验,先加入30/50目、密度1.75 kg/L的陶粒20 m3,再加入20/40目、密度1.60 kg/L的陶粒30 m3。压裂后净压力拟合分析表明,支撑缝长196.8 m,支撑缝高42.5 m,基本达到设计预期要求。该井压裂后初期平均产液量5.6 t/d,产油量3.2 t/d。现场施工表明,该技术能够实现造支撑长缝和缝高有效支撑,为类似薄互层大型压裂提供了技术参考。      

塔中油田顺9井区超深超低渗水平井分段压裂技术

塔中油田顺9井区志留系碎屑岩油藏具有埋藏深、特低孔超低渗、隔层薄的特点,直井压裂后产量低,无法满足经济开发需要,需开展水平井分段压裂改造。通过油藏建模,对水平井裂缝条数、裂缝半长及导流能力进行了优化;在地应力剖面特征分析基础上,采用三维压裂软件对缝高影响因素进行了量化分析,并提出了具体的控缝高措施,形成了该区水平井分段压裂技术 顺9CH井分段压裂后平均日产油达到l4．8 t／d,对释放该区产能具有重要意义。     

低渗透油藏分段压裂水平井布缝方式优化

为提高压裂改造效果,须优选出合理的裂缝参数。目前国内外优选裂缝参数时,只对裂缝务数、长度、间距、导流能力进行优化研究,没有考虑水平井裂缝布放方式对压裂水平井产能和含水率的影响.为此,文中以某低渗透油藏七点注采井网单元为例．采用数值模拟方法,在水平井分段压裂裂缝参数单因素分析基础上进行水平井布缝方式优化研究,评价了裂缝参数时井网单元开发指标的影响,最后优选出合理的水平井分段压裂裂缝参数。研究结果表明：考虑注水井的影响,为避免水突进,水平井布缝时,裂缝要错开注水井排布,靠近注水井的裂缝要短些,可以不等间距、不等长度排布,在获得较高产能的同时保证含水率也较低：合理的水平并布缝方式可提高单井产量和区块采出程度,使含水率上升缓慢,可提高水平井分段压裂改造效果和经济效益．该研究为同类油藏压裂施工设计提供了有效依据。     

压裂液悬砂及支撑剂沉降机理实验研究

压裂液的携砂性能优劣直接影响着支撑剂在裂缝中的输送铺置效果及压后裂缝的有效导流能力。研制了“XS-I型”压裂液悬砂及支撑剂沉降物理模拟实验装置;开展了3种陶粒支撑剂（70/140目、40/70目、30/50目）在SRFP-1型压裂液中的悬砂特性研究,分析了支撑剂在携砂液中的沉降量、沉降速率以及二者随沉降时间的变化规律,得出影响压裂液悬砂性能的主控因素。实验研究表明,携砂液中支撑剂沉降分为快速沉降、缓慢沉降、稳定平衡3个阶段。压裂液黏度是影响压裂液悬砂性能的最主要因素,其次是支撑剂粒径、携砂液砂比。低黏度压裂液仅对70/140目支撑剂有一定悬浮能力（支撑剂充分沉降时间10～20 min）,对40/70目和30/50目的支撑剂悬浮性能较差（支撑剂充分沉降时间仅为1.0 min～5.5min）,整体悬砂能力较差。中黏度压裂液对70/140目支撑剂悬浮效果好（仅有9.9%～11.1%的支撑剂沉降）,在小于15%砂比下对40/70目及30/50目支撑剂有较好的悬浮能力（支撑剂充分沉降时间80 min～240 min）。中高黏度压裂液中,大粒径（30/50目）支撑剂在高砂比（25%～30%）条件下加入,也仅有12%～13.1%的支撑剂沉降,悬砂性能优,适宜作为主加砂阶段的携砂液。研究结果丰富了压裂液悬砂能力测试方法及支撑剂优选评价手段,为压裂液、压裂施工参数的优化及支撑剂的优选,提供基础数据依据。      

石英砂用于页岩气储层压裂的经济适应性

四川盆地长宁—威远地区页岩气储层最小主应力介于44~68 MPa,一直使用可在高闭合压力下保持高导流能力的40~70目陶粒作为主要的支撑剂,但用量大、成本高。为了进一步降低支撑剂的成本,在采用气藏数值模拟方法论证储层所需的支撑裂缝导流能力的基础上,利用页岩气井生产分析结果和人工裂缝模拟结果研究储层作用在支撑剂上的有效应力、有效应力的加载速度和支撑剂的铺置浓度,提出了适合该区页岩气井压裂支撑剂导流的实验方法,评价了石英砂的导流能力及其对页岩气产能的影响,并利用该方法进行了支撑剂的筛选和现场试验。结果表明:(1)页岩基质渗透率小于6.0×10-4 m D时,主裂缝导流能力介于0.8~1.0 D·cm、分支裂缝导流能力介于0.05~0.10 D·cm即可满足生产需求;(2)当主裂缝垂直于最小主应力方向、分支裂缝垂直于主裂缝时,该地区页岩储层作用在主裂缝内支撑剂上的有效应力最大值为54 MPa,作用在分支裂缝内支撑剂上的最大有效应力约为69 MPa;(3)对标准支撑剂导流能力评价实验方法进行了修改——应力加载速度为1.0 MPa/min,支撑剂铺置浓度为2.5 kg/m2,最高加载压力设定为70MPa;(4)优选70/140目石英砂能够满足该区页岩气井压裂需求。在该区2个平台4口井的应用效果表明,将石英砂比例从30%提高到70%~80%,单段产气量无明显变化,单井可以节约支撑剂成本60万元~100万元,如果石英砂本地化,则成本可进一步降低。结论认为,该项成果为在基质渗透率极低的致密油气储层中采用石英砂替代陶粒以降低成本提供了技术支撑。     

页岩气网络压裂支撑剂导流特性评价

页岩气水平井长缝网络压裂支撑剂铺置浓度低,嵌入伤害大,导流特性与常规油气藏不同,与北美页岩气水平井中短缝压裂也有明显差异。为评价不同类型支撑剂在低铺砂浓度下的导流特性,采集龙马溪组地层页岩露头制作试验岩样,使用 FCES-100 裂缝导流仪对陶粒、石英砂、覆膜砂3种类型支撑剂在不同粒径、不同铺砂浓度和不同闭合压力条件下的导流特性进行了评价。结果表明:支撑剂类型、闭合压力和铺砂浓度对页岩支撑裂缝的导流能力影响较大;中高闭合压力和低铺砂浓度条件下,覆膜砂的导流能力最大,陶粒次之,石英砂最小。评价结果可为页岩气ESRV（effective stimulation reservoir volume）网络压裂裂缝导流能力的优化、支撑剂的优选和压裂设计提供依据。      

支撑剂沉降规律对页岩气压裂水平井产能的影响

压裂工艺后支撑剂的分布及裂缝形态对页岩气井的产能有很大影响。为了研究支撑剂沉降规律,建立了综合考虑页岩气吸附解吸附及应力敏感的气藏数值模型,并在模型中提出了表征支撑剂沉降的方法。通过对比分析不同射孔位置、不同沉降程度、裂缝导流能力、储层基质渗透率等参数变量,考虑了支撑剂沉降的页岩气藏压力分布和产能特征,得出影响支撑剂沉降后气井产能的主控因素。结果表明,支撑剂沉降大幅度降低了气井产能;考虑压裂过程中支撑剂运移沉降,应在油气藏中下部进行射孔;页岩气藏裂缝导流能力达到4 μm2·cm即可满足气井的有效开采,选用40/70目支撑剂进行压裂施工,建议优先造主缝;基质渗透率越高,支撑剂沉降对气井产能影响越大,高渗带要采取防止支撑剂沉降的措施。此模型考虑了支撑剂沉降的特性,对页岩气井产能的预测和现场压裂施工具有重要指导意义。     

页岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力影响因素

支撑裂缝的导流能力是评价页岩储层水力压裂施工效果的一项重要参数,其大小受到多种因素影响。文中开展了支撑剂类型、颗粒大小、铺砂浓度等对支撑裂缝导流能力影响的室内实验研究。结果表明:陶粒的导流能力明显高于石英砂和覆膜砂,在低闭合压力条件下,20~40目陶粒的导流能力最大,在高闭合压力条件下,组合支撑剂的导流能力明显高于单一支撑剂;铺砂浓度越大,裂缝导流能力越大;循环应力加载模式下,裂缝导流能力比稳载时下降了31.7%,经过滑溜水和胍胶压裂返排液污染后,裂缝导流能力分别下降了33.9%和76.5%。研究成果指导了X-4井的现场压裂施工,该井措施后产气量较高且稳定生产,压裂增产效果较好。     

页岩气密切割分段+高强度加砂压裂新工艺

目前依靠大型水力压裂工艺技术已经实现了四川盆地长宁地区埋深3 500 m以浅页岩气的规模开发,但随着主体工艺参数的定型,增产效果提高的幅度趋缓,而同期北美地区则依靠缩短簇间距、提高支撑剂加量实现了页岩气单井产量的大幅度增长。为了给长宁地区页岩气压裂工艺参数优化提供可靠的实践依据,在应用诱导应力及水平井多段多簇产能计算模型分析密切割分段+高强度加砂压裂新工艺提高产能机理的基础上,探讨了压裂增产技术的主要工程因素,根据该区的地质参数制定了压裂新工艺的先导性试验方案并开展了现场试验,然后结合生产实际效果和试验结果对压裂工艺参数进行了优化。研究结果表明:①缩短主裂缝间隔、增加诱导应力干扰程度、提高人工裂缝对页岩储层的改造程度是密切割分段工艺的技术关键,提高支撑剂加量、降低支撑剂嵌入及破碎对裂缝导流能力衰减的影响程度、确保支撑裂缝具备足够的长期导流能力是高强度加砂大幅度增产的内因;②长宁地区优化后的新工艺实施参数——分段簇间距介于15～20 m,加砂强度介于2.0～2.5 t/m,用液强度介于30～35 m~3/m。结论认为,新工艺提高了长宁地区页岩气井单井产量及开发效益,为提高该区页岩气井的综合开发效益提供了技术支撑。     

页岩压裂裂缝渗透率的测试与分析

为了提高页岩气体积压裂的有效性,有必要对不同类型页岩压裂裂缝渗透率及其影响因素开展进一步的评价研究。为此,在研究页岩矿物组构特征、储层孔隙与裂缝特征的基础上,对3种不同类型(原位闭合型、剪切自支撑型、单层支撑型)的页岩压裂裂缝渗透率进行测试,并系统研究了页岩储层压裂裂缝类型、裂缝面粗糙度、碳酸盐矿物含量、页岩层理、围压等因素对页岩压裂裂缝渗透率的影响。结果表明:(1)原位闭合型裂缝渗透率与压力的关系符合Walsh理论,随围压增大而减小,其渗透率介于0.13~16.75m D,该类型裂缝不论有没有支撑剂充填和错位,对于提高页岩气储层产能都同样的重要、有效;(2)相对于原位闭合型裂缝,剪切自支撑型裂缝渗透率可提高1~2个数量级(渗透率介于7.53~88.48 m D)、单层支撑型裂缝渗透率可提高2~3个数量级(渗透率介于9.98~771.82 m D);(3)裂缝面粗糙度越大,裂缝渗透率越高,裂缝面分维数与渗透率具有较好的正相关关系;(4)剪切自支撑、单层支撑型裂缝渗透率和压力的关系与Walsh理论存在着一定的偏差,该偏差反映了自支撑点破碎、支撑剂嵌入和破碎等的影响。结论认为,该实验研究成果对于页岩气压裂工艺优选、参数优化具有指导意义。     

鄂尔多斯盆地致密储层井下控砂压裂技术

鄂尔多斯盆地储层致密且特征复杂,常规体积压裂难以形成复杂裂缝,单井产量低,为此引进了井下控砂压裂技术,并通过研发专用井下混砂工具、开展井下混砂工具全尺寸地面模拟试验、优化压裂工艺关键参数,形成了井下控砂压裂工艺,以实现实时控制井底砂浓度、形成缝内支撑剂架桥、提高裂缝复杂程度的目的。该技术在鄂尔多斯盆地30口井的压裂作业中进行了成功应用,最高砂浓度1 800 kg/m3（20/40目石英砂体积密度1.62 g/cm3、视密度2.64 g/cm3）,与应用混合水压裂的油井相比,平均产油量显著提高,且可节省1/3左右水功率和用液量,大幅降低了压裂成本。应用结果表明,采用井下控砂压裂技术可以达到提高致密储层缝内净压力、增加裂缝复杂程度的目的,能够实现致密油储层的有效改造,提高单井产量。      

石英砂支撑剂长期导流能力变化规律实验研究

利用石英砂代替陶粒支撑剂能有效降低施工成本,在致密油气藏压裂改造中广为应用。为探究石英砂支撑剂对裂缝长期导流能力的影响规律,选用20～40目、40～70目和70～140目石英砂,开展长期导流能力测试实验,探究有效应力、铺砂浓度、粒径组合、铺置模式等因素对石英砂长期导流能力的影响并拟合参数化经验模型。研究认为：长期导流能力随铺砂浓度的增加,先升高再降低,反映了从“支撑”到“封堵”的演化;在低铺砂浓度条件下,大粒径石英砂易破碎堵塞流道,因此可在高闭合压力储层优选细砂,在低闭合压力储层优选中砂或粗砂;在考虑混合铺置时,应先采用低黏度压裂液泵送大粒径石英砂,后采用高黏度压裂液泵送小粒径石英砂,文中给出的混合铺置导流能力预测模型适用于混合铺置支撑剂粒径及比例的优化设计。