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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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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

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暂堵压裂在低渗透油田的研究与应用

钻采工艺 2017年第3期40卷 65-67页

作者：谢新秋邹鸿江武龙张红岗徐洋赵晨君川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室二氧化碳压裂增产研究室长庆油田分公司第三采油厂

针对低渗储层,裂缝侧向存在大量死油区、微裂缝和隔夹层发育等问题,通过向储层裂缝加入暂堵剂提高缝内净压力开启微裂缝,实现裂缝转向,并在纵向突破隔夹层的限制,更大程度地动用剩余油。经过多年研究和现场应用,暂堵压裂形成了缝口暂堵... 详细信息

针对低渗储层,裂缝侧向存在大量死油区、微裂缝和隔夹层发育等问题,通过向储层裂缝加入暂堵剂提高缝内净压力开启微裂缝,实现裂缝转向,并在纵向突破隔夹层的限制,更大程度地动用剩余油。经过多年研究和现场应用,暂堵压裂形成了缝口暂堵压裂、缝内暂堵压裂、多缝压裂和复合缝网压裂等4项工艺技术,现场大量试验和应用证明暂堵压裂可以达到很好的增油效果。

关键词：暂堵压裂缝内净压力微裂缝裂缝转向剩余油

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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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井筒-射孔-裂缝全耦合双暂堵压裂实验装置研发与应用

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实验技术与管理 2024年

作者：郭天魁郝彤张跃龙陈铭曲占庆王文宇吕明锟杨仁杰戴海静中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室中国石油大学(华东)石油工程学院中国石油长庆油田分公司江苏华安科研仪器有限公司

为将基于缝间（段内）射孔暂堵球与缝内暂堵剂的“缝间-缝内”暂堵压裂技术转化为实验教学内容，该文设计了井筒-射孔-裂缝全耦合暂堵压裂物理模拟实验装置。装置能够设置泵注压力、排量、射孔参数、裂缝粗糙程度、裂缝宽度等实验条件... 详细信息

为将基于缝间（段内）射孔暂堵球与缝内暂堵剂的“缝间-缝内”暂堵压裂技术转化为实验教学内容，该文设计了井筒-射孔-裂缝全耦合暂堵压裂物理模拟实验装置。装置能够设置泵注压力、排量、射孔参数、裂缝粗糙程度、裂缝宽度等实验条件，开展非常规储层暂堵压裂物理模拟实验，并通过进出口流量监测、多点测压、可视化图像处理等方式对实验结果进行精细化表征，对段内暂堵与缝内暂堵两种压裂辅助工艺进行评价优化。该实验系统具备占地面积小、操作简便安全、功能丰富等优势，是储层改造技术创新实践平台的重要组成部分。

关键词：储层改造实验装置井筒-射孔-裂缝全耦合暂堵压裂暂堵材料性能评价

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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

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致密砂岩气藏暂堵压裂裂缝起裂扩展实验模拟

油气藏评价与开发 2024年第3期14卷 391-401页

作者：孔祥伟许洪星时贤陈杭长江大学石油工程学院湖北武汉430100 油气钻采工程湖北省重点实验室(长江大学) 湖北武汉430100 中国石油川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司陕西西安710000 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266000 中国石油长庆油田分公司第十采油厂甘肃庆阳745100

针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了... 详细信息

针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。

关键词：真三轴暂堵压裂起裂扩展破裂压力起裂角裂缝改造面积

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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