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考虑射孔孔眼磨蚀对多裂缝扩展的影响规律

天然气工业 2022年第10期42卷 63-73页

作者：张士诚杨鹏邹雨时石善志李建民田刚油气资源与探测国家重点实验室·中国石油大学(北京) 中国石油新疆油田公司工程技术研究院

我国非常规油气资源丰富,压裂技术是其开发的重要手段,其中极限限流压裂技术是促进水平井压裂段均匀改造的关键技术,但井下监测表明射孔孔眼动态磨蚀严重,制约了工艺应用效果。为了解决射孔孔眼动态磨蚀带来的多裂缝扩展形态不确定性影... 详细信息

我国非常规油气资源丰富,压裂技术是其开发的重要手段,其中极限限流压裂技术是促进水平井压裂段均匀改造的关键技术,但井下监测表明射孔孔眼动态磨蚀严重,制约了工艺应用效果。为了解决射孔孔眼动态磨蚀带来的多裂缝扩展形态不确定性影响,提高现场工艺实际应用效果,在水平井多裂缝竞争扩展模型基础之上耦合孔眼动态磨蚀模型,然后根据实际井下射孔成像数据校正数值模型,研究了孔眼磨蚀作用下多裂缝扩展行为以及限流射孔参数优化方法。研究结果表明:(1)孔眼磨蚀作用将显著增大孔眼直径和流量系数,迅速降低射孔摩阻,加剧各簇流量分配和多裂缝扩展的非均匀程度;(2)段内应力均匀分布时,孔眼磨蚀作用随着限流作用增强而增加;(3)段内应力非均匀分布时,高应力簇裂缝扩展容易受到抑制作用,考虑孔眼磨蚀作用后将进一步加剧各簇裂缝流量分配的非均衡程度,甚至导致高应力簇裂缝停止进液,裂缝不能充分扩展。结论认为,研究结果对孔眼动态磨蚀机理研究以及改进压裂工艺设计具有重要理论和现实意义,有助力我国非常规气油气的高效开发。

关键词：储层改造非常规油气多裂缝扩展孔眼动态磨蚀数值模拟限流压裂井下射孔成像

水/超临界二氧化碳作用下的页岩微观力学特性

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石油勘探与开发 2023年第4期50卷 872-882页

作者：李宁金之钧张士诚王海波杨鹏邹雨时周彤页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京100083 中国石化页岩油气勘探开发重点实验室北京100083 国家能源页岩油研发中心北京100083 中国石化石油勘探开发研究院北京100083 北京大学能源研究院北京100871 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249

选取渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙河街组三段下亚段富灰质纹层状页岩岩样,开展高温高压岩心浸泡实验与点阵纳米压痕实验,分析不同浸泡时间、压力和温度条件下水/超临界CO_(2)作用对页岩微观力学特性的影响。研究结果表明:水/超临界CO_(2... 详细信息

选取渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙河街组三段下亚段富灰质纹层状页岩岩样,开展高温高压岩心浸泡实验与点阵纳米压痕实验,分析不同浸泡时间、压力和温度条件下水/超临界CO_(2)作用对页岩微观力学特性的影响。研究结果表明:水/超临界CO_(2)浸泡后,页岩损伤主要为黏土富集的纹层内部产生诱导裂缝,且超临界CO_(2)浸泡引起的诱导裂缝宽度更小。受诱导裂缝影响的区域弹性模量和硬度的统计平均值降低,且纹层附近易发生压实闭合、产生应力诱导拉张裂缝。浸泡时间越长、浸泡压力越大、浸泡温度越高,页岩表面弹性模量和硬度下降越明显。与水相比,超临界CO_(2)-页岩作用下的页岩表面力学损伤程度更低,可作为压裂液防止页岩储集层压裂裂缝面软化。

关键词：页岩水化作用超临界CO_(2) 微观力学特性纳米压痕页岩损伤

水/超临界二氧化碳-岩石作用下的页岩微观力学特性

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石油勘探与开发 2023年

作者：李宁金之钧张士诚王海波杨鹏邹雨时周彤国家能源页岩油研发中心中国石化石油勘探开发研究院页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京大学能源研究院中国石化页岩油气勘探开发重点实验室中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室

选取渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙三下亚段富灰质纹层状页岩岩样，开展高温高压岩心浸泡实验与点阵纳米压痕实验，分析不同浸泡时间、压力和温度条件下水/超临界CO2-岩石作用对页岩微观力学特性的影响。研究结果表明：水/超临界CO2浸泡... 详细信息

选取渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙三下亚段富灰质纹层状页岩岩样，开展高温高压岩心浸泡实验与点阵纳米压痕实验，分析不同浸泡时间、压力和温度条件下水/超临界CO2-岩石作用对页岩微观力学特性的影响。研究结果表明：水/超临界CO2浸泡后，页岩损伤主要为黏土富集的纹层内部产生诱导裂缝，且超临界CO2浸泡引起的诱导裂缝宽度更小。受诱导裂缝影响的区域弹性模量和硬度的统计平均值降低，且纹层附近易发生压实闭合、产生应力诱导拉张裂缝。浸泡时间越长、浸泡压力越大、浸泡温度越高，页岩表面弹性模量和硬度下降越明显。与水相比，超临界CO2-页岩作用下的页岩表面力学损伤程度更低，可作为压裂液防止页岩储集层压裂裂缝面软化。

关键词：页岩水化作用超临界CO 微观力学性质纳米压痕页岩损伤

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

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石油勘探与开发 2022年第2期49卷 394-402页

作者：臧传贞姜汉桥石善志李建民邹雨时张士诚田刚杨鹏中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油新疆油田公司新疆克拉玛依834000

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... 详细信息

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。试验井中第4段支撑剂分布较为均匀,段内各簇裂缝起裂的均匀程度较高;第2、3、5、6段支撑剂分布不均匀,段内各簇裂缝起裂的均匀程度较低。个别近跟端射孔簇的支撑剂进入量占该段的70%以上,在加入暂堵剂后并未促进水力裂缝均衡起裂。支撑剂进入量与孔眼磨蚀程度呈正相关关系,试验井孔眼磨蚀程度为15%~352%,平均值为74.5%,远大于北美页岩储集层部分水平井。采用180°相位角(水平方向)射孔可减小孔眼磨蚀的相位倾向,促进孔眼均匀磨蚀与进液。研究结果可为优化泵注程序、减轻炮眼冲蚀、提高暂堵成功率提供依据。

关键词：致密砾岩暂堵压裂孔眼磨蚀裂缝起裂射孔成像准噶尔盆地玛湖凹陷

薄互层型页岩油储集层水力裂缝形态与支撑剂分布特征

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石油勘探与开发 2022年第5期49卷 1025-1032页

作者：邹雨时石善志张士诚李建民王飞王俊超张啸寰中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油新疆油田公司工程技术研究院新疆克拉玛依834000

选用准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储集层井下岩心制备薄互层状页岩岩样,开展小尺度真三轴携砂压裂实验,结合高精度CT扫描数字岩心模型重构技术,研究了薄互层型页岩油储集层水力裂缝形态与支撑剂分布特征。研究表明:薄互... 详细信息

选用准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储集层井下岩心制备薄互层状页岩岩样,开展小尺度真三轴携砂压裂实验,结合高精度CT扫描数字岩心模型重构技术,研究了薄互层型页岩油储集层水力裂缝形态与支撑剂分布特征。研究表明:薄互层型页岩油储集层中近井筒处层间岩石力学差异及界面对缝高的延伸无明显遮挡作用,但对缝高方向上缝宽的分布有显著影响,水力裂缝趋于以“阶梯”形式穿层扩展,在界面偏折处缝宽较窄,阻碍支撑剂垂向运移,穿层有效性差;如泥页岩纹层发育,则易于形成“丰”或“井”字形裂缝。射孔层段岩石强度大,破裂压力高,则主缝起裂充分,缝宽较大,整体加砂较好;射孔层段强度低且纹层较为发育,则压裂液滤失量较大,破裂压力较低,主缝起裂不充分,缝宽较窄,易出现砂堵。支撑剂主要铺置在射孔层段附近缝宽较大的人工裂缝的主缝内,分支缝、邻层缝、开启的纹层缝内仅含有少量(或不含)支撑剂,整体上支撑剂铺置范围有限;支撑剂可进入裂缝的极限宽度约为支撑剂粒径的2.7倍。

关键词：页岩油薄互层型储集层岩石力学岩性界面水力压裂裂缝形态支撑剂分布

井平台多井压裂裂缝扩展、支撑剂运移规律与参数优化

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石油勘探与开发 2023年第5期50卷 1065-1073页

作者：杨鹏张士诚邹雨时李建民马新仿田刚王俊超中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油新疆油田公司工程技术研究院新疆克拉玛依834000

基于位移不连续方法和欧拉-欧拉法建立了井平台多井压裂模式下三维裂缝扩展与支撑剂运移耦合模型,以实际井平台参数为例研究了多井压裂裂缝扩展形态与缝内支撑剂铺置规律。研究表明:井平台压裂模式下裂缝起裂及扩展受段内、段间及井间... 详细信息

基于位移不连续方法和欧拉-欧拉法建立了井平台多井压裂模式下三维裂缝扩展与支撑剂运移耦合模型,以实际井平台参数为例研究了多井压裂裂缝扩展形态与缝内支撑剂铺置规律。研究表明:井平台压裂模式下裂缝起裂及扩展受段内、段间及井间等多种应力干扰的共同影响,裂缝展布形态具有各簇非均衡、两翼非对称以及跟端倾向等特征;裂缝形态及宽度对缝内支撑剂运移能力影响显著,支撑剂主要铺置在近井缝宽较大区域,而缝宽较窄处容易快速桥接形成高浓度砂堆,整体支撑剂铺置范围有限;增大井间距离有利于降低邻井干扰作用,促进两翼裂缝和支撑剂均匀展布,以储集层有效改造面积或者多裂缝扩展均衡程度最大为目标,井平台存在最优井间距离;降低簇间距离能够提升储集层改造程度,但簇间距离过低并不能有效增加缝内支撑面积;增大压裂段间隔时长有助于降低段间应力干扰,拉链压裂模式下段内各簇裂缝扩展和支撑剂铺置更加均衡。

关键词：井平台多井压裂裂缝扩展支撑剂运移耦合模型压裂参数优化

一种改进的声发射模板识别流程及其在大尺度页岩水力压裂主被动观测实验中的应用研究

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地球物理学报 2023年第10期66卷 4386-4401页

作者：李德康贺正然张作冬邹雨时王小琼谢凡中国地震局地球物理研究所震源物理重点实验室北京100081 东南大学信息科学与工程学院南京210096 中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院北京102249

提出一种改进的实验室声发射模板识别流程.该流程联合RMS-AIC算法优化了模板事件的检测效果,将一种改进的绝对离差中位数(观测数据的二分位数与MAD的和)应用于不同时段RMS与互相关序列的动态阈值的设置中,并对声发射模板事件与多通道连... 详细信息

提出一种改进的实验室声发射模板识别流程.该流程联合RMS-AIC算法优化了模板事件的检测效果,将一种改进的绝对离差中位数(观测数据的二分位数与MAD的和)应用于不同时段RMS与互相关序列的动态阈值的设置中,并对声发射模板事件与多通道连续波形数据的互相关叠加方式进行了改进,以避免弱初至延迟量不准确对叠加异常点的影响.我们开展了大尺度龙马溪组页岩水力压裂过程的主动源超声检测与声发射事件联合观测实验,并将该流程应用于主、被动连续观测数据中声发射信号的识别.研究结果表明:利用本文提出的流程检测出1720个声发射信号,数量比声发射模板信号大约多5.54倍.利用更为完备的声发射目录,我们观测到页岩水力压裂过程中的主压裂点大约发生在152 s,且压裂后早期3 s内声发射率呈现出较慢的幂率衰减(p=0.130),而后以较快速率(p=1.403)衰减至稳定值.此外,我们对多种震相拾取算法的比较、声发射的频-幅分布特征等方面开展了讨论.这一新的声发射识别流程可以有效提高在主、被动联合观测下的声发射识别效果,完备水力压裂过程中声发射的时序分布特征,为页岩气开采及风险评估的实验室研究提供有效支撑.

关键词：模板匹配水力压裂主、被动连续记录声发射活动性频-幅特征

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考虑支撑剂运移的压裂停泵压降模型

石油学报 2023年第4期44卷 647-656页

作者：王飞周彤许佳鑫管晶晶索杰林张士诚廖凯邹雨时中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京100083

针对现有压裂停泵压降模型不考虑支撑剂运移、无法解释支撑剂铺置效果的难题,提出适用于主加砂压裂的停泵压降模型,模型考虑了裂缝系统中携砂液-支撑剂靠黏度和速度耦合的水平运移与沉降运动,以及基质系统中压裂液靠黏性力和重力作用的... 详细信息

针对现有压裂停泵压降模型不考虑支撑剂运移、无法解释支撑剂铺置效果的难题,提出适用于主加砂压裂的停泵压降模型,模型考虑了裂缝系统中携砂液-支撑剂靠黏度和速度耦合的水平运移与沉降运动,以及基质系统中压裂液靠黏性力和重力作用的三维流动,通过将裂缝系统与基质系统耦合求解,实现了主加砂压裂停泵过程的支撑剂运移模拟计算,获得的井底压降导数双对数曲线呈现出“厂”字型的形态特征,并按照停泵时间顺序划分为支撑剂沉降、支撑剂水平运移、支撑剂减速运移、支撑剂压实和支撑剂停止运移5个主控阶段。研究结果表明:支撑剂铺置越均匀(主次裂缝内砂量越接近),压降导数曲线越平缓,支撑剂沉降控制期越长,支撑剂减速运移期越短,支撑剂压实控制阶段会呈现出1/4斜率段;支撑剂充填比例越大(缝网总体积越小),压降导数曲线越陡,支撑剂水平运移控制期越短,支撑剂运移控制阶段的压降及导数会呈现重合趋势。选取涪陵页岩气田一口典型压裂水平井逐段开展停泵压降曲线拟合,反演获得各加砂压裂段的支撑裂缝体积与铺砂均匀程度,为定量评价水力压裂加砂效果、认识压后支撑剂运移规律提供了理论依据。

关键词：主压裂停泵压降模型支撑剂运移支撑裂缝体积铺砂效果压降曲线拟合

基于纳米压痕实验和均匀化方法评价砾岩多尺度力学性质——以玛湖凹陷南斜坡致密砾岩储层为例

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岩石力学与工程学报 2022年第5期41卷 926-940页

作者：张兆鹏张士诚石善志邹雨时李建民马新仿肖凤朝中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 新疆油田公司工程技术研究院新疆克拉玛依834000

玛湖凹陷南斜坡部分致密砾岩储层水敏性较强、岩芯松散,常规力学实验方法难以获得较为准确的力学参数。提出一种砾岩宏观岩石力学性质跨尺度评价方法,采用纳米压痕实验,在细观尺度表征砾石和基质的弹性模量、压入硬度和断裂韧性,进而应... 详细信息

玛湖凹陷南斜坡部分致密砾岩储层水敏性较强、岩芯松散,常规力学实验方法难以获得较为准确的力学参数。提出一种砾岩宏观岩石力学性质跨尺度评价方法,采用纳米压痕实验,在细观尺度表征砾石和基质的弹性模量、压入硬度和断裂韧性,进而应用均匀化方法升尺度获得砾岩宏观力学特性。研究成果表明,砾石定位压入力学响应聚类特征明显,反映石英和长石矿物的力学性质;而基质网格压入力学响应复杂,主要反映石英类颗粒、黏土基质和复合相的力学性质。基质四组分模型能够考虑界面相、矿物蚀变体相和基底效应相等复合相的影响,从而实现石英类颗粒、黏土基质单一力学响应与复合相复杂力学响应的统一。应用Mori-Tanaka均匀化方法预测的砾岩宏观弹性模量具有比岩芯实测值高的趋势,通过偏离系数进行修正,能够给出不同矿物含量砾岩和不同岩相砾岩弹性模量更为准确的预测范围,为玛湖地区致密砾岩储层力学参数表征提供借鉴。

关键词：岩石力学玛湖凹陷致密砾岩力学性质纳米压痕均匀化方法