非结构网格数值方法优化水平井多段压裂

为了克服解析方法和规则网络数值方法中矩形边界和井与边界必须平行的限制,提出了复杂油气储层水平井多段压裂非结构PEBI网络划分方法及有效裂缝半长概念,在此基础上实现了渗流方程的有限体积离散。针对离散后线性方程组具有稀疏性、不规则性、大规模性及非对称性的特点,采用预处理的GMRES进行求解,研发了相应的数值模拟程序。利用该程序对某油田实际井例进行模拟计算。计算表明,水平多段压裂井在井长较长且裂缝较多情况,其流动计算可近似成水平井;当水平井长度一定时,裂缝条数及裂缝半长的增加,累计产量增加,但增加幅度逐渐减少,对渗透率小于2mD储层,裂缝间距80~120m,裂缝有效半长50~80m较为合适,同时水平井与边界(或断层)方位也影响其产量。试采期间,时间对产量影响最大,早期产量较高,之后产量迅速衰减,半年后产量仅为早期的1/5且趋于稳定。因此,水平井多段压裂井实际生产时,早期宜采用高井底压力,保持较小流量,之后逐渐减小井底压力,以保持长时间稳定开采。     

页岩气藏水平井大液量多段压裂工艺的实际应用

页岩气作为非常规能源,其开采技术手段目前主要以水平井加大液量多段压裂为主。文章分析了页岩气藏储层大液量多段压裂工艺技术的难点,并从地面供液流程设计、分段压裂完井工具优选、压裂液体系及支撑剂选型、井口装置设计等方面阐述了实际应用情况,介绍了压裂效果。文章认为,建页HF-1井的成功为后期页岩气水平段大液量多段压裂改造工艺积累了技术及现场实施的经验。     

页岩气水平井多段压裂产能影响因素数值模拟研究

页岩气作为一种重要的非常规能源,具有资源潜力大,开采寿命长等优点。目前只在美国和加拿大取得了成功开发。由于页岩气储层物性差,自然压力低,开发难度大等特点,商业开发页岩气的关键在于水平钻井和压裂技术的突破。水平井多段压裂技术形成裂缝网络,增大了渗流面积,减少了渗流阻力,提高了水平井产能,能十分有效提高页岩气产能,取得工业开采成功。本文运用Eclipse数值模拟软件中煤层气、双重介质等模块建立了数学模型,对页岩气储层裂缝系统与产能关系进行研究。考察了裂缝系统的渗透率、裂缝传导率、裂缝间距、裂缝半长、裂缝条数对水平井压裂后产能的影响。能有效优化和指导页岩气水平井多段压裂施工,预测产能。     

页岩气藏多段压裂水平井产能预测模型

页岩气已成为非常规能源开发的焦点,然而目前对于页岩气井产能模型的研究较少考虑气体吸附(或解吸)、扩散效应及压裂改造前后储层物性差异的影响。为研究页岩气藏多段压裂水平井的产能递减规律,根据页岩气的线性渗流特性,利用综合考虑气体非稳态窜流、扩散及吸附(或解吸)影响时的压力控制方程建立了矩形封闭地层多段压裂水平井渗流模型,运用Laplace变换求得了模型的解析解并利用Stehfest数值反演算法计算绘制了实空间内的产能递减曲线。根据产能典型曲线划分了流动阶段并进行了产能递减规律分析。研究表明:裂缝导流能力、裂缝系统储容比、窜流系数、压裂改造区宽度、吸附相关参数及扩散相关参数对气井产能存在不同程度影响;压裂改造区对气井产能的贡献较未改造时更大。提出了适用于气井的产量预测方法,实例计算结果证明该模型可用于多段压裂水平井的产能预测分析。     

考虑邻井干扰的页岩气多段压裂水平井数值试井方法

页岩气田水平井开发过程中,井间干扰现象严重,在考虑邻井影响的条件下准确分析试井资料、认识储层参数至关重要。为此,综合考虑压裂裂缝和SRV区域建立了页岩储层改造后的多重耦合渗流模型,采用PEBI非结构化网格进行网格划分,基于有限体积法进行求解。根据历史生产数据建立有效的页岩气干扰试井评价模型,通过拟合实测资料对模型进行了验证,并运用该模型对2口生产井进行了生产动态预测及分析,结果表明,2口井间井距过大,可在2井间部署1口加密井并在后期投产新井的水力压裂过程中尽量扩展裂缝半长。该研究为页岩气井的产能预测及生产优化提供了理论支持。     

基于物质平衡修正的页岩气藏压裂水平井产量递减分析方法

基于压裂水平井非结构PEBI网格,引入尘气模型建立了综合考虑页岩气藏吸附/解吸、扩散和达西流的运移数学模型,结合控制体有限差分法和全隐式法推导了页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减数学模型,并考虑了页岩吸附/解吸作用修正Blasingame现代产量递减分析方法中的物质平衡拟时间,将该方法扩展到页岩气藏,计算获得了页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线。结果表明:与物质平衡修正后的产量递减曲线相比,修正前的页岩气藏无限导流压裂水平井产量递减曲线值偏小,并且边界拟稳定流出现的时间更早,计算出的单井控制储量偏小;页岩气藏无限导流压裂水平井Blasingame产量递减典型曲线可划分为早期裂缝线性流、早期径向流、复合线性流以及拟稳定流4个流动阶段;页岩吸附/解吸作用对产量递减典型曲线有显著影响,其中Langmuir压力对其影响是非线性的,而Langmuir体积对其影响为线性的。     

页岩气水平井分段压裂优化设计新方法

针对页岩气水平井分段压裂形成的复杂性裂缝量化表征困难、压裂优化设计方法不成熟的问题,对已有裂缝复杂性指数表征方法做了进一步深化,考虑各分支裂缝沿主水力裂缝方向的分布密度及其相互间渗流干扰波及面积,提出了新的裂缝复杂性指数表达式,使其不仅仅是一个范围,而是一个具体数值。围绕最大限度提高裂缝复杂性指数的压裂优化设计目标,从配套施工参数的优化与控制、最终预期产量的预测等方面入手,给出了针对水平层理缝/纹理缝发育储层、高角度天然裂缝发育储层的压裂优化设计方法及流程,并提出了天然裂缝分布密度及延伸缝长的定量描述方法。该压裂优化设计新方法在涪陵焦石坝某井进行了试验,其无阻流量比邻井约高26%,证明该新方法能有效提高页岩气水平井分段压裂的效果,对页岩气的经济有效开发具有重要意义。     

考虑近井流动的页岩气压裂水平井理论模型

以往应用双孔单渗模型预测页岩气压裂水平井产能,没有直接考虑裂缝中气体在近井地带流动的复杂性,准确性差或无法真实反映气体的流动规律。在考虑页岩气基质解吸作用及滑脱效应影响的基础上,建立并求解考虑气体近井流动的数学模型。绘制井底拟压力与拟时间之间的关系曲线,并对开发过程中出现的裂缝线性流、双线性流及基质线性流进行分析,发现弹性储容比、裂缝渗透率和基质渗透率分别作用于不同的时期,提出模型的适用性。     

页岩气水平井大型压裂设备配套及应用

为满足页岩气水平井分段大型压裂施工的需要,根据施工井的具体情况对主要压裂设备（压裂机组）进行了优化配置,并配套了压裂液混配设备、低压供液系统、立式砂罐等辅助压裂设备,满足了勘探阶段页岩气水平井大型压裂大排量、大液量、大砂量、使用多种液体和多种粒径支撑剂、施工时间长的工艺要求。涪页HF-1井、彭页HF-1井、延页平1井等3口页岩气水平井的成功压裂作业,为页岩气水平井大型压裂施工设备配套及应用积累了经验,增强了页岩气水平井大型压裂施工服务的能力。对今后页岩气 “井工厂”模式的开发,目前的压裂设备配套与压裂工艺对设备的需求还有一定的距离,需要加以完善。     

致密气藏水平井多级多段压裂新技术及应用

XC气田JS气藏是川西侏罗系低渗致密气藏的典型代表,为使难动用储量通过水平井技术得到经济有效的开发,试验探索了不同钻井方式、不同完井方式、不同改造方式下的增产效果,并最终认为套管封隔器分级压裂是提高水平井效果的必须技术。但是随着产能对水平井分段数逐步提高的需求,由于滑套极差等因素影响,在139.7mm套管内分段数仅能达到7～10级。针对该情况,通过在封隔器分级压裂的每级间采用限流压裂工艺,提出了水平井多级多段压裂新技术,该技术能在现有技术的基础上有效提高了水平井的分段压裂数。水平井多级多段压裂新技术在XC气田JS难动用储量层实施8口井,平均单井获得天然气无阻流量19.4846×104m3/d,是邻井直井压裂增产的7.97倍,是以往封隔器常规分段压裂效果的1.9倍,增产效果明显提高。该技术在采用较少封隔器的情况下可以提高水平井分段数,而不会增加井下工具成本,同时可以降低施工风险。目前该技术在水平井中已经实现了15段的分段数,通过该技术的应用,139.7mm套管内水平井的分段数可由目前的7～10段提高到20～30段,该新技术的应用将对水平井开发非常规天然气技术提供有益的参考。     

复合页岩气藏压裂水平井压力动态分析

压裂改造体积SRV是评价储层改造效果的重要指标,是影响压力动态的关键因素。基于页岩气吸附解吸、扩散和渗流等多重运移机制,考虑压裂改造区的影响,建立内外区均为双重介质的复合页岩气藏压裂水平井试井模型。利用源函数思想,结合Laplace变换、叠加原理等方法,采用半解析法求取无限导流压裂水平井的井底压力响应。应用Duhamel原理考虑井筒储集和表皮效应的影响,结合Stehfest数值反演,绘制复合页岩气藏压裂水平井试井典型曲线,划分流动阶段。定义新无因次变量,分析SRV半径、裂缝条数、裂缝半长、裂缝间距、扩散系数、储容比、吸附解吸系数、渗透率系数及流度比等参数对压力动态的影响,该结果可为页岩气藏的合理高效开发提供理论依据。     

Flow Mechanism and Transient Pressure Analysis of Multi-Stage Fractured Horizontal Well

Chemistry and Technology of Fuels and Oils - Shale gas reservoirs are typical unconventional natural gas resources characterized by low porosity and low permeability of the formation. To enhance...     

页岩气多级压裂水平井不稳定产量递减探讨

由于水平井钻井技术及水力压裂工艺的进步,页岩气藏已经可以开采得到工业气流。基于页岩气藏特殊渗流机理及解吸扩散规律,建立了在水平井钻井及多级压裂生产条件下综合考虑井筒储集、表皮效应、水力裂缝参数等多种因素影响下的双重介质页岩气多级压裂水平井不稳定渗流模型。通过运用点源函数法、Laplace变换、特征值法、正交变换法及Stehfest数值反演得到了双重介质页岩气多级压裂水平井产量递减特征曲线,分析了产量递减特征曲线对于表皮因子、吸附因子、裂缝条数、水平井长度以及裂缝渗透率的敏感性。该模型及研究可以用于更精确有效地预测页岩气多级压裂水平井产量动态变化。     

DY2HF深层页岩气水平井分段压裂技术

DY2HF井是位于川东南丁山构造、目的层为龙马溪组海相页岩气的重点探井,具有高温、超高应力的特点。为解决该井压裂作业存在的施工压力高和加砂困难等难题,开展了深层页岩气水平井分段压裂技术研究。根据丁山页岩特征和地应力状态,进行了井口施工压力预测和排量优化,建立了水平井段多裂缝覆盖率计算模型,并结合诱导应力场计算结果进行了段簇优化。根据页岩气网络压裂技术的特点及该井的具体情况,确定采用高减阻低伤害滑溜水和活性胶液进行混合压裂,采用低密度高强度覆膜支撑剂进行组合加砂,并对压裂参数进行了模拟优化。DY2HF井分段压裂井口限压95 MPa,施工总液量29 516 m3,总砂量319 m3,最高排量13.6 m3/min,滑溜水减阻率达78%,胶液完全水化,压裂后获得高产工业气流,实现了深层页岩气水平井压裂技术突破。该井分段压裂结果表明,丁山等深层页岩气已经具备了有效勘探开发的技术基础。      

JY1HF页岩气水平井大型分段压裂技术

JY1HF井是涪陵地区第一口海相页岩气水平井,为了获得商业性页岩气产量,对JY1HF水平井进行了分段压裂设计和工艺优化。在借鉴北美海相页岩气压裂经验的基础上,通过该井岩心资料、测井、岩石力学等数据,对龙马溪组页岩储层进行了压前评价。采用岩石力学试验、X衍射试验、诱导应力场计算和体积压裂动态模拟等方法,开展了压裂段数、压裂液、支撑剂、射孔方案和压裂工艺优化等综合研究,提出采用组合加砂、混合压裂工艺,泵送易钻桥塞射孔联作工艺进行大型水力压裂改造的方案。JY1HF井共压裂15段,累计注入液量19 972.3 m3,支撑剂968.82 m3,放喷测试获得无阻流量16.7×104 m3/d的高产页岩气流。结果表明,龙马溪组海相页岩采用水平井大型分段压裂技术,可获得较大的有效改造体积。JY1HF井的成功压裂为中国海相页岩气压裂改造积累了经验。      

致密高压裂缝性气藏超深水平井钻井技术难点与对策

川西深层须2段气藏埋藏深,地层致密、石英含量高,主要靠钻遇裂缝获得工业产能.而直井钻遇裂缝的概率很小,为了尽可能多地钻遇裂缝,宜采用水平井开发.详细分析了川西深层须2段气藏由于埋藏深、岩石致密、地层高温、高压、研磨性高和可钻性差给水平井钻井带来的技术难点,并针对技术难点提出了对策,即要在高精度地质预测的基础上以可靠的抗高温、高压的随钻测量仪器、长寿命螺杆和钻头做保障,并兼顾优化井身结构、井下动力钻具的水力参数和钻井液流变性能.     

三重介质底水气藏压裂水平井非稳态产能变化规律研究

针对三重介质底水气藏压裂水平井渗流规律和底水侵入气藏导致气井产能下降的特点,基于溶洞系统和基岩系统中的天然气向裂缝系统窜流,经裂缝系统产出的物理模型,将底水边界视为半滤失边界,建立了该类储层介质的非稳态渗流数学模型,并利用源函数、有限Fourier余弦变换和贝塞尔函数的积分方法得到了模型的点源解。在此基础上,采用解析法与数值离散法相结合的半解析方法获得了三重介质底水气藏多级压裂水平井的压力响应和非稳态产能计算模型。利用Stehfest数值反演得到了气井非稳态产能随时间的变化关系曲线,分析了气井产能的变化规律,研究了压裂裂缝条数、裂缝半长、裂缝间距、孔—缝和缝—洞的窜流系数及缝洞储容比等参数对气井非稳态产能动态特征的影响。研究方法和结果对合理分析三重介质底水气藏压裂水平井生产动态特征和优化压裂参数设计具有一定的指导意义。     

裂缝性油藏水平井压力不稳态特征分析

根据双重介质的特征和水平井三维渗流的特征，通过连续点源方法建立了双重介质三维渗流模型，经Laplace空间数值反演得到实空间的压力响应。讨论了储容比、窜流系数、水平井空间位置、边界类型对裂缝性油藏水平井不稳态压力动态的影响。     

考虑水平井穿透复合气藏内区的不稳定产能分析

在气藏的实际开发过程中,由于酸化、地层污染或气藏本身的地质特点,会形成水平方向上物性不同的复合气藏。针对这一问题建立了考虑穿透复合气藏内区的水平井不稳定渗流模型,并在此基础上进行了不稳定产能分析。采用拉普拉斯变换、Muskat方法、点源函数叠加和杜哈美原理求解模型,得到了复合气藏水平井在拉式空间下的不稳定拟压力解。由不稳定拟压力解和Stehfest数值反演方法得到了真实空间下水平气井的不稳定产量解。并绘制了不同条件下的无因次产能曲线,分析了水平井穿透内区后无因次内区半径、表皮系数、内外区流度比、外区与内区储容比对水平井产能的影响。     

考虑页岩裂缝长期导流能力的压裂水平井产量预测

页岩气井压裂后初期产量高,随后产量迅速递减,但在预测页岩气压裂水平井产量时,目前国内尚无实际产量递减规律可借鉴。为此,进行了2.5和1.0 kg/m2两种铺砂浓度下的长期导流能力试验。试验结果表明,支撑剂的嵌入及破碎导致前2 d导流能力约降低43%,4 d后导流能力则降低得很少。将试验结果应用到川东南某井数值模拟中,恒定导流能力方案产量为考虑长期导流能力方案的2~3倍;10年生产动态预测结果显示,示例井生产周期可分为3个阶段,前2年产量递减率高达42%~46%,第3~4年产量递减率降至27%~37%,第5~10年产量递减率缓慢降至4%以下。研究结果表明,页岩支撑剂评价优选应以裂缝长期导流能力试验结果为基础,考虑裂缝长期导流能力影响的产量递减规律可为页岩气压裂水平井重复压裂时机的确定提供依据。