页岩气/煤层气压裂井非均质缝网试井反演方法

页岩气/煤层气压裂井缝网反演是开发调整部署、提采方案优选与效果评价的基本依据,但储层天然裂缝发育,压裂缝网形态复杂、非均质性强,现有试井方法难以有效反演。在表征页岩气/煤层气赋存、非线性流动机理、不同尺度非均质缝网的基础上,建立了压裂井多介质渗流数学模型,基于改进格林元方法实现了模型的高效数值求解,获得了页岩气/煤层气压裂井的压力动态响应特征,明确了流动阶段与非均质缝网参数的影响规律,构建了非均质缝网参数的试井反演方法,并结合现场案例进行了应用研究。结果表明：页岩气/煤层气压裂井压力动态响应主要展示出6个流动阶段,考虑储层分区后会出现改造区拟稳态流动阶段;裂缝导流能力主要影响早期双线性与线性流阶段,裂缝长度对边界控制流之前的阶段均有较大影响;相同裂缝长度与压裂段数下,缝网形态的压力动态响应较弱,需要联合地质、压裂、微震监测等资料才能反演缝网非均质性;所提出的试井分析方法综合了缝网建模、动态模拟、特征线/图版拟合等过程,可以实现压裂井非均质缝网反演,为页岩气/煤层气气藏工程研究提供了理论基础与技术支持。     

穿层钻孔水力压裂数值模拟及工程应用

基于煤岩体变形模型、裂缝面内流体压降模型和裂缝扩展模型及扩展准则,建立了煤岩体钻孔水力压裂数学模型,并使用ANSYS的APDL语言编程实现了该数学模型的数值求解。穿层钻孔水力压裂数值模拟结果表明：随注入压力的增大,水力压裂缝长线性增大,最大缝宽近似指数函数形式递增,压裂后期的造缝宽能力略大于造缝长能力;随压裂液黏度的增大,最大缝宽增大,缝长近似指数函数形式递减,压裂液黏度增大到一定程度后对缝长和缝宽的影响作用减弱。穿层钻孔水力压裂数值模拟结果与现场试验结果具有很好的一致性,验证了该数学模型及数值解法的正确性和适用性。     

郑庄煤层气井体积压裂裂缝扩展特征研究

为了有效指导煤层气井体积压裂工程，合理评价体积压裂施工效果，将微地震破裂扫描技术应用于煤层气井体积压裂。通过微地震破裂能量扫描技术监测体积压裂裂缝的分布，结合压裂施工曲线，分析体积压裂裂缝扩展空间和时间特征。以沁水盆地郑庄地区为例，该地区垂直井体积压裂过程显示，破裂不一定严格地随着压裂液推进而在时空上连续发展，可能时间是间歇的，空间上是跳跃的。能量密集区域的集合，连接成线、片、网才是压裂的整体影响面积，即水力压裂扩展的有效区域。与同层位普通压裂的垂直井对比显示，液量大小决定着缝网的有效破裂面积和沟通程度，但压裂液量的大小并没有明显影响裂缝的主长度。     

边底水裂缝性气藏布井方式和注气对开采效果影响实验研究

为了探索布井方式和注气对边底水裂缝性气藏开采效果的影响和作用机制，以孔隙型和孔隙/裂缝型岩心为基础，将不同岩心串联形成边底水裂缝性气藏物理模拟模型，在此模型上开展布井方式和注气对气藏开采效果影响评价实验，探究了水侵影响气藏采收率的作用机制。同时，为了保证仿真模型与目标气藏地质结构和空间特点相似，研制了基质/孔隙、基质/裂缝型岩心。结果表明，当岩石渗透率较低时，水相毛管力急剧增大，难以发生“水封气”现象，由此引起的气体动态储量减小。因此，在边底水裂缝性气藏内远离裂缝发育的低渗区布井开采效果要优于高渗区布井。当气井位于裂缝性气藏低渗区时，气井生产过程中高渗区部分气体会沿裂缝运移到低渗区，致使高渗区压力降低，水侵量增加。此外，由于高渗区气体压力较低，“水封气”储量较小，因而该区域上实施注气开采效果较差。     

宿县矿区水力压裂裂缝微地震监测技术应用分析

为了分析研究水力压裂裂缝延伸的缝长、缝宽、缝高和方位,评价压裂效果,对宿县矿区二叠系煤层开展微地震裂缝监测。监测结果显示压裂改造产生多条不对称的裂缝,缝长100～160 m,缝宽10～25 m,缝高30～80 m。受煤层非均质性和压裂规模影响,裂缝延展方向以近似区域主应力方向(北西—南东向)为主,近似垂直区域主应力方向(北东向)次之;后续煤层气井应增加压力规模,降低压裂滤失量,增大区域主应力方向裂缝延展,有效连通天然裂缝。     

水力压裂分段射孔簇多裂缝空间偏转模拟研究

深部致密油气储层水力压裂工程形成复杂缝网形态是影响油气采收率的关键因素，需要准确评估和优化压裂裂缝扩展行为。水平井多射孔簇分段压裂涉及储层和孔隙-裂隙内流体之间的热扩散、流体流动与岩体基质变形，热扩散效应和多物理场耦合作用是深部致密岩体压裂的典型特征；同时，压裂缝网扩展与裂缝间的扰动作用有关，压裂工艺中的射孔簇间距、起裂顺序等造成平行裂缝发生不同程度的非稳定扩展。理解多物理场耦合、裂缝间扰动等内外因素的影响机制，对有效评估压裂缝网具有重要意义。综合考虑深部储层的热-流-固耦合效应，研究水力压裂缝网三维扩展之间的应力阴影效应和多裂缝扰动偏转行为。研究建立水平井分段压裂的工程尺度三维数值模型，利用典型工况计算分析了压裂裂缝三维扩展的热扩散效应影响、不同射孔簇间距以及不同压裂方案（顺序、同步、交替压裂）下裂缝网络的扩展扰动行为。结果表明：深部致密油气储层压裂裂缝扩展引起的应力扰动区域在多裂缝中存在叠加、覆盖行为，形成应力阴影效应、造成裂缝空间偏转；水平井多射孔簇间距的减小，将增大应力阴影区，加剧裂缝间相互干扰；相比多射孔簇顺序压裂，同步压裂将增大应力阴影区，交替压裂可减小应力阴影区，交替压裂...     

单孔预置缝槽控制压裂裂缝扩展规律模拟研究

以松藻矿区为例,采用RFPA软件,模拟分析单孔定向预置缝槽控制压裂煤层在不同缝槽长度、不同缝槽与地应力分量夹角条件下水压裂缝的扩展规律。研究表明:预置缝槽钻孔能够有效降低钻孔附近煤层水力压裂的破裂压力和裂缝稳定扩展压力并增大裂缝扩展范围,裂缝范围最大可提高至常规钻孔的2倍。     

基于PPCZ模型的KGD水力压裂数值模拟

Pore pressure cohesive zone模型以Barenblatt裂尖黏聚力模型为基础,考虑了裂尖断裂过程区对裂缝扩展的影响,对模拟水力裂缝扩展问题具有一定优势。采用该数值模型对KGD水力压裂问题进行研究,验证了模型模拟KGD水力裂缝的能力,分析了裂尖断裂过程区及流体黏度μ对裂缝扩展的影响,揭示了排量Q_0、黏度μ和注入时间t三者之间的联系。研究表明:(1)断裂过程区对压裂结果有较大影响,其内在原因是:随着裂缝刚度K_(nn)的变化,缝内流体不同程度地渗透到裂尖断裂过程区,改变了裂尖断裂的难易程度和缝内流体压力的响应行为;(2)流体黏度增加导致缝内净压力和缝宽的增加、缝长的减小;(3)对于两种主控型水力裂缝,排量Q0、黏度μ和注入时间t之间存在着内在联系:μQ_0不变、Q_0t不变情况下,最终可得相同的缝压、缝宽和缝长值;(4)相比于弹性状态,弹塑性状态下的岩体需要更高的缝内净压力,才能使得岩体开裂扩展。数值模型具有模拟不同类型水力压裂的能力。     

煤层气井水力压裂有效消突边界物理模型

针对低渗煤储层煤层气井水力压裂裂缝扩展范围和消突边界确定问题,以潞安矿区煤层气井为例,采用微地震裂缝实时监测数据、有限元地应力模拟技术及井下瓦斯抽采参数,对煤层气井水力压裂范围、裂缝几何形态、压裂前后地应力分布进行研究,建立了压裂裂缝扩展和消突边界物理模型,划分了菱形井网消突范围。结果表明:研究区裂缝类型属于PKN型,压裂区呈近似椭圆形,主裂缝沿最大水平主应力方向延伸,区内划分出铺砂区、最终解吸区、裂缝区、渗透区、气涌区等5边界;压裂区四周应力沿σ_H,σ_h分别升高19%和7%,区内下降15.5%和9.5%,地应力模拟结果与压裂边界物理模型相吻合;在排采达标情况下,有效消突边界小于压裂边界,与支撑剂铺置边界一致,有效消突边界之外存在突出危险区,菱形井网采用200 m×125 m布置方式更有利于井下对应区瓦斯防治。     

微地震技术在地面井压裂监测中的应用

利用微地震裂缝监测技术,测量压裂时注入到煤层中的压裂液所引起的地面微地震信号的变化来解释压裂裂缝参数。通过对成庄煤矿CZYC-10井和CZYC-11井压裂裂缝进行了监测得出,成庄矿该区域内压裂裂缝为近似水平裂缝,裂缝形状为不规则的椭圆形;压裂井的裂缝的长轴方位为北东70°～81°,压裂裂缝东西长轴全长216～221 m,南北轴裂缝全长157～177 m;现场实测到的裂隙形态、缝长和方位可为下一步布井、压裂方法设计等提供参考,为沁水煤田的煤层气开发管理提供参考。     

鄂尔多斯盆地致密油藏水平井体积压裂技术

为实现鄂尔多斯盆地致密油藏水平井体积与产能的扩张,设计一种水平井体积压裂技术。利用Eclipse油藏数值模拟软件,构建致密油藏水平井流线模型,通过Front Sim模块,对流线模型实施油藏开发模拟。采用定射角定向定面射孔技术,实施水平井体积改造,构建储层与井筒之间的桥梁。确定体积压裂施工参数,保证井底净压力比水平两向应力差高,根据渗吸驱替过程,确定对应关井时间,实现致密油藏水平井体积压裂。测试结果表明,改造后水平井体积达到了1 000×104 m3左右,远大于改造前的水平井体积,初期阶段日产液量和日产油量分别提高了35倍和4.0倍,稳定阶段日产液量和日产油量分别提高了4倍和2倍,有一定的渗吸、置换作用,说明设计技术有明显的改造效果。     

变流量缝网压裂技术在松软煤层中的研究与应用

水力压裂是提高煤层瓦斯抽采效率的常用增透措施之一,在常规水力压裂的基础上,根据松软煤层缝网压裂的机理及力学原理,推导出了含天然裂隙的松软煤层产生缝网,需施工裂缝内的净压力大于煤储层水平应力之间的差值,同时对裂缝进行模拟,得出变流量注入可以提高裂缝内净压力,形成缝网结构,并在平煤十二矿己₁₅-31040采面进行水力压裂现场试验。试验结果表明:采用变流量缝网压裂水力压裂保压压力、累计注水量等相关参数以及单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于原始煤层及稳定流量常规压裂,说明变流量缝网压裂增透效果明显较好,该方法可以作为水力压裂增透技术借鉴的一种方法。     

基于数据驱动的长庆油田致密砂岩压后产量预测

超低渗透率的页岩和致密砂岩等非常规油藏已成为长庆油田重要的油气资源。对于该类油气藏开采的关键技术是水力压裂,如何确定当前施工参数对产量的直接影响,准确预测压后产量对于优化压裂参数尤为重要。由于现在对于地层中裂缝增长的内在机理尚不明确,没有合适的物理模型能够准确评估各压裂施工参数对于产量的综合影响。通过分析长庆油田致密砂岩地质属性和压裂施工参数,采用数据驱动的方法来识别压后产量和产量影响因素之间的相关性,建立了从储层性质与压裂施工参数到产量的预测模型。在前期可获取的数据资料有限的情况下,建立了合理预测致密砂岩产量的模型,并且通过使用相应的数据集训练该模型而扩展到其他非常规油田,在实际工程应用上前景明朗。     

致密油藏压裂开发流固耦合数值模拟

为揭示了致密油藏在压裂与开采过程中孔缝介质的变形规律,研究流固耦合作用对致密油藏生产动态的影响,本文基于致密砂岩储层孔缝多重介质变形力学机制,阐述了致密油藏压裂与采出过程中的流固耦合作用,针对不同开发阶段孔缝介质变形及流体渗流特征,建立了相应的物性参数动态变化模型及多相流渗流数学模型,并编制了致密油藏压裂、开采数值模拟软件对典型致密油区块进行了数值模拟。结果表明,压裂液注入过程中,基质孔隙膨胀,孔、渗物性增大;高于开启压力时,天然裂缝开启并逐步延伸;高于破裂压力时,岩石破裂形成人工裂缝,储层渗透率大幅升高。在生产过程中,随着地层流体压力的降低,基质孔隙收缩,裂缝开度变窄;当低于闭合压力时,裂缝闭合导致储层渗透率显著的降低。     

致密油藏多级压裂水平井CO2吞吐开发方式研究

我国致密油藏大都采用水平井多级压裂技术进行开发,初期产能较高但产量递减快,亟须补充油藏能量。CO₂吞吐是一种经济有效的增油措施,为致密油藏长期稳定开发提供了新思路。以L致密油藏G油层为例,建立多级压裂水平井单井吞吐模型,用数值模拟的方法研究周期注入量、注入速度、焖井时间等对吞吐开发效果的影响。研究结果表明,在合理吞吐参数下,L致密油藏多级压裂水平井可以获得较好的开发效果。     

不同原生裂缝壁面特征对煤储层压裂造缝影响的对比分析

为了准确认识原生裂缝壁面特征对煤储层水力压裂效果的影响,基于对沁水盆地南部8口煤层气井附近原生裂缝壁面特征以及其压裂效果的解剖观测,对2口典型煤层气井F1和F2附近的原生裂缝壁面特征进行了观测和对比:F1原生裂缝壁面相对曲折、粗糙以及次级裂缝发育,F2则反之。对2口煤层气压裂井开挖解剖发现:煤储层压裂裂缝形态比压裂理论模型推算值及地面监测值更为短而宽;原生裂缝壁面特征对水力压裂效果具有重要影响。研究结果表明:煤储层特有的原生裂缝壁面特征是造成实际的压裂裂缝更为短而宽的重要因素;不同的原生裂缝壁面特征通过影响压裂过程中流体压力降低梯度进而影响最终压裂效果。     

不同扩孔半径下的钻孔水力压裂数值模拟研究

利用RFPA数值模拟软件构建了钻孔水力压裂数值物理模型,分析了应力平衡状态对钻孔水力压裂的影响,研究了不同扩孔半径下的钻孔水压裂纹的发展演化规律。研究得出:破煤压力在钻孔开挖完待应力平衡后加载水压明显降低;随着钻孔扩孔半径的增加,破煤压力、分支裂纹初现水压、最终水压及平均范围角都将降低,水压主裂纹的长度将增加。研究为煤矿井下现场实施水力压裂技术提供了一定的理论支撑。     

储层射孔压裂裂缝起裂与扩展的数值分析

掌握储层水力压裂裂缝的起裂与扩展规律对非常规油气资源开采和提高采收率至关重要。采用水泥砂浆模拟天然页岩,获得了与页岩基本力学参数和断裂韧性一致的相似材料。运用FRANC3D和ANSYS,模拟分析了不同水平应力比和射孔布置方式对水力压裂起裂和扩展的影响。研究表明:利用FRANC3D+ANSYS可以较好地模拟射孔压裂裂缝的起裂和三维空间中的扩展行为。射孔压裂裂缝的起裂压力随水平应力比的增大而减小。射孔方向与最大水平主应力方向一致时起裂压力较小,射孔方向与最大水平主应力成夹角时,裂缝扩展面扭转并趋向于平行最大水平主应力方向。相对于射孔对称排布和交错排布,射孔线性排布时的起裂压力较小。