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煤岩二次暂堵压裂裂缝扩展规律试验研究

煤炭科学技术 2022年第6期50卷 254-259页

作者：刘忠张继东鲁秀芹穆福元张聪陈美瑾邹雨时赵洋钟小刚中国石油华北油田勘探开发研究院河北任丘062552 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司山西长治046000 中国石油大学(北京) 北京102249 中国石油大港油田勘探开发研究院天津300280

二次压裂是煤层气开采中初次裂缝产量下降时有效增产手段。为研究煤层气储层二次压裂裂缝扩展规律、优化暂堵参数,开展了室内暂堵压裂模拟试验研究。使用大尺寸真三轴压裂模拟系统,样品尺寸为30 cm×30 cm×30 cm,采集沁水盆地煤岩后通... 详细信息

二次压裂是煤层气开采中初次裂缝产量下降时有效增产手段。为研究煤层气储层二次压裂裂缝扩展规律、优化暂堵参数,开展了室内暂堵压裂模拟试验研究。使用大尺寸真三轴压裂模拟系统,样品尺寸为30 cm×30 cm×30 cm,采集沁水盆地煤岩后通过包裹混凝土得到标准试验样品。首先通过加载三轴应力模拟地层环境,后以恒定排量向井筒中注压裂液模拟初次压裂,初次压裂完成后采用CT扫描对岩样内部的初次裂缝形态进行扫描观测,将暂堵剂注入井筒内部并开展二次压裂试验;试验结束通过CT扫描裂缝形态分析二次压裂裂缝形态。试验结果表明:暂堵效果受暂堵剂粒径和用量影响较大。暂堵剂粒径过大,影响压裂液的悬砂效果,暂堵剂容易在井筒内堆积,导致二次压裂施工压力异常升高,暂堵剂粒径过小,难以形成有效封堵,二次压裂时裂缝以沿初次裂缝扩展为主。随着暂堵剂用量的提高,对初次裂缝的封堵效果增强,二次压裂破裂压力升高,促进二次压裂裂缝沿垂直初次裂缝方向的扩展;另一方面暂堵剂进入二次压裂裂缝后形成二次封堵,促进分支裂缝的形成,二次压裂复杂程度升高。研究认为通过暂堵压裂可以促进分支裂缝的形成,提高二次压裂裂缝的复杂程度,增大压裂改造面积提升二次压裂效果。二次压裂裂缝形态主要受暂堵剂粒径与初次压裂裂缝匹配程度及暂堵剂用量等因素影响。

关键词：煤岩暂堵压裂裂缝扩展裂缝转向二次压裂煤层气

裂缝性页岩暂堵压裂复杂裂缝扩展模型与暂堵时机

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石油勘探与开发 2023年第1期50卷 139-151页

作者：唐煊赫朱海燕车明光王永辉成都理工大学能源学院成都610059 成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610059 中国石油勘探开发研究院北京100083

通过修正页岩水力裂缝非线性拉-剪混合模式的黏弹塑性损伤本构方程,考虑射孔簇之间的流体竞争分流和压裂液对孔眼的动态冲蚀效应,发展了基于离散裂缝网络全局嵌入有限元法(DFN-FEM)的暂堵裂缝扩展数值算法,并通过现场压裂施工监测参数... 详细信息

通过修正页岩水力裂缝非线性拉-剪混合模式的黏弹塑性损伤本构方程,考虑射孔簇之间的流体竞争分流和压裂液对孔眼的动态冲蚀效应,发展了基于离散裂缝网络全局嵌入有限元法(DFN-FEM)的暂堵裂缝扩展数值算法,并通过现场压裂施工监测参数进行了验证。针对四川盆地深层页岩特征,建立了多簇复杂裂缝的交错扩展数值模型,开展了水平井多簇裂缝竞争扩展形态及泄流面积研究,分析了暂堵前后复杂裂缝的竞争干扰及交错扩展规律,优化了不同天然裂缝走向、密度及分簇方式下的暂堵时机。研究表明,两侧射孔簇的裂缝扩展对中间簇裂缝有显著限制作用,暂堵两侧裂缝有利于各簇均匀扩展;天然裂缝密度越高或天然裂缝走向越低,最优暂堵时机越靠后;威远页岩气天然裂缝分布特征下,不同分簇方式下最优暂堵时机以注液总时长的2/3为主。

关键词：页岩气裂缝性页岩暂堵压裂裂缝扩展暂堵时机离散裂缝网络有限元

深层超深层页岩气水平井缝口暂堵压裂的裂缝调控模拟

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天然气工业 2022年第2期42卷 50-58页

作者：胡东风任岚李真祥赵金洲林然蒋廷学中国石化勘探分公司 “油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学中国石化石油工程技术研究院

深层超深层页岩气井压裂时,受深部地层应力非均质性和“密簇”布缝的联合影响,多簇压裂中的水力裂缝难以同步起裂扩展,同时缝间强干扰作用加剧了裂缝非均衡延伸程度,矿场实践证实缝口暂堵压裂工艺可以有效调控多簇裂缝非均衡延伸,而构... 详细信息

深层超深层页岩气井压裂时,受深部地层应力非均质性和“密簇”布缝的联合影响,多簇压裂中的水力裂缝难以同步起裂扩展,同时缝间强干扰作用加剧了裂缝非均衡延伸程度,矿场实践证实缝口暂堵压裂工艺可以有效调控多簇裂缝非均衡延伸,而构建深层超深层页岩气水平井缝口暂堵压裂裂缝调控模拟方法,可提高暂堵工艺实施效果。为此,基于岩石力学、弹性力学、流体力学和裂缝扩展理论、水平井分簇压裂中流量分配方程和暂堵球封堵方程,建立了深层超深层页岩气缝口暂堵压裂的裂缝扩展模型及调控模拟方法,并以中石化川东南丁山—东溪构造深层页岩气井为例,模拟了暂堵压裂中暂堵球数量、暂堵次数和时机对暂堵调控的影响,分析了暂堵球对裂缝扩展形态和SRV展布影响。研究结果表明:①缝口暂堵可以显著促进多簇裂缝均衡延伸,模拟证实暂堵球数量、暂堵次数和暂堵时机对裂缝调控具有重要作用;②随暂堵球数量增多,缝网体积先增大后减小,存在最优暂堵球数量;③当暂堵次数较多,可提高暂堵转向工艺容错率,但需要适量增多暂堵球数量;④当暂堵时机适当时,各簇裂缝均衡扩展,缝网体积达到最大值。结论认为,该暂堵裂缝调控模拟方法对完善暂堵压裂优化设计、提高矿场工艺实施水平,有效开发深层超深层页岩气具有重要意义。

关键词：深层超深层页岩气水平井暂堵压裂裂缝调控地层应力非均质性多簇压裂

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基于数据驱动的水平井暂堵压裂有效性评价新模型

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天然气工业 2023年第9期43卷 132-140页

作者：盛茂张家麟张彦军李川李雨峰李根生油气资源与工程全国重点实验室·中国石油大学(北京) 北京市102200 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室·中国石油长庆油田公司

水平井段内多簇暂堵压裂有效性评价是非常规油气体积压裂过程中优化暂堵时机和工艺参数的重要基础,但目前的评价方法主要依赖于暂堵前后施工压力变化,其评价结果与压裂后产能表现难以较好吻合,因此施工现场亟需更加精准的暂堵压裂有效... 详细信息

水平井段内多簇暂堵压裂有效性评价是非常规油气体积压裂过程中优化暂堵时机和工艺参数的重要基础,但目前的评价方法主要依赖于暂堵前后施工压力变化,其评价结果与压裂后产能表现难以较好吻合,因此施工现场亟需更加精准的暂堵压裂有效性评价方法。为此,在综合运用井底压力、排量、支撑剂浓度等压裂施工时序数据的基础上,建立了基于数据驱动特征挖掘的暂堵压裂有效性评价新模型,并针对暂堵剂封堵已压裂缝和新裂缝起裂扩展2个关键物理过程,优选出暂堵升压、工压升压、孔眼暂堵效率、暂堵后压力三阶段变化的4项特征参数。最后,采用特征参数阈值法赋分,加权平均后分级评价了暂堵压裂有效性。研究结果表明:①暂堵压裂有效性可划分为老缝有效封堵及新缝有效扩展、老缝部分封堵失效及新缝扩展受限、无效暂堵3类情况;②暂堵升压、工压升压、孔眼暂堵效率等特征参数可有效评价暂堵剂封堵已压裂缝状态;③暂堵后压力三阶段变化特征可有效评价暂堵新缝扩展状态,即新缝有效扩展时,压力曲线具有显著的压力波动、压力下降、压力平稳三阶段变化特征。结论认为,数据集条件下,4项特征参数权重为1∶2∶2∶5,从物理机理上实现了暂堵效果的综合客观评价,经现场应用5井次,井下分布式光纤和微地震监测数据验证了新模型有效性和实用性,该模型有望为非常规油气体积压裂过程中暂堵有效性实时评价、暂堵时机与参数优化提供新方法。

关键词：非常规油气暂堵压裂均衡改造压裂施工曲线暂堵有效性评价特征参数数据挖掘人工智能

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段内多簇暂堵压裂中暂堵球直径优化研究

钻采工艺 2023年第5期46卷 61-67页

作者：滕卫卫古小龙王博张谷畅吴宝成李建民葛洪魁中国石油大学(北京) 中国石油新疆油田公司新疆克拉玛依市834000 新疆克拉玛依市燃气有限责任公司

段内多簇暂堵压裂过程中,持续加砂造成孔眼冲蚀,直径变大。按照初始孔眼尺寸设计暂堵球粒径对封孔封堵效果差,段内多裂缝难以实现均衡扩展,造成水平井整体改造效果不理想。为优化暂堵球直径,提高孔眼封堵效果,开展了地面矿场孔眼极限冲... 详细信息

段内多簇暂堵压裂过程中,持续加砂造成孔眼冲蚀,直径变大。按照初始孔眼尺寸设计暂堵球粒径对封孔封堵效果差,段内多裂缝难以实现均衡扩展,造成水平井整体改造效果不理想。为优化暂堵球直径,提高孔眼封堵效果,开展了地面矿场孔眼极限冲蚀试验,结合井下鹰眼成像监测结果,明确了极限冲蚀下孔径增大幅度。通过三维建模几何匹配方法,优化了暂堵球直径并通过地面暂堵试验和井下暂堵压裂矿场试验加以验证。研究结果表明:极限冲蚀情况下,孔眼内部冲蚀程度远大于外部,孔眼形状由规则的圆形通孔变为喇叭形孔,极限冲蚀后内径介于区间30~35 mm,优化暂堵球直径区间为15~22 mm,为避免暂堵球缩径飞出孔眼,确定暂堵球最佳直径为22 mm;地面矿场暂堵试验证实了22 mm暂堵球可以卡封孔眼不脱落且起压速度快。研究成果可为现场选择暂堵球直径提供指导,提高暂堵球坐封效率与压裂改造效果。

关键词：暂堵压裂极限冲蚀射孔孔眼暂堵球直径

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多岩性储集层暂堵压裂缝高扩展特征试验研究

科学技术与工程 2022年第24期22卷 10534-10543页

作者：王明星纪大刚袁峰王健马新仿邹雨时张兆鹏新疆油田公司工程技术研究院克拉玛依834000 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京1002249

针对多岩性组合储集层的裂缝高度扩展问题,通过制备不同岩性的人工试样,并开展了室内压裂物理模拟试验,同时加入暂堵剂,分析不同岩性差异、射孔位置及排量下的水力压裂缝高扩展特征,创新了试样压后三维裂缝重构方法。结果表明:不同岩性... 详细信息

针对多岩性组合储集层的裂缝高度扩展问题,通过制备不同岩性的人工试样,并开展了室内压裂物理模拟试验,同时加入暂堵剂,分析不同岩性差异、射孔位置及排量下的水力压裂缝高扩展特征,创新了试样压后三维裂缝重构方法。结果表明:不同岩性组合试样下的主要缝高截止机制由岩石力学性质所决定,高杨氏模量岩层会阻挡缝高穿层。当层间力学性质差异较小时,裂缝发生转向扩展突破,缝高发生穿层;当层间力学性质差异较大时,裂缝扩展限制于同一岩层,缝高难以突破岩层界面。低排量下,缝高截止于应力区分界面,暂堵压裂后,裂高继续延伸突破高应力区;高排量下,裂缝沿最小主应力横向扩展,加入暂堵剂发生,裂缝转向形成新的裂缝。当射孔位置居上时,试样缝高倾向于向上扩展,暂堵压裂后形成新的起裂点;射孔位置居下,缝高扩展贯穿整个试样,暂堵压裂后形成相平行的新裂缝。研究结果为多岩性组合储集层现场压裂方案设计提供了室内试验指导。

关键词：岩性组合缝高穿层水力压裂物模试验暂堵压裂

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低渗透薄互层油藏动态多级暂堵压裂技术优化

钻采工艺 2023年第6期46卷 66-71页

作者：孔祥伟许洪星张晓辉赵长德长江大学石油工程学院油气钻采工程湖北省重点实验室(长江大学) 中国石油川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司中国石油青海油田公司采油二厂中国石油新疆油田百口泉采油厂油田工艺研究所

鄂尔多斯盆地陇东地区长6-长8储层属于低渗透薄互层油藏,具有厚度薄、物性差、非均质严重等特点。目前薄互层油藏暂堵压裂中存在暂堵剂加量计算方法和压裂设计参数不明确的问题,导致纵向薄层不能被全部压开、压裂缝高难控,压裂后增产及... 详细信息

鄂尔多斯盆地陇东地区长6-长8储层属于低渗透薄互层油藏,具有厚度薄、物性差、非均质严重等特点。目前薄互层油藏暂堵压裂中存在暂堵剂加量计算方法和压裂设计参数不明确的问题,导致纵向薄层不能被全部压开、压裂缝高难控,压裂后增产及稳产效果受到一定影响。基于上述问题,通过实验评价了动态多级暂堵压裂时暂堵剂的最优组合,提出了包括射孔炮眼和近井带的暂堵剂加量计算方法,并利用数值模拟软件优化了射孔段长、排量及加砂量等参数,形成了陇东地区低渗透薄互层油藏动态多级暂堵压裂技术。现场试验表明暂堵剂有效封堵了射孔炮眼和近井带裂缝,通过对比压裂前后各向异性成果解释,得出纵向各层射孔段均产生了压裂裂缝,试验井的试油产量与邻井相比有大幅提升。该技术在薄互层砂岩油藏取得了显著的压裂改造效果,为目标区块薄互层油气藏高效压裂提供了技术支持。

关键词：低渗透薄互层油藏多级暂堵暂堵压裂水溶性暂堵剂压裂参数优化

基于三维扫描技术的页岩暂堵压裂物理模拟实验

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断块油气田 2022年第1期29卷 118-123页

作者：杨恒林吕嘉昕谭鹏付卫能饶加富中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 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

页岩水力裂缝扩展形态及表征方法是评价暂堵压裂效果的基础,常规裂缝形态监测手段(如示踪剂法、声发射法)难以准确反映水力裂缝的起裂与扩展规律。因此,文中结合三维扫描技术,开展真三轴暂堵压裂物理模拟实验,研究不同排量下页岩暂堵压... 详细信息

页岩水力裂缝扩展形态及表征方法是评价暂堵压裂效果的基础,常规裂缝形态监测手段(如示踪剂法、声发射法)难以准确反映水力裂缝的起裂与扩展规律。因此,文中结合三维扫描技术,开展真三轴暂堵压裂物理模拟实验,研究不同排量下页岩暂堵压裂水力裂缝的起裂与扩展规律;通过获取裂缝体积与面积等参数,定量表征页岩暂堵压裂的裂缝网络复杂程度,从而评价压裂改造效果。结果表明,暂堵剂可有效促进页岩水力裂缝转向、分叉,以及多裂缝的形成,水力裂缝面曲率变化反映不同注液阶段暂堵剂的累积作用效果。不同排量下,页岩暂堵压裂的裂缝形态和裂缝网络复杂程度不同:小排量条件下,暂堵剂封堵初次裂缝,形成平行于初次裂缝的简单缝;大排量条件下,暂堵剂封堵初次裂缝,形成平行于初次裂缝并伴随天然裂缝张开的复杂缝。现场可通过增大排量提高暂堵剂在裂缝中的运移距离和封堵程度,增加远端天然裂缝的激活概率。

关键词：页岩暂堵压裂复杂裂缝网络裂缝重构三维扫描

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水平井暂堵压裂裂缝扩展规律及参数优化

水平井暂堵压裂裂缝扩展规律及参数优化

作者：王昊汭中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着常规油气藏开采难度增加,非常规油气藏成为目前勘探开发的主要目标,水平井分段压裂技术是开发非常规储层的重要技术手段。然而由于非常规储层非均质性强、射孔不完善、压裂裂缝存在应力干扰等,水平井分段压裂多簇射孔难以均衡起裂... 详细信息

随着常规油气藏开采难度增加,非常规油气藏成为目前勘探开发的主要目标,水平井分段压裂技术是开发非常规储层的重要技术手段。然而由于非常规储层非均质性强、射孔不完善、压裂裂缝存在应力干扰等,水平井分段压裂多簇射孔难以均衡起裂和扩展,导致压裂改造效果不佳。段内暂堵压裂技术是目前国内外广泛应用的促进多簇裂缝均衡扩展的方法,通过泵入暂堵剂封堵优势扩展的裂缝,改变流量分配,使流体转向流入改造不充分或未改造的射孔簇,大幅度提高分段压裂多簇裂缝的均匀程度。本论文针对无法确定投球作用位置与有效性及暂堵压裂效果不佳的问题,通过对暂堵剂沉降和运移过程中的受力进行分析研究暂堵剂的运移规律,通过计算流体力学模拟软件建立水平井筒物理模型,利用固-液两相流模型对暂堵剂在井筒内的运移过程进行模拟,采用单因素分析法研究暂堵剂泵送排量、暂堵剂粒径、暂堵剂密度和压裂液粘度4个参数对暂堵剂在水平井筒中的运移的影响规律,利用正交设计得到最优工程参数组合,通过平面三维多裂缝扩展模型和暂堵球分配计算方法,模拟分析暂堵球数量、暂堵时机、暂堵次数对各射孔簇的液量分配、多簇裂缝扩展形态及井底压力的影响,探究暂堵后多簇裂缝扩展规律,优化暂堵参数组合。通过计算流体力学模拟软件进行正交设计得到最优工程参数组合为:暂堵剂泵送排量为12m/min,暂堵剂密度为1050kg/m,暂堵剂粒径组合为3mm+20-60目,压裂液粘度为10m Pa·s。通过平面三维模型模拟得到暂堵和未暂堵情况下的进液量差异、裂缝形态等结果,表明段内暂堵技术可以改善水平井分段压裂多簇裂缝非均匀扩展现象,利用单因素分析方法和组合模拟得到最优暂堵参数组合为:最优暂堵球数量为单段内总射孔数的37.5%-50%,最优暂堵次数为1-2次,暂堵球数量较少时选择暂堵1次,暂堵时机设置为总施工时间的1/3-1/2,暂堵球数量较多时选择暂堵2次,暂堵时机设置为总施工时间的1/3和1/2,单次投球数量设置为总暂堵球数量的2/3和1/3。

关键词：计算流体力学暂堵剂运移暂堵压裂裂缝扩展