碳酸盐岩储层缝内暂堵转向压裂实验研究

顺北油气田碳酸盐岩储层非均质性强、连通性差,采用暂堵转向压裂技术可提高裂缝复杂程度,改善开发效果,但碳酸盐岩储层暂堵条件下的裂缝起裂扩展规律尚不明确。为此,采用改进后的三轴压裂物模模拟实验装置,进行了碳酸盐岩暂堵转向压裂实验研究。依次注入压裂液和加有暂堵剂的压裂液,分析了注入暂堵剂前后的施工压力曲线变化情况和暂堵转向压裂后的裂缝形态,从而明确了裂缝暂堵转向规律和实现缝内暂堵转向压裂的条件。研究表明,暂堵可增大裂缝复杂程度;为了实现缝内暂堵转向压裂,岩样内要发育有天然裂缝或层理面,同时暂堵剂能够进入裂缝内并实现封堵,使施工压力升高,从而实现新缝开启或转向。碳酸盐岩缝内暂堵转向规律研究结果为顺北油气田碳酸盐岩储层压裂改造提供了理论依据。      

塔河油田靶向压裂预制缝转向技术模拟研究

塔河油田超深油气资源主要储存于碳酸盐岩天然裂缝、孔洞中,应用预制缝靶向压裂技术可以控制裂缝转向,提高油气产量。采用修正降阻比法计算管柱沿程摩阻,结合裂缝不稳定渗流理论计算缝内压力变化,利用位移不连续法计算裂缝转向距离,建立了裂缝扩展一体化模型。计算分析了缝洞型碳酸盐岩含有预制缝的靶向压裂裂缝扩展方向角度和扩展延伸长度等参数,并将施工参数与压裂裂缝转向距离进行关联,采用有限元法及物理模拟试验进行准确性验证。研究结果表明,压裂液黏度、预制缝角度、地应力差和地层岩石弹性模量等参数与压裂裂缝转向距离呈负相关关系;预制缝长度与裂缝转向距离呈正相关关系;施工排量需要优选,才能得到最优转向距离。靶向压裂预制缝转向技术的模拟研究结果,为塔河油田超深碳酸盐岩储层缝洞储集体的高效开发提供了理论指导和数据支持。      

大尺寸致密砂岩露头水力压裂物理模拟实验

针对沙河子组致密砂岩露头,首次系统开展了50 cm×50 cm×50 cm及以上尺寸岩样的真三轴水力压裂物理模拟实验,在进一步弱化边界效应的前提下,探究了天然裂缝、地应力条件、暂堵工艺等因素对裂缝扩展的影响机制,创新了试件压后裂缝三维形态构建方法.研究结果表明:含天然裂缝岩样,当水平地应力差在9 MPa以下时,天然裂缝产状为压后裂缝形态的关键影响因素,当水平地应力差在12 MPa以上时,天然裂缝产状影响弱化,易形成单一裂缝;无天然裂缝岩样,常规压裂均为单一裂缝,高黏压裂液压后裂缝面相对平直;暂堵后,采用高黏压裂液压裂,易在原裂缝两翼均形成封堵,产生新缝;水平地应力差越大,暂堵压裂新裂缝转向半径越小,距离原裂缝位置越近,改造效果越差.研究结果为致密砂岩现场压裂方案设计提供了有效指导.     

塔河油田碳酸盐岩储层暂堵转向压裂排量优化

塔河油田碳酸盐岩储层暂堵转向压裂成功,但施工过程中排量参数尚未有计算数据支撑,不利于暂堵转向重复酸压技术推广应用。以裂缝几何形状模型为基础,利用数值迭代方法建立了暂堵转向压裂排量优化设计模型,确定了碳酸盐岩暂堵阶段和压裂阶段最优化排量,形成了“低排量注入暂堵液封堵尖端,高排量注入压裂液实现转向”的暂堵转向施工方法。分析发现:排量要同时满足转向压力需求和裂缝长度需求;随着时间延长,排量开启裂缝扩展长度逐渐无法满足暂堵剂所需裂缝长度,暂堵剂起不到转向作用。利用优化设计模型对现场条件进行排量优化表明,暂堵阶段排量控制在3.0 m3/min以下、压裂液压裂阶段施工排量控制在6.0 m3/min以上,最适合转向压裂。研究为现场应用提供了理论支撑。     

绒囊暂堵剂在深层碳酸盐岩储层转向压裂中的应用

为了明确绒囊暂堵剂在深层碳酸盐岩储层转向压裂中的适应性,选取塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩THX井岩心作为样品,开展了注入绒囊暂堵剂前后的岩石力学特征评价实验和绒囊注入含裂缝岩心后的封堵压力实验,然后在THX井进行了现场试验,首次评估了绒囊暂堵剂用于碳酸盐岩深井暂堵酸化的效果。研究结果表明:①绒囊注入后岩石弹性模量减小、泊松比增大、岩心弹塑性应变增大,从而提高了岩心的韧性变形能力;②封堵压力实验结果显示,绒囊暂堵后裂缝承压能力逐渐提升,在注入压力峰值后未出现"悬崖式"陡降,说明绒囊韧性封堵带已经形成且具有明显的封堵作用;③绒囊暂堵后裂缝封堵压力与裂缝宽度成负指数关系,并且随着裂缝宽度的增加,暂堵剂承压力达到稳定的时间缩短;④绒囊暂堵剂注入岩石后提升了岩石的抗变形能力,绒囊暂堵裂缝后在缝内形成憋压,当缝内净压力超过水平地应力差时强制裂缝转向,并且绒囊暂堵剂可以耐130℃高温。结论认为,绒囊暂堵剂能够满足深层碳酸盐岩暂堵转向压裂的需求。     

页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展规律模拟

暂堵转向压裂技术是提高非常规油气产能的重要方法之一,在非常规油气藏储层改造中已经得到了广泛应用。为进一步认识威远地区页岩气藏暂堵转向压裂裂缝扩展特征,文中通过真三轴大物模实验研究了暂堵转向压裂压力响应与岩样破裂形态,验证了暂堵产生复杂缝网结构的可行性,明确了在不同应力差条件下的暂堵后裂缝起裂规律;同时采用ABAQUS软件黏结单元模拟裂缝的起裂与扩展,研究了不同水平应力差、不同偏转角下暂堵转向压裂裂缝扩展规律。研究结果表明：水平应力差对初次裂缝与暂堵转向裂缝的开启与扩展均具有显著的影响,水平应力差越小时,一次和二次压裂时岩样的破裂压力就越大,岩样越不容易被压碎。裂缝扩展阻力的不断增加,提升了缝内净压力与裂缝宽度;相交缝二次扩展后开启的新裂缝与一次压裂夹角越小,新裂缝扩展效果越好。该研究对威远地区现场压裂和缝网形态预测具有一定的理论指导和借鉴意义。     

复合暂堵转向酸化压裂技术在塔河油田的应用

为了解决塔河油田碳酸盐岩储层水平井分段酸化压裂过程中存在的机械封隔分段工具下入困难、坐封可靠性差、压裂后工具滞留井中影响后续作业的问题,开展了复合暂堵转向酸化压裂技术研究。该技术通过转向酸、尾追多尺度纤维段塞和可溶性暂堵颗粒的复合作用实现暂堵酸化分段压裂。对塔河油田缝洞型储层转向酸化压裂改造可行性进行了分析,并对工艺参数进行了优化,形成复合暂堵转向酸化压裂工艺技术。该技术在塔河油田现场应用9井次,有效率为95%,压裂后累计增油超过10×10⁴t,增油效果明显。复合暂堵转向酸化压裂技术可解决塔河油田水平井机械封隔分段酸化压裂过程中存在的诸多问题,对同类油田的酸化压裂有指导意义,值得推广。     

暂堵压裂在低渗透油田的研究与应用

针对低渗储层,裂缝侧向存在大量死油区、微裂缝和隔夹层发育等问题,通过向储层裂缝加入暂堵剂提高缝内净压力开启微裂缝,实现裂缝转向,并在纵向突破隔夹层的限制,更大程度地动用剩余油。经过多年研究和现场应用,暂堵压裂形成了缝口暂堵压裂、缝内暂堵压裂、多缝压裂和复合缝网压裂等4项工艺技术,现场大量试验和应用证明暂堵压裂可以达到很好的增油效果。     

塔河油田井筒转向酸压技术研究与应用

塔河油田属于缝洞型碳酸盐岩油藏,新井大多数需要酸压改造才能投产,采用常规的酸压只能形成一条主裂缝,储层动用程度低。经过多年的探索,在前期暂堵转向工艺的基础上,研究应用了转向酸+可降解纤维+多粒径可降解颗粒的复合暂堵工艺,实现了井筒内的转向酸压,有效提高了长裸眼井段的动用程度。     

深层—超深层裂缝性致密砂岩气藏加砂压裂技术——以塔里木盆地大北、克深气藏为例

目前国内对于深层—超深层裂缝性致密砂岩气藏实施压裂改造的技术瓶颈主要是耐高温加重压裂液的性能和分层改造技术。为此,以塔里木盆地大北、克深气藏为例,在开展天然裂缝开启条件、垂向地应力和裂缝性砂岩暂堵转向等压前评价的基础上,研制了耐高温加重压裂液,研发了针对深井与超深井的常规加砂压裂技术以及以提高长井段储层纵向动用程度为目的的暂堵转向复合压裂技术,并进行了现场应用实验。结果表明:(1)在天然裂缝的激发阶段,应提高净压力,采用小粒径支撑剂降滤或暂堵等技术措施,改造天然裂缝且使其保持一定的导流能力;(2)在主裂缝的造缝阶段,应调整排量控制净压力,采用冻胶造缝的连续加砂模式,沟通天然裂缝;(3)压裂液选用KCl和NaNO_3无机盐加重,其中NaNO_3加重压裂液最高密度达1.35 g/cm~3,最高耐温180℃;(4)常规加砂压裂技术应用在天然裂缝发育一般或不发育的储层,压裂管柱以直径88.9 mm的油管为主,使用KCl或NaNO_3加重压裂液,压裂后的产气量比压裂前可提高2~5倍;(4)暂堵转向复合压裂技术应用在天然裂缝较发育的长井段储层,压裂管柱以直径114.3mm的油管为主,使用NaNO_3加重压裂液,压裂后的产气量比压裂前可提高1~3倍。结论认为,所形成的加砂压裂系列技术能够为塔里木盆地深层—超深层裂缝性致密砂岩气藏的高效开发提供技术支撑。     

绒囊暂堵转向压裂裂缝转向能力及其力学机理分析

现场已用绒囊转向剂实施造缝转向,其转向力学机理尚未研究。室内利用7枚?25 mm致密砂岩天然岩心人工造缝模拟压裂后初始裂缝,选择其中3枚注入绒囊转向剂实施封堵,利用三轴试验机测量7枚岩心径向应力-应变曲线,计算绒囊转向剂封堵后岩心水平应力差值5.33MPa,相对未封堵岩心水平应力差值8.57 MPa下降37.81%。绒囊转向剂封堵后岩心脆性系数0.45降至0.16,下降64.44%。实验表明,利用绒囊转向剂封堵裂缝可提高岩石整体强度,降低岩石水平应力差,为重复压裂后新缝转向提供力学环境。室内以300 mm×300 mm×300 mm大尺寸岩心模拟地层,在真三轴压裂模拟系统中利用胍胶压裂形成初始裂缝后,注入绒囊转向剂实施暂堵,再注入胍胶模拟二次压裂。测试二次压裂破裂压力相对初次压裂升高约10 MPa,剖开岩心定性观察暂堵后二次压裂岩心中新缝与初始裂缝方向差异明显,未封堵岩心中新缝与初始裂缝方向重合。研究认为,绒囊转向剂通过提高含裂缝岩石破裂压力,降低地层水平应力差值,增大新缝起裂角度,促使裂缝转向。     

缝洞型碳酸盐岩储层压裂效果评价方法试验研究

目前,由于缺乏缝洞型碳酸盐岩储层压裂裂缝沟通效果评价体系,无法实现压裂改造效果量化评价,因而需要针对缝洞型碳酸盐岩特征建立压裂改造效果评价方法。利用人造缝洞型碳酸盐岩岩心进行了水力压裂物理模拟试验,基于试验结果建立了符合缝洞型碳酸盐岩压裂特征的评价标准,提出了“缝洞沟通系数”的概念,然后利用该系数定量分析了地应力差对缝洞型碳酸盐岩压裂效果的影响。试验发现:用以评价压裂效果的SRV系数无法准确评价缝洞型碳酸盐岩压裂效果,而缝洞沟通系数可以针对此类缝、洞发育的岩石情况作出准确的压裂效果评价;利用缝洞沟通系数评价了水平地应力差对缝洞碳酸盐岩压裂效果的影响,发现随着地应力差增大缝洞沟通系数先降低后升高。研究结果表明,缝洞型碳酸盐岩储层中各因素对压裂改造效果的影响规律与常规储层不同,利用缝洞沟通系数分析压裂裂缝扩展沟通情况针对性更强、评价缝洞碳酸盐岩储层压裂改造效果更有效。      

双重介质低渗透储层的压裂诊断与施工工艺

针对低渗透双重介质储层压裂过程中天然裂缝对压裂液滤失的影响，在Nolte压裂压力降落分析方法的基础上，对依赖于压力的滤失特征进行了分析，形成了压力降落过程识别天然裂缝滤失的基本方法，提出了压裂过程中依据天然裂缝与现今地应力场关系、裂缝开启压力等因素，模拟分析天然裂缝对压裂裂缝延伸动态影响的方法。压裂井例的分析表明，受天然裂缝的影响，压裂液的滤失系数高出同类储层一个数量级以上，为此根据天然裂缝的滤失特征提出了分步加砂、分级暂堵工艺，较好地解决了该类储层压裂易早期砂堵的问题。     

深层页岩气水力裂缝起裂与扩展试验及压裂优化设计

受地质构造、成岩作用等多方面因素影响,深层页岩的层理发育程度、脆性指数、岩石力学特性、最小水平主应力梯度及水平应力差都与中深层页岩有明显差异,使人工裂缝起裂压力更高,裂缝复杂程度更低,从而极大地影响了深层页岩气地层的体积压裂设计和安全施工。为此,利用大尺寸岩样,模拟研究了深层页岩气地层的水平应力差、压裂流体黏度、施工排量等地层和工艺参数及缝内暂堵措施对人工裂缝的起裂与扩展特征的影响规律。研究发现,裂缝起裂与扩展特性受层理胶结强弱、水平应力差及前置液黏度等因素影响较大,压裂裂缝容易沿层理起裂导致早期憋压超压,从而使施工失败,高应力差条件下裂缝扩展形态相对简单,前置中黏压裂液、缝内暂堵等措施有利于裂缝多次破裂、产生次生裂缝使裂缝复杂化。在此基础上,提出了密切割分段、短簇距射孔、组合液体及变排量施工等压裂优化设计方案,现场应用后深层页岩气产量获得了重要突破。      

塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层测井识别与评价

塔河油田奥陶系油藏属于多期构造和岩溶作用形成的岩溶缝洞型碳酸盐岩油藏,主要的储集空间是溶蚀的孔、洞、缝,具低孔、各向异性强、非均质性强三大特点,储层的测井识别与评价与砂岩油藏有很大的差别.以岩心标定为基础,总结了成像测井可识别的主要储层类型.在此基础上,研究了各种类型储层的常规测井响应特征及储层的测井识别方法,分析了影响储层判别的各种假储层现象及识别方法.在岩心、成像测井资料标定的基础上,建立了裂缝综合概率模型、双孔介质模型,实现了缝洞型碳酸盐岩储层的常规测井资料定量评价,在塔河油田奥陶系储层测井评价中取得了较好的效果.     

武隆区块常压页岩气水平井分段压裂技术

渝东南武隆区块页岩气储层水平应力差较大,高角度裂缝及层理缝发育, 难以形成复杂体积裂缝,低角度裂缝较难开启,裂缝转向难度大,同时储层为常压储层,要实现经济开发难度较大。为此,在分析武隆区块常压页岩气储层压裂改造技术难点的基础上,以提高裂缝的复杂程度、增大储层改造体积为目标,以滑溜水为压裂液,通过优化射孔簇间距、射孔簇长度和簇间暂堵,提高高应力差异系数下裂缝的复杂程度;采用连续加砂工艺和优化压裂规模,提高裂缝导流能力和保证裂缝在页岩气储层中延伸,形成了适用于武隆区块常压页岩气水平井的分段压裂技术, 并在隆页2HF井进行了现场试验,压裂后产气量达9.4×104 m3/d。分析隆页2HF井压裂资料发现,应用该技术可以提高裂缝复杂程度,形成网络裂缝,提高常压页岩气单井产量,从而实现常压页岩气的经济开发。      

缝洞型碳酸盐岩储层循缝找洞压裂技术

深层及超深层缝洞型碳酸盐岩溶洞是油气的主要储集空间,压裂裂缝受地应力控制主要沿水平最大地应力方向扩展,并沟通该方向上的溶洞,其他方向的溶洞无法与井眼连通,导致井周储量动用程度低。根据碳酸盐岩储层伴生缝洞发育特点,提出循缝找洞的储层改造思想,即压裂过程中通过控制泵注压力注入流体,流体遵循原生天然裂缝的展布形态进行流动,形成相互连通的人工裂缝通道,沟通不同方向的多个溶洞,减少地应力对压裂裂缝形态的影响。通过构建含天然裂缝网络和溶洞的模型,采用TOUGH2-AiFrac耦合求解算法,研究天然裂缝数量、走向对压裂裂缝沟通溶洞的影响规律。结果显示天然裂缝走向对压裂裂缝扩展轨迹有较大影响,天然裂缝走向偏向溶洞有利于压裂裂缝沟通溶洞;不同数量、不同走向的天然裂缝网络能够有效连通不同方向的多个溶洞,说明能通过循缝找洞实现井周储量的高效动用。以循缝找洞思想为指导形成的技术方案现场应用85井次,2020年增加原油产量16.12万t,为深层及超深层缝洞型碳酸盐岩油气藏的改造增产提供了方向。