水平井分段多簇限流压裂数值模拟

水平井分段多簇压裂是目前非常规储层开发的有效手段,但现场生产测试结果表明,相当一部分的射孔簇对产量完全无贡献。文中基于CZM模型和伯努利方程建立了考虑射孔孔眼摩阻的多簇裂缝同时起裂与扩展的有限元计算模型,对不同射孔参数情况下裂缝的同时扩展进行了计算模拟,得到了不同时间5簇裂缝的扩展形态,以及井底压力、各簇裂缝缝口压力和进入各簇裂缝的压裂液流量等随时间的变化规律。模拟结果表明:当射孔孔眼摩阻较低时,初期5簇裂缝同时起裂,后期由于应力干扰加强,中间3簇裂缝停止扩展并逐渐闭合,压裂液不再进入中间3簇射孔,成为无效射孔簇;非均匀射孔簇摩阻之间的差异能够有效平衡裂缝之间的应力干扰,使多簇裂缝同时起裂扩展并减缓多簇裂缝扩展的不均衡性;中间簇比侧边簇射孔数量只需多出2~3个就可以有效改变裂缝扩展形态,提高储层改造效果。该有限元计算模型对现场多簇水力压裂施工参数设计具有一定的指导意义。     

深层页岩气水平井压裂异步起裂裂缝延伸模拟与调控

深层页岩气主要通过水平井分段多簇密切割压裂进行增产,但由于深层地应力变化较快以及缝间应力的干扰导致水力裂缝长短不一,亟需优化调控。针对深层页岩压裂多簇裂缝起裂时间不同、延伸不均匀的现象,建立了水力裂缝异步起裂延伸模型,同时考虑了各簇射孔位置地应力差异和缝间应力干扰对水力裂缝异步起裂、非均匀延伸的影响。模拟结果表明：采用常规均匀射孔工艺,射孔簇位置地层破裂压力越高,该簇裂缝起裂时间越晚,外侧裂缝延伸更快,裂缝延伸非均匀程度较大;采用非均匀限流射孔工艺,通过合理调整各簇射孔孔眼数量,可使各簇裂缝起裂时间与延伸速度差异明显减小,保证压裂结束时各簇裂缝长度基本一致,实现“抑长促短,均匀延伸”的目的。现场监测各簇进液比例与模型计算结果较为一致,验证了模型的可靠性。研究成果可有效降低目前非均匀限流射孔工艺参数设计的盲目性,对深层页岩气压裂优化设计具有重要的理论价值和指导作用。     

基于射孔成像监测的多簇裂缝均匀起裂程度分析——以准噶尔盆地玛湖凹陷致密砾岩为例

针对玛湖砾岩油田采用水平井段内多簇+暂堵压裂技术压后产量未达预期问题,选择MaHW26X试验井中第2-6段开展不同泵注参数冲蚀试验,利用射孔成像监测孔眼磨蚀程度,进而分析各簇裂缝起裂均匀程度及支撑剂进入情况.研究表明:76.7％的射孔孔眼有支撑剂进入,大部分射孔簇进入的支撑剂量有限,支撑剂的分布主要集中在个别簇中.试验...     

水平井分段多簇压裂各射孔簇破裂压力分析

为了提高水平井分段多簇压裂射孔簇的起裂效率,针对段内多条裂缝同步扩展的特点,考虑裂缝间的应力阻隔效应以及缝内有效净压力的变化,根据待压段的诱导应力建立了不同射孔簇破裂压力计算模型,并分析了各射孔簇破裂压力的变化规律。通过研究得出认识:水平井分段多簇压裂多条裂缝同步扩展时存在应力阻隔效应,待压段受到的诱导应力为之前各段最后一簇裂缝缝内有效净压力产生的诱导应力的叠加;距离上一段压裂位置最远的射孔簇破裂压力最低,段内多射孔簇间的破裂压力差异随着时间的延长而增大,多簇起裂的最好时机是在施工初期,可在短时间内迅速提高排量,利用射孔孔眼的节流效应提高井底压力,实现多簇裂缝的依次起裂;段内较小的应力变化会引起较大的破裂压力差异,诱导应力引起的各射孔簇破裂压力的变化在射孔参数设计和压裂参数优化时必须得到重视。     

水平井多段分簇射孔优化设计

水平井多段分簇射孔技术是“体积改造”的关键技术之一。目前大多数分簇射孔设计基于常规射孔经验设计,而未做深入具体的定量研究。用布孔数取代孔密的概念,分析沿水平井筒破裂压力差异,设计各簇的布孔数目,调节簇内孔眼节流摩阻大小,发挥射孔孔眼分簇限流的作用,从而实现压裂过程中各射孔簇同时起裂和均匀进液。同时基于裂缝起裂扩展过程中应力干扰作用,建立二维分析模型,确定裂缝发生转向时的临界缝间距,并以此作为射孔簇间距设计的依据,给出了分簇射孔关键参数（相位、孔深、簇长度、簇数）的设计原则,形成了一套分簇射孔优化设计方法。并用该方法对一口实例井进行了分簇射孔设计,微地震监测表明,分簇射孔后压裂形成复杂缝网,较邻井效果要好。该方法对现场分簇射孔设计具有指导意义。     

水平井“多段分簇”压裂簇间干扰的数值模拟

水平井"多段分簇"压裂是开发低渗透和非常规油气藏的关键技术,能够大幅度提升压裂改造的体积,达到提高油气产量和最终采收率的目的。为了研究水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝的干扰规律,基于多孔介质流—固耦合的基本方程,根据损伤力学基本理论,利用零厚度黏结单元模拟压裂过程中压裂裂缝起裂、延伸造成的损伤,建立了低渗透油气藏水平井"多段分簇"压裂裂缝扩展的三维有限元模型。利用该模型研究了射孔簇数、射孔簇间距、储层参数、施工参数等对水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的影响。模拟计算结果表明:射孔簇数和射孔簇间距是影响水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的最大的影响因素。利用该模型对某水平井压裂的射孔簇间距进行了优化,使得该井的油气产量比邻井明显提高,证明了模型对于水平井"多段分簇"压裂优化的可行性和可靠性。     

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。     

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。     

水力泵送桥塞分段多簇体积压裂技术在AP959井的应用

为了解决鄂尔多斯盆地致密油藏水平井压裂改造过程中单层改造规模小、压后裂缝形态单一、作业周期长等问题,提出了水力泵送桥塞分段多簇体积压裂技术。该技术利用水力泵送的方式将封隔桥塞推放到预定位置,通过多级点火装置进行多簇定位射孔,裂缝起裂位置准确,施工排量大,而且分段压裂级数不受限制。AP959井压裂微地震检测表明,分段多簇射孔、多簇同时起裂方式比单段射孔、单段起裂方式更利于利用应力干扰,形成复杂裂缝,与相同储层条件下的邻井相比,加砂总量增加1.5倍,单井产量提高50%,达到"体积压裂"的效果。     

页岩储层水平井密切割压裂射孔参数优化方法

页岩储层水平井密切割压裂过程中同一压裂段内各簇水力裂缝难以维持均衡扩展，这一问题严重制约了压裂改造效果。为此，建立了一套完全流固耦合的水平井密切割压裂多簇水力裂缝同步扩展数值模拟方法，采用水力裂缝体积标准差(δ_v)定量表征多簇水力裂缝均匀发育程度，提出了一套科学完善的页岩储层水平井密切割压裂射孔参数优化方法。研究结果表明：单段射孔簇数越多，缝间诱导应力干扰作用越强，各簇水力裂缝发育越不均匀；随着每簇射孔数减少，孔眼摩阻增大，δ_v降低，各簇水力裂缝发育越均匀，当δ_v≤0.01后，继续减少每簇射孔数，对水力裂缝均匀发育程度的改善效果有限，且过度减小射孔数量会导致施工压力过高；以δ_v≤0.01为优化目标，针对2口实例井分别开展了等密度与非等密度限流射孔参数优化设计，均取得了良好的增产效果。研究结果可为页岩储层水平井密切割压裂射孔参数优化设计提供理论依据和优化方法。     

页岩储层多簇限流射孔裂缝扩展规律

在多簇密集切割压裂情况下,多缝间诱导应力干扰现象严重,使得优化射孔簇参数促进多簇均衡改造变得尤为重要。采用耦合岩石变形和流体流动的多簇限流射孔裂缝扩展模型,结合裂缝形态定量评价指标,展开限流射孔参数对裂缝扩展影响规律研究。结果表明:段内六簇射孔压裂时,密集切割使得多簇间诱导应力场影响区更为复杂,高孔密、均匀布孔时多裂缝非均匀扩展严重,应力阴影效应对段内中部裂缝延伸抑制明显。小孔径等孔径射孔及低孔密限流射孔策略可有效促进段内多簇裂缝均衡扩展;且非均匀限流布孔时,保持段内总孔数不变,增加段内中间两簇布孔数,同时降低段内两端孔数的限流射孔策略可有效优化裂缝形态,提高多簇射孔簇效率。     

非均匀应力场影响下的裂缝扩展模拟及投球暂堵优化

水平井投球暂堵是实现致密油气藏压裂段均匀改造的关键技术,但目前针对压裂施工中实施不同投球暂堵工艺措施后多簇裂缝扩展形态的研究成果却较少,致使现场投球暂堵工艺措施的制订缺少相关的理论支撑,影响了该工艺在压裂施工现场的应用效果。为此,基于边界元方法建立了水平井"井筒—孔眼—裂缝扩展"全耦合模型,提出了暂堵球分配的计算方法,进而模拟在初始非均匀应力场条件下进行段内暂堵转向时暂堵球的投球数量、投球时机、投球次数及其对多簇裂缝扩展的影响。研究结果表明:(1)压裂过程中,射孔孔眼摩阻的限流作用会平衡诱导应力干扰带来的进液量差异,使得各簇裂缝中流体流动受到的阻力差距缩小;(2)当考虑初始应力场非均匀分布的影响后,各簇裂缝进液量发生明显的变化,高应力区域甚至出现不进液的无效射孔簇,而实施投球后,无效射孔簇会产生新的裂缝;(3)当初始最小水平主应力差(?σ_h)超过3 MPa时,在施工中期适当增加投球数量(大于单段总射孔数的一半),或者在中前期进行投球暂堵(包括在中前期分批次投球),有利于降低各簇裂缝的非均匀扩展程度;(4)当初始?σ_h低于2MPa时,应减少投球数量或在施工中后期投球,否则会加剧各簇裂缝的非均匀扩展。     

欠平衡钻井条件配套的射孔工艺技术

欠平衡钻井条件下配套的射孔技术具有四大射孔难题:井口带压作业、全过程不压井作业、低围压射孔作业及便于后续作业.阐述了全通径射孔工艺技术、锚定射孔工艺技术及井口带压电缆输送射孔工艺技术等3种射孔作业方法.全通径射孔器可在负压条件完成油管输送射孔作业后自动将起爆器芯子、射孔弹碎屑、枪尾丢掉,使整个射孔枪串成为全通径完井生产管柱;锚定射孔工艺技术使用专用的模块式射孔枪和配套井口电缆防喷装置捞取射孔器,入井的射孔枪分解成独立的模块式单元,射孔后能在防喷管高度范围内进行带压、分段捞枪,实现整个射孔过程的不压井作业;井口带压电缆输送射孔工艺技术应用井口高压、大直径防喷系统,选择大直径射孔枪,采用优质射孔液,在井筒压力等于或低于地层压力时实现带压(负压)射孔作业,避免了正压射孔对油气层的伤害.这些技术在现场应用中见到较好的效果.     

深层长水平段页岩气井趾端压裂滑套的研制

为打破国外公司的技术垄断、解决国内深层长水平段页岩气井第一段储层改造面临的技术难题,在明确应用环境及施工要求的基础上,开展了结构设计、室内试验与评价、配套固井工艺研究,研制出了一种能够满足高温、高压固井及大排量压裂施工要求的趾端压裂滑套,并在四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区内的长宁H7-5井开展了现场试验。结果表明:(1)自主研发的趾端压裂滑套通过井口打压的方式打开,形成第一段压裂或泵送通道,可替代连续油管第一段射孔作业;(2)趾端压裂滑套采用内表面特殊涂层设计、内滑套上行开启结构以及压裂喷砂孔暂堵设计,可提高滑套在固井环境中的适应能力、降低固井水泥对滑套正常开启的影响;(3)趾端压裂滑套采用破裂盘破裂开启滑套的方式,可提高滑套的开启精度,保证在高温、高压条件下工具能够精确开启。结论认为,所研制的趾端压裂滑套现场工艺操作简单,工具性能稳定、可靠,开启精度高,各项指标均达到了页岩气水平井固井、压裂设计和施工的要求,提高了施工作业的效率,降低了作业的风险和成本,在深层长水平段页岩气井第一段储层改造中具有较好的推广应用前景,对于深层页岩气藏实现效益开发具有重要的现实意义。     

四川盆地元坝地区陆相储层高破裂压力成因与技术对策

四川盆地元坝地区处于强应力场环境中,其陆相储层破裂压力梯度为0.026~0.037MPa/m,已成为制约该区完井、储层压裂改造效果的主要技术难题。为此,在深入研究储层高破裂压力的地质成因和工程作用对破裂压力影响的基础上,探索试验了降低施工作业井口压力的技术措施和方法:以近最大水平主应力方向作为射孔方位,同时采用长井段、大孔径、高孔密、深穿透射孔(含喷砂射孔、补充射孔)来降低压裂造缝压力;采用酸损伤(酸泡、酸洗)技术来解除储层污染和降低岩石强度;采用加重酸液增加液柱压力和大内径管柱配合低阻性酸液或压裂液体系以降低施工摩阻。现场应用实践表明,单独或组合采用这些工艺技术措施,就能有效地降低施工作业的井口压力,实现储层酸压或加砂压裂改造作业。该试验研究成果可供类似地区借鉴。     

苏里格气田裸眼水平井分段压裂工艺技术及其应用

水平井分段改造是扭转低渗透油气田多井低产、转变发展方式、实现少井高产的重要手段,2010年苏里格气田开始实施大规模的水平井开发,制订了100口水平井的开发部署。但是,裸眼水平井压裂裂缝起裂和延伸的复杂性,以及裂缝条数的不确定性给裸眼水平井的有效压裂带来了巨大挑战。在介绍分段压裂工具及工序的基础上,重点研究裸眼水平井压裂裂缝的起裂机理,对比直井地层破裂和裂缝延伸的特点,分析了裸眼水平井压裂裂缝的延伸特征,结合实例水平井分段压裂得到裸眼水平井压裂会产生次生裂缝的结论,以增加主裂缝缝长和控制次生裂缝数量为目标,通过净压力拟合和预测的方法建立了裸眼水平井分段压裂参数的力学设计方法。该结论和方法在苏里格气田苏5、桃7区块水平井的分段压裂中取得了成功,压后效果证明了其结论的正确性和方法的有效性。     

模块化射孔工艺技术

介绍了一种新型的射孔完井技术--模块化电缆射孔工艺技术.其基本原理是采用单芯电缆传输方式,首先将射孔器支撑装置锚定到预定深度,然后将射孔所需的全部模块化射孔器分次下入井内,最后引爆射孔弹,从而达到多支射孔器分次下井、一次点火完成的目的.在此基础上,通过特殊导向装置设计,实现电缆定方位射孔.它的优点是充分发挥了电缆传输方式动用设备少、作业方便、施工时间短等优势,又实现了部分油管输送射孔的功能,如全井负压射孔、防喷等.另外,在高压油气井射孔时,模块化射孔器可自动丢到井底,油气井直接生产,对高压油气不会产生截流;如果想起出井下工具,由于井下工具不长,利用井口防喷管就可完成此项工作.     

水平井裸眼选择性分段压裂完井技术及工具

苏里格气田属低压、特低渗透气藏,由于完井方式的不同、井身轨迹弯曲和井眼尺寸等因素的限制,使得裸眼水平井与直井以及套管固井水平井的选择性压裂完井管串有很大区别。介绍了利用油管作为完井和压裂管串,一趟下入长水平裸眼段而不需要下套管固井、射孔等作业,实现了裸眼水平段选择性分段压裂工艺技术及该技术的管串结构、工艺原理、技术特点、配套工具和现场应用。研究及现场应用表明,采用该技术比其他低渗透气藏压裂增产技术开发效果更好,投入成本更低,具有显著经济及社会效益。     

涪陵页岩气田二期水平井钻井防碰绕障技术

涪陵页岩气田二期处于油藏边缘地带，地层倾角大、断层多。由于储层埋藏深，设计直井段长，防斜打直问题突出；为提高采收率并降低钻探成本，二期工程继续采用井工厂模式开发，但与一期相比，平台布井数量增加，井口距离小，防碰绕障难题亟待解决。以焦页81-1HF井为例，撰写了现场水平井防碰施工注意事项；结合同平台井组井史资料，优化设计了焦页81-1HF井身剖面；模拟邻井防碰数据，确定了防碰重点井位、井段，制定了防碰技术方案及定向施工措施，优选钻头、钻具组合，避免邻井防碰，降低作业风险。现场应用表明，同平台7口水平井防碰绕障成功，井眼轨迹光滑，准确中靶，为下套管及固井施工奠定了基础，为涪陵二期丛式水平井防碰绕障施工提供了借鉴。