限流法压裂射孔方案优化设计

限流法压裂是低渗透多油层油藏挖潜改造的主要方法,它设计的关键是各层射孔方案的优化。传统的方法是根据各小层的厚度确定射孔数,再由射孔数按比例计算施工过程中各层进液量和砂量,没有综合考虑各层的物性对改造规模和射孔数的影响,以及施工过程中井筒、炮眼和裂缝内摩阻等对各层进液量的影响。建立了限流法压裂施工过程中各层流量随时间、地层物性和射孔数变化的数学模型,与裂缝几何参数模型联立可进行射孔方案优化设计。通过大庆长垣内部油田22口井的试验,取得了较好的增产效果和经济效益。     

水平井分段多簇压裂模拟分析及射孔优化

针对缝间应力干扰造成的段内各裂缝非均匀延伸问题,建立综合考虑应力干扰、流固耦合、多裂缝流量分配的分段多簇压裂裂缝动态延伸数值模型。基于建立的数值模型,研究了射孔孔眼摩阻、射孔簇间距、储集层岩石弹性模量、压裂液黏度对多条水力裂缝延伸形态的影响。模拟结果表明,考虑射孔孔眼摩阻时裂缝发育较为均衡;随着簇间距缩小、岩石弹性模量或压裂液黏度增大,应力干扰增大,导致部分裂缝缝宽变窄而减少进液,加剧了段内各裂缝的非均匀延伸。合理的孔眼摩阻能够有效促进多裂缝均匀延伸,为此提出了简便的射孔孔眼摩阻优化计算方法。通过估算压裂过程中缝间诱导应力值,定量计算出维持压裂段内裂缝均匀延伸所需的孔眼摩擦系数,并以此优选合理的射孔工程参数。采用射孔摩阻优化方法对1口水平井射孔参数进行计算,数值模拟结果及现场压裂效果显示,优化后的射孔参数能够有效维持各裂缝均衡发育。     

水平井限流压裂射孔参数优化

水平井限流压裂主要是经过射孔孔眼产生的节流摩阻实现的,因而,裂缝所对应的射孔参数是实现限流压裂的关键。目前,国内外文献关于限流压裂的射孔优化大部分没有结合压裂模型,也没有给出各个射孔簇之间参数的定量关系。文中通过给定水平井段地层和压裂参数,使用拟三维模型计算每一条裂缝所吸收的排量和缝口压力,再结合限流压裂的流量平衡和压力平衡关系,得出了各个射孔簇有效孔眼当量直径间的关系式。计算结果表明:在压裂段储层力学性质和裂缝尺寸设计相同时,每个射孔簇的有效孔眼当量直径从水平井的跟端到趾端依次增加,在孔眼直径相同的情况下,相应的孔眼数和射孔簇的簇长也需要增加;当储层性质变化或者设计缝长不相同时,各个射孔簇的最优孔眼数和簇长可以定量确定。研究结果为限流压裂射孔参数的优化和射孔枪的选择提供了指导。     

利用限流射孔提高川西气田合压效果工艺技术分析

针对需要多层合压改造的川西气田储层特点 ,采用了限流射孔工艺实施多层合压 ,效果较为理想。经分析认为 ,限流射孔所产生的孔眼摩阻及多裂缝扩展是影响后续压裂效果的主要因素。     

地应力对垂直裂缝高度的影响及缝高控制技术研究

地应力是影响垂直裂缝高度最重要的因素，理想的裂缝高度等于目的层的厚度，裂缝在垂向上过度延伸会带来很多不利影响。在前人研究的基础上，总结了地应力与裂缝高度的关系、裂缝垂向过度延伸的影响、目的层与邻近地层最小水平主应力的关系、裂缝高度控制的对象及缝高控制工艺技术，对压裂设计和现场施工具有一定的指导意义。     

压裂裂缝垂向延伸的人工控制技术

本文较为详细地分析了垂直裂缝高度人工控制技术机理,在此基础上提出在压裂裂缝形成初期,填加低密度上浮剂或高密度下沉刻,从而增大裂缝垂向末梢的阻抗值和假滑动效应,形成人工遮挡层,限制裂缝垂向上的过度延伸,防止压穿上下水层,提高压裂液效率、裂缝效率及压裂的有效性,降低压裂成本,增加油井产量。通过实例计算分析,说明本文所用方法在垂向裂缝的人工控制上是可行的。     

射孔孔眼磨蚀对分段压裂裂缝扩展的影响

非常规油气藏分段压裂施工中常利用射孔限流法促进段内多条水力裂缝均匀发育,压裂过程中,支撑剂会逐渐磨蚀射孔孔眼,致使射孔孔眼的限流作用失效。为研究射孔孔眼磨蚀现象对分段压裂中多裂缝发育的影响情况,耦合了孔眼磨蚀模型和水力裂缝扩展模型,建立了考虑射孔孔眼磨蚀的水平井分段压裂裂缝扩展模型。模拟结果表明:随着支撑剂磨蚀破坏射孔孔眼,孔眼的限流能力显著下降,导致压裂段内各水力裂缝尺寸差距增大。基于所建立的数值模型,研究了不同支撑剂浓度、压裂液排量条件下射孔孔眼磨蚀对压裂段内多条水力裂缝扩展的影响。结果表明:(1)压裂液内支撑剂浓度越高,射孔孔眼初期的磨蚀速度越快;(2)支撑剂浓度变化对段内裂缝扩展延伸的影响较小;(3)压裂液排量越高,射孔孔眼限流效果越好,压裂段内各裂缝发育越均匀。最后建议在分段压裂施工中尽可能提高压裂液排量,这将有助于压裂段内各裂缝的均衡发育。     

人工压裂形成多裂缝的可能性研究

人工裂缝形太对压裂效果至关重要，压裂设计中首先要考虑的就是裂缝裂态。随着固井质量提高和射孔深度加大，井周应力集中变得复杂，射孔壁的应力集中已不容忽视，每一个射孔都能成为一个独立的破裂源，射孔方位不同，应力集中也不同，这可能影响人工裂缝的形成与形态，并存在出现多条人工裂缝的可能性，分析套管射也壁的应力集中状态，讨论裂缝延伸的阻力和每一次射孔诱发人工裂缝的优先顺序，并讨论应力状态对裂缝形态的影响和初裂缝缝态与射孔方位的关系。依据大庆喇萨杏油田应力测试结果，分析深射孔条件下的人工裂缝裂，结论是：若射忆方位随机，800－1200m深度出现人工直立初裂缝或水平初裂缝的概率大体相同，所需破裂压力也相近，一次压裂可能出现多条裂缝；控制射孔方位可以控制人工初裂缝形态；由于该水平最小主主应力与垂向主应力相近，初裂缝可以保持原来的形态独立延伸。图3表2参5（刘建中摘）。     

地应力对垂直裂缝高度的影响及缝高控制技术研究

地应力是影响垂直裂缝高度最重要的因素,理想的裂缝高度等于目的层的厚度,裂缝在垂向上过度延伸会带来很多不利影响。在前人研究的基础上,总结了地应力与裂缝高度的关系、裂缝垂向过度延伸的影响、目的层与邻近地层最小水平主应力的关系、裂缝高度控制的对象及缝高控制工艺技术,对压裂设计和现场施工具有一定的指导意义。     

限流压裂设计和数值模拟方法研究

基于三维水力裂缝几何模型，根据限流压裂设计中流体流动与循环电路中电流流动的相似性，建立一个计算限流压裂设计中各层注液量分配的数值模型。根据所建立的模型，对比分析了炮眼个数、地层特性等因素对限流压裂施工的裂缝几何参数的影响程度，得知影响限流压裂设计中裂缝几何参数的主要因素是各层炮眼个数、最小主应力和地应力差。因此，进行限流压裂设计必须综合考虑炮眼个数、地层特性等因素对限流压裂施工的裂缝几何参数的影响，以准确预测各层裂缝几何参数和改造程度。     

压裂施工动态摩阻模型建立及其敏感性分析

准确掌握压裂施工动态是提高压裂工艺成功率的关键,施工压力是反映压裂施工动态的最直接有效的指标,而压裂施工动态摩阻会对施工压力产生干扰。在理论分析的基拙上,分别建立了压裂施工过程中的管柱摩阻、射孔孔眼摩阻及裂缝迂曲摩阻计算模型,并对各类摩阻的影响因素进行了敏感性分析,最后通过实例验证了压裂摩阻计算模型的准确性。研究结果表明：所建立的压裂施工动态摩阻计算模型基本能满足工程需要;当孔眼密度足够大时,与管柱摩阻和裂缝迂曲摩阻相比,射孔孔眼摩阻可忽略不计;裂缝宽度对裂缝迂曲摩阻的影响最为显著,在压裂施工过程中,保证足够的裂缝宽度能有效降低裂缝迂曲摩阻     

螺旋射孔条件下水平缝起裂延伸规律

通过物理实验和数值模拟相结合的方式,研究了水平缝螺旋射孔条件下的裂缝起裂、扩展规律.根据大庆油田形成水平缝地层的地应力大小和实验条件的相似准则确定物理实验方案,利用大尺寸真三轴实验装置对水平缝的起裂、延伸进行物理模拟;依据损伤力学原理,利用有限元法对部分实验的裂缝起裂、扩展进行数值模拟.结果表明:60°相位角、高密度射孔可以小范围降低水平缝的破裂压力;压裂过程中,井筒附近可能产生多点起裂,但是随着压裂过程的进行,只有最上面射孔位置或者最下面射孔位置的1条裂缝能继续向前延伸形成主裂缝,其他裂缝止裂.数值模拟结果与实验结果相一致,证明实验结果合理.     

水平井限流压裂对射孔孔眼冲蚀的影响

水平井限流压裂中存在携砂液冲蚀射孔孔眼现象，导致段内多簇改造不均衡，不利于地质储量的充分动用，亟需认识清楚孔眼冲蚀过程。基于孔眼摩阻公式，推导了段内多簇多孔的孔眼冲蚀模型，考虑初始孔径差异和簇间应力差，采用孔径、流量分配和孔眼摩阻的变化来量化分析孔眼冲蚀规律。研究结果表明，平均初始孔径较大、应力较小的射孔簇易产生过度冲蚀；随着孔径的增大，孔眼摩阻迅速减小，限流作用减弱，不利于缝控储量均衡动用；单纯地提升排量并不能明显减小簇间的孔眼冲蚀差异；在相对较低的携砂液浓度下，簇间孔眼冲蚀和流量分配更均匀。这说明初始孔径差异和簇间应力差是导致孔眼冲蚀不均匀的主要因素，在限流压裂设计中可通过采用等孔径射孔工艺、适当增加前置液量、优化布孔位置和数量等方法，改善施工段携砂液分配。本研究为优化水平井限流压裂设计提供了支撑。     

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为了研究断裂缝垂向封闭机理及评价方法，在断裂缝形成机制及分布规律研究的基础上，将其分为倾斜和垂直或近于垂直两类，得到倾斜断裂缝主要通过裂缝面闭合和愈合在垂向上形成封闭。垂直或近于垂直断裂缝主要通过二氧化硅或碳酸盐沉淀堵塞形成垂向封闭。并在此基础上，建立了一套倾斜和垂直或近于垂直断裂缝垂向封闭性评价方法。并将其应用于松辽盆地北部升平—汪家屯气藏营城组内断裂缝垂向封闭性的评价中，评价结果符合实际地质条件，表明该方法用于断裂缝垂向封闭性评价是可行的。     

煤岩水力压裂裂缝形态实验研究

水力裂缝形态的正确判断是压裂施工设计和产能预测的重要部分,针对煤岩进行真三轴水力压裂,研究水平裂缝、垂直裂缝和复杂裂缝之间的转换条件,得出判断依据。实验证实:应力差(最小水平地应力减去垂向应力)为4～6MPa时,水力裂缝形态在垂直裂缝和水平裂缝间转变;在等应力差状态下,高围压状态会使水力裂缝形态趋于复杂;天然裂缝和割理对水力裂缝起裂与延伸过程产生不同影响;煤岩应力状态主导水力裂缝走向,当应力差异系数K_v在0.6~0.7之间时,煤岩内部天然裂缝和割理对水力裂缝形态有显著影响;并且在不考虑井眼附近天然裂缝时,需要苛刻的应力条件使水力裂缝的起裂阶段表现为水平裂缝。     

鄂北天然气藏测试压裂配套工艺技术

介绍了鄂北天然气藏测试压裂配套工艺技术的要求，详细叙述了如何利用测试压裂数据求取储层、裂缝和压裂液等相关参数与射孔孔眼摩阻，近井筒裂缝弯曲摩阻等，并以J4井盒1层小型压裂为例进行了分析说明。     

复杂砂岩气层加砂压裂工艺的应用

章通过对某砂岩储层所做测试压裂和加砂压裂进行分析与评价，认识到：该储层具有闭合应力高、储层低渗和微裂缝发育等复杂特征，对于加砂压裂还存在严重的近井扭曲影响。最终提出加砂压裂改造应立足于，在保证一定裂缝导流能力的前提下，尽可能地造长缝。并通过实践证明了，低砂比支撑剂段塞冲刷能有效地降低或解除射孔孔眼摩阻和近井筒摩阻对加砂压裂的影响。     

压裂“X”形裂缝提高单井措施效果的新方法

为了提高特低渗透油藏新井的压裂效果,提出了采用定向射孔技术进行转向压裂从而形成"X"形水力裂缝的新方法。基于有限元三维应力分析,研究了定向射孔下水力裂缝的起裂机理。根据断裂力学理论,建立了基于复合应力强度因子的裂缝延伸和转向判据模型,推导确定了缝内压力分布、复合应力强度因子及裂缝扩展方向角的计算公式,编制了定向射孔转向压裂裂缝延伸形态的模拟软件,分析了射孔方位角、最大水平主应力和最小水平主应力差值对转向裂缝形态的影响程度,采用定向射孔和限流法压裂的施工方式,形成了在单个油层中压开"X"形裂缝的改造方法。现场试验了6口井,通过裂缝监测,证明该技术是可行的。     

文南油田水力压裂裂缝纵向特征

根据文南油田2002年所测36口井的压裂井温曲线资料，分析其水力压裂纵向裂缝的高度、余数及射孔层压开程度等特征，对文南油田压裂方案的确定和压裂效果的评价具有指导意义。     

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在低渗透油气藏的加砂压裂施工中，经常出现实际井口施工压力比设计方案所预测的压力偏高，这很大程度上归因于井筒和裂缝间的连通性差，引起井筒和裂缝间的压力损失过大。孔眼摩阻计算的准确程度直接影响破裂压力的预测，裂缝扩展的几何形态，更是限流压裂的关键参数，对压裂施工的顺利实施和压后评估有重要的影响。文章在研究分析了目前孔眼摩阻计算公式适用性的基础上，提出了考虑不同压裂液类型、粘度、排量、砂浓度、孔眼直径等参数影响下孔眼摩阻的改进模型和算法。通过5口压裂井应用结果表明，此模型和算法与实际更吻合且易于现场应用。