吉木萨尔页岩油藏人工裂缝导流能力动态变化规律

为研究吉木萨尔页岩油藏人工裂缝导流能力动态变化规律,基于新疆吉木萨尔页岩油藏储层条件,采用钢板、岩板和粒径相同的陶粒和钢砂,开展不同闭合压力裂缝导流能力实验。结果表明：随着闭合压力增加,裂缝导流能力逐渐降低,可分为三个阶段。第一阶段,闭合压力小于20MPa支撑剂被压实;第二阶段,20~60MPa支撑剂随着闭合压力增加嵌入岩板深度增加;第三阶段30~60MPa支撑剂随着闭合压力增加破碎率逐渐增大。裂缝导流能力降低的因素主要有三种,支撑剂被压实、嵌入岩板和破碎,影响程度：压实＞嵌入＞破碎,大小分别为72.03%、14.28%、8.64%。     

通道压裂裂缝导流能力影响因素研究

为了研究高速通道压裂裂缝内的支撑规律及裂缝导流能力,利用FCES-100导流仪对砂岩岩板进行室内导流能力测试。对比通道压裂铺砂与连续铺砂裂缝导游能力的差异,分析了纤维浓度、铺砂方式和支撑剂类型对通道压裂裂缝导流能力的影响。实验结果表明:低闭合压力下,通道压裂裂缝比连续铺砂裂缝导流能力大,随着闭合压力增加,通道压裂裂缝导流能力下降速度更快;纤维缠绕支撑剂形成网状结构,增加支撑剂团的稳定性,压裂液中最佳纤维质量分数为0.5%;支撑剂团的面积变化系数越大,通道压裂裂缝导流能力越低;支撑剂团块总面积大有利于增大通道压裂裂缝承压能力,但总面积过大裂缝导流能力反而会降低;对比通道压裂中3种支撑剂,覆膜砂的效果最好,其次是陶粒,石英砂效果最差。     

单层铺砂条件下支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力影响实验研究

在支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力影响实验中,主要研究了裂缝闭合应力对支撑剂嵌入深度的影响和支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力的影响。研究发现,支撑剂嵌入深度随着闭合压力的增大而增大,但并不遵循线性关系,当闭合压力大于25 MPa时,嵌入深度与闭合压力呈直线关系。单层铺砂浓度下,裂缝导流能力随嵌入深度的变化非常明显,趋近于线性变化,对压力较为敏感。文中还建立了支撑剂嵌入深度对裂缝导流能力影响的定量计算模型,可以用来预测支撑裂缝的导流能力,对现场压裂有一定的指导意义。     

超深碳酸盐岩储层通道加砂酸压导流能力实验

随着碳酸盐岩储层逐步向超深层开发,储层闭合应力增加,需要提高酸蚀裂缝在高压下的导流能力。将高通道加砂的方式与酸压相结合,通过实验测试优选支撑剂的强度及铺置方式,并测试了酸岩反应后连续加砂与通道加砂下的导流能力。实验结果表明,采用高强度的陶粒支撑剂可以有效地提高酸蚀裂缝在高压下的导流能力。在相同的加砂强度条件下,增加支撑剂团块的数量可以降低单个支撑剂柱的有效应力,提高支撑剂柱在高应力下的稳定性。在50 MPa应力条件下,采用86 MPa陶粒、高通道铺砂的方式,裂缝复合导流能力较常规酸蚀可以提高51%以上;90 MPa应力条件下,导流能力增加幅度达到700%以上。通过改变铺砂方式,既可以节约支撑剂数量,降低施工风险,也可以形成稳定牢固的通道支撑,大幅度提高超深碳酸盐岩储层酸蚀裂缝的导流能力。     

提高均质致密碳酸盐岩储层酸蚀裂缝导流能力效果研究

均质致密碳酸盐岩储层岩心经酸刻蚀后主要形成均匀刻蚀形态,裂缝主要通过少量凸起点支撑,岩性较软或在储层闭合应力时支撑点容易破碎或嵌入裂缝壁面使得裂缝大部分闭合,无法形成有效的自支撑渗流通道。通过向酸蚀裂缝内加入一定量的支撑剂能有效提高酸蚀裂缝导流能力。深入研究支撑剂粒径、铺砂浓度以及闭合应力等因素对酸蚀裂缝导流能力的改善情况。结果表明:自支撑裂缝随闭合压力增大下降迅速,在34.5 MPa时的导流能力已不足初始闭合压力下的2%,难以在储层闭合压力下有效保持,达不到长期增产的目的。增加额外支撑点的酸蚀裂缝,其导流能力在储层闭合压力下是自支撑裂缝导流能力的3~7倍。大粒径支撑剂能提供更高的裂缝导流能力,在酸压允许的情况下尽量选用大粒径支撑剂。现场对PG4井进行了加砂酸压改造技术,获得了6.314×104m3/d的产量,证实了均质致密碳酸盐岩储层酸压改造中提供额外裂缝支撑剂的必要性。     

单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力实验研究

为了深入研究煤岩压裂裂缝导流能力,运用FCES-100裂缝导流仪测试了低铺砂浓度尤其是单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力,并考虑了嵌入作用、天然裂缝等因素的影响.实验结果表明:在较低闭合压力下单层铺砂能够支持煤岩裂缝,获得理想的导流能力;不同煤岩由于力学性质的不同,单层铺砂导流能力存在较为明显的差异,在高闭合压力下支撑剂嵌入对质软的煤岩裂缝导流能力伤害严重;时间和实验煤岩板上存在的天然裂缝对单层铺砂煤岩裂缝导流能力存在影响.     

页岩气储层水力压裂复杂裂缝导流能力实验研究

为研究页岩气储层水力压裂后复杂裂缝导流能力,运用FCES-100裂缝导流仪,选取页岩地面露头岩心,加工成符合实验要求尺寸岩心板,将页岩复杂裂缝简化为转向裂缝和分支裂缝两种形式,用陶粒和覆膜砂两种类型支撑剂进行导流能力实验测试。实验结果表明:裂缝形态对导流能力影响较大,裂缝转向后导流能力明显低于单一裂缝,低闭合压力条件下转向裂缝与单一裂缝导流能力相差35%~40%,随闭合应力增大,差距逐渐增大;低闭合压力下陶粒导流能力高于覆膜砂,而当闭合压力增大后覆膜砂的导流能力反超陶粒,低铺砂浓度下反超趋势更加明显;分支裂缝存在时,等量支撑剂多条分支裂缝的等效导流能力小于单一裂缝,高闭合压力下分支裂缝中不同分支铺砂浓度的差异越大,导流能力与单一裂缝越接近。     

考虑支撑剂变形的压后支撑缝宽预测新模型

支撑剂嵌入裂缝壁面会降低人工裂缝的导流能力,加快产能递减,使前期的压裂增产施工效率降低,甚至无效化。因此,在生产实践中,多采用多层铺置的模式增加裂缝导流能力,降低支撑剂嵌入及变形的负面影响。但是,现有支撑剂嵌入模型大多建立在支撑剂正方形排列单层铺置的基础上,模型太过理想化,对嵌入后导流能力的模拟并不准确。为使模型计算结果更接近实际,充分考虑支撑剂菱形排列多层铺置对压后支撑缝宽的影响,基于弹性力学和Hertz接触理论对支撑剂在原地应力作用下的应变进行分析,建立了压后支撑缝宽变化的数学模型,并结合实验数据与模型计算结果,对闭合压力、粒径、支撑剂铺置层数等参数进行了敏感性分析,认为适当增加支撑剂铺置层数和选用较大粒径支撑剂有利于降低压后缝宽变化幅度;最后分析了不同储层弹性模量下支撑剂变形量与嵌入量的相对大小,给出了根据云图图版优选不同弹性模量支撑剂的方法。该研究对加砂压裂施工中的砂比优化和支撑剂类型优选具有一定指导意义。     

支撑剂铺置模式及其对水力裂缝导流能力的影响规律

为确定支撑剂铺置模式对水力裂缝导流能力的影响规律,通过对加砂和返排过程中支撑剂颗粒的定性受力分析,研究了支撑剂在水力裂缝内的铺置模式,在此基础上建立了支撑剂颗粒数目以及裂缝导流能力的理论计算模型,定量地把支撑剂铺置模式和裂缝导流能力关联起来.结果表明:支撑剂在裂缝内的铺置过程为通过受迫流动形成的两阶段非自然堆积过程,包括支撑剂颗粒被高黏度携砂液高速携带进裂缝内部的无序随机渐次堆积以及在工作液反向携带和裂缝有效闭合压力共同作用下的有序紧密压实堆积.根据最大填充率能量原理和颗粒堆积稳定性原理,经过两阶段的非自然堆积过程后,支撑剂颗粒的配位数会越来越大,颗粒体系的填充率会越来越大,颗粒之间的孔隙体积会越来越小,直至达到最稳定的六方密堆积或立方密堆积或二者的混合模式.六方密堆积模式和立方密堆积模式所对应的裂缝导流能力基本相当,但远低于正方体堆积模式.在实际压裂施工过程中,即便支撑剂颗粒体系可能达不到也会趋近这两种紧密堆积模式,最终的裂缝导流能力仍然会远小于立方体堆积模式.本文的理论模型以及研究结论可为水力压裂设计提供分析工具和理论依据.     

盐间非砂岩地层支撑裂缝长期导流能力实验研究

盐间非砂岩地层是强度较低、塑性变形量大、流变性强的储层,如果支撑剂选择不当,支撑剂嵌入将很严重,支撑裂缝的长期导流能力将损失巨大.运用FCES-100裂缝导流仪,模拟盐间非砂岩地层的温度与闭合应力条件,采用3种支撑剂、2种铺砂浓度,进行了盐间非砂岩地层岩石的支撑裂缝长期导流能力实验.发现:盐间非砂岩地层的支撑剂嵌入问题较严重,有必要使用高铺砂浓度、优质以及大粒径的支撑剂,以获得更高的支撑裂缝长期导流能力.根据实验结果回归出了在70℃、20MPa闭合压力情况下,支撑裂缝导流能力随时间变化的关系式,可以用其来预测盐间非砂岩地层中支撑裂缝导流能力的衰减趋势,对现场压裂有一定指导意义.     

压后返排支撑剂回流模型研究(英文)

支撑剂回流是压后返排工艺中一个重要的评价标准.在分析了支撑剂运移回流的物理过程基础上,对于裂缝闭合前后支撑剂不同的受力情况,建立了支撑剂回流力学模型.计算结果表明:裂缝闭合前,沉降在裂缝底部的支撑剂不易发生回流,悬浮在裂缝上部的支撑剂较易发生回流.裂缝闭合后,闭合应力开始作用在支撑剂上,颗粒之间胶结更加紧密,发生回流需要的临界流速也变得更大.破胶压裂液粘度直接影响支撑剂回流效果,粘度越大,返排临界流速越小,支撑剂回流越容易发生.裂缝闭合前采用小流速返排,裂缝闭合后增大返排流速,同时尽可能降低破胶压裂液粘度,即可使压裂液得以尽快返排,同时保证了尽可能多的支撑剂停留在裂缝中,该模型丰富和完善了压裂返排支撑剂回流理论.     

高强度耐酸支撑剂的研制与开发

目前国内常用支撑剂普遍抗酸蚀性能差、密度高、抗压强度低,难以满足塔河油田压裂与酸化复合改造工艺的要求.为此,研制开发了新型高强度支撑剂H-1.其性能测试表明,酸溶解度为1.6%,在86 MPa下的破碎率为2.1%,在高温、高闭合应力及强酸性环境中可保持较高的导流能力,可满足塔河油田压裂与酸化复合改造的要求.     

压裂直井压后返排油嘴直径优选方法

随着非常规能源的开发,压裂技术得到了更广泛的应用。压后强制返排技术是保证裂缝高导流能力的有效措施;然而,选取合理的油嘴直径进行返排一直是现场施工的难题。油嘴直径过大,会造成支撑剂大量回流;油嘴直径过小,压裂液向储层大量滤失,对储层造成伤害,不利于油气增产。利用物质平衡原理,在支撑剂回流启动模型的基础上,结合裂缝的闭合特性,导出了压裂液返排过程中井口压力与最优返排油嘴直径的关系式,为现场施工提供指导。分析表明,裂缝闭合时机是油嘴选取的临界状态,裂缝闭合前,支撑剂在裂缝中启动流速低,不宜用大油嘴返排;裂缝闭合后,最优返排油嘴随压降变化敏感,可以及时更换大油嘴进行返排。     

高阶煤支撑剂嵌入模型

 支撑剂嵌入煤层会损害压裂支撑裂缝导流能力。目前关于煤岩支撑剂嵌入的研究主要为实验研究,缺乏相应的理论数值计算模型。为此,对沁水盆地端氏、曲堤和候村高阶煤层的支撑剂进行嵌入实验,分析了闭合压力和煤岩坚固性系数对支撑剂嵌入的影响;根据Langmuir 定律,推导出二维多层支撑剂嵌入煤岩的缝宽模型和压嵌模型,利用实验数据对模型进行了验证。结果表明：支撑剂嵌入煤岩时,存在临界嵌入压力,煤岩坚固性系数越小,临界嵌入压力越小,支撑剂越易嵌入煤岩;在闭合压力小于30 MPa 时,支撑剂嵌入煤岩程度小于支撑剂粒径的1/2 时,模型计算结果与实验测试结果相似程度较高,推导出的缝宽模型和压嵌模型能有效指导沁水盆地高阶煤层的水力压裂施工设计。     

页岩自支撑裂缝导流能力预测方法研究

页岩气井的产能主要取决于支撑剂充填层裂缝和储层剪切滑移形成的自支撑裂缝提供的导流能力，目前对页岩自支撑裂缝导流能力变化规律和影响机理的认识仍不够充分，采用分形理论方法，引入裂缝开度分形维数和迂曲度分形维数对裂缝空间进行定量表征，建立了考虑闭合应力作用的自支撑裂缝导流能力数学模型。开展自支撑裂缝导流能力实验，结果显示初期裂缝导流能力可达30~50 D·cm，在40 MPa的闭合压力下仍可保持在1 D·cm以上；理论模型预测的结果与实验测试结果基本吻合；模型敏感性分析表明，裂缝开度分形维数与导流能力呈正相关关系；迂曲度分形维数与导流能力呈负相关关系。利用此方法可实现自支撑裂缝导流能力的快速、准确预测，为合理预测气井产能提供支撑。     

致密气藏多尺度支撑机理研究与应用

致密砂岩气作为重要的非常规天然气资源,需经过压裂改造才能实现有效开发。选取四川盆地致密砂岩露头岩芯,雕刻制作粗糙裂缝面岩板开展多尺度裂缝导流能力和支撑剂回流实验,分析导流能力及支撑剂回流的影响规律。研究表明,为了获得较高且稳定的导流能力,近井主裂缝需要有足够的支撑剂以提供更大的剩余缝宽,远井剪切裂缝只加入少量小粒径支撑剂也能有效改善高闭合应力条件下的导流能力;对于支撑剂充填的主裂缝,裂缝导流能力随着闭合应力和支撑剂浓度的变化存在临界闭合应力及临界支撑剂浓度。在支撑剂充填层中加入纤维,临界出砂流速呈数量级增长,可以有效预防压后裂缝的支撑剂回流。致密气藏多尺度支撑理念在四川盆地川西拗陷致密气储层开展的压裂工程实践取得了显著的增产效果,为中国致密气藏经济高效开发提供了有效支撑和借鉴。     

支撑裂缝导流能力新型实验研究

借鉴API标准导流实验原理及流程,设计了一套裂缝导流能力测试系统。导流室采用圆柱形腔室,可以最大限度的利用钻井岩心,提高了导流能力测试实验的经济性和实用性。在相同实验条件下,分别采用圆柱形导流室和API标准导流室进行了对比研究,两者所得裂缝导流能力变化趋势基本相同。用本测试系统研究了闭合压力、铺砂浓度、支撑剂嵌入等因素对导流能力的影响规律。结果表明,支撑裂缝导流能力随闭合压力的增大而减小,随铺砂浓度的增大而增大,且存在一个最佳值,随支撑剂嵌入程度增大而减小。