水平井压裂裂缝起裂及延伸规律研究

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水平井段内多裂缝压裂技术研究与应用

水平井段内多裂缝压裂技术研究与应用

水平井段内多裂缝压裂技术研究与应用申贝贝;何青;张永春;李雷;刘威【摘要】针对大牛地气田致密低渗地层特征,在总结水平井压裂工艺应用情况及其优缺点的基础上,开展了水平井段内多裂缝压裂新工艺的研究,特别是对水平井段内多裂缝压裂使用高强度水溶性哲堵剂的控制工艺原理以及段内裂缝的干扰进行了分析.并对DPT-8和DPH-60两口水平井实施了段内多缝压裂技术的现场应用试验.试验结果表明,该技术利用暂堵剂能依次封堵先期压裂形成的裂缝,使其不断蹩压而在段内发生多次起裂并延伸,形成多条新的裂缝,从而有效地增加改造体积,扩大泄油气面积或范围,进而提高压裂改造程度和油气增产效果.并能节约封隔器和压差滑套,降低施工作业成本,为大牛地气田致密低渗储层的改造探索出了新的技术途径.【期刊名称】《天然气勘探与开发》【年(卷),期】2014(037)001【总页数】4页(P64-67)【关键词】致密低渗储层;水平井压裂;段内多裂缝压裂;大牛地气田【作者】申贝贝;何青;张永春;李雷;刘威【作者单位】中国石化华北分公司工程技术研究院;中国石化华北分公司工程技术研究院;中国石化华北分公司工程技术研究院;中国石化华北分公司工程技术研究院;中国石化华北分公司工程技术研究院【正文语种】中文大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部东段,主要含气层位为上古生界下石盒子组、山西组和太原组。

自从1999年首钻大探1井试获工业气流后,经过多年的勘探开发与研究,取得了丰硕的成果。

目前,上古生界砂岩储层的开发已经逐渐走向规模化、工业化的开发阶段。

常规的直井开发在大牛地致密低渗储层中开发难度大,建产率低。

为了扩大井筒泄气面积,提高单井控制储量和产能,并借鉴前期气田开发的探索实践,华北分公司工程技术研究院通过转变理念、优化设计、完善管理,不断完善工程工艺措施,逐渐形成了满足大牛地气田致密低渗储层有效开发的工程工艺技术措施。

目前,大牛地气田主要以水平井开发为主,并已经建成国内第一个全部采用水平井开发的10×108m3产能气田。

页岩水平井压裂裂缝延伸规律探究_以延长油田页岩气气藏为例

页岩水平井压裂裂缝延伸规律探究_以延长油田页岩气气藏为例
设备运维
页岩水平井压裂裂缝延伸规律探究
——以延长油田页岩气气藏为例
关星
长江大学石油工程学院

摘要:水平井压裂能有效的提高页岩气藏水平井的产量,裂 缝延伸规律研究是水平井压裂技术的关键点之一。提出并研究 应力强度因子,裂缝端部的应力强度因子达到岩石的断裂韧性时 裂缝才开始延伸。以延长油田的现场数据为例,对常用的裂缝延 伸数学模型—二维模型、拟三维模型、三维模型进行对比分析,选 出最佳的延伸模拟模型。
表 3 计算结果比较
二维模型 (PKN)
拟三维模 型
三维模型
FracproPT 计算
裂缝半长/
m
324. 4
153
103
97
上缝高/m
21
58. 3
28. 92
39. 74
下缝高/m
20
52. 2
26. 64
35. 17
最大缝宽/ cm
1. 36
1. 13
0. 566
0. 932
平均缝宽/ cm
1. 208
表 1 油藏数据
层位
油藏参数
数值
有效厚度/m
41
产层
断裂韧性/(MPa·m0. 5)
杨氏模量/MPa 最小主应力/MPa
泊松比
1. 26
24653 29 0. 22
盖层
断裂韧性/(MPa·m0. 5)
杨氏模量/MPa 最小主应力/MPa
泊松比
1. 9
25622 34
0. 251
底层
断裂韧性/(MPa·m0. 5)
结论
1.当地层岩性不同时,裂缝延伸的规律会有很大的不同,塑 性较强的地层,比较容易出现早期脱砂的情况。

基于扩展有限元的页岩水平井压裂裂缝扩展规律研究

基于扩展有限元的页岩水平井压裂裂缝扩展规律研究

middle crack while the two sides of the crack repel each other. Under the condition of sequential fracturing with three clusters of fractures, the longest fracture can be obtained compared with synchronous fracturing and two-step fracturing.(4) When a hydraulic crack encounters a single natural crack with 90 degrees dip, secondary cracks will occur at both ends of the natural crack, otherwise only one secondary crack will occur at the end of the natural crack with small dip; when two natural cracks with 90 degrees dip are encountered, the second natural crack will severely inhibit the length of secondary cracks produced at the end of the first natural crack.This paper further reveals the law of fracture propagation and shape change in shale horizontal wells. The method of hydraulic fracturing simulation based on extended finite element method can be used to analyze the law of fracture propagation under various factors.Keywords: Shale,Horizontal Well, Hydraulic Fracturing, Fracture Propagation, Extended Finite Element MethodThesis: Fundamental Study(The paper is supported by the China National Science Foundation Research on Brittle Failure Mechanism of Shale Reservoir based on macro-micro mechanics, Grant No:51674197)目录第一章绪论 (1)1.1 选题背景和研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 水平井多簇裂缝扩展竞争机制研究 (2)1.2.2 水力裂缝与天然裂缝相互作用关系研究 (4)1.2.3 裂缝扩展模拟方法研究 (6)1.3 研究内容及创新点 (8)1.3.1 研究内容 (8)1.3.2 技术路线 (8)1.3.3 创新点 (9)第二章基于XFEM的水力压裂理论基础 (10)2.1 多孔介质基本理论 (10)2.1.1 基本物性参数概念 (10)2.1.2 有效应力原理 (11)2.2 扩展有限元方法 (11)2.2.1 扩展有限元位移标准格式 (11)2.2.2 模拟裂缝扩展的水平集方法 (14)2.3 ABAQUS软件在水力压裂模拟中的具体实现 (16)2.4 基于XFEM的裂缝起裂和扩展准则 (16)第三章水力压裂数值模型建立及验证 (19)3.1 模型基本假设 (19)3.2 水力压裂数值模拟基本方程 (20)3.2.1 基于有效应力原理的渗流/应力耦合基本方程 (20)3.2.2 裂缝内流体流动方程 (21)3.2.3 边界条件 (22)3.3 基于XFEM的渗流/应力耦合方程离散 (22)3.4 ABAQUS软件模拟水力压裂的基本步骤 (24)3.5 基于扩展有限元的水力压裂模型验证 (28)3.5.1 真三轴水力压裂物模对比验证 (28)3.5.2 水力裂缝内压强及入口缝宽变化规律验证 (29)第四章页岩水平井压裂单缝扩展规律研究 (31)4.1 单裂缝扩展水力压裂模型及求解 (31)4.2 射孔方位角对裂缝扩展规律的影响 (32)4.2.1 裂缝扩展形态规律分析 (32)4.2.2 起裂压力变化规律 (34)4.2.3 单缝半长和入口处宽度变化规律 (34)4.2.4 裂缝稳定扩展压力和初始转向角度变化规律 (35)4.3 水平应力差对裂缝扩展规律的影响 (36)4.3.1 裂缝扩展形态规律分析 (36)4.3.2 起裂压力变化规律 (37)4.3.3 单缝半长和入口处宽度变化规律 (38)4.3.4 裂缝稳定扩展压力和初始转向角度变化规律 (38)4.4 注入排量对裂缝扩展规律的影响 (39)4.4.1 裂缝扩展形态规律分析 (39)4.4.2 起裂压力变化规律 (40)4.4.3 单缝半长和入口处宽度变化规律 (41)4.4.4 裂缝稳定扩展压力和初始转向角度变化规律 (41)4.5 压裂液黏度对裂缝扩展规律的影响 (42)4.5.1 起裂压力变化规律 (43)4.5.2 单缝半长和入口处宽度变化规律 (43)4.5.3 裂缝稳定扩展压力和初始转向角度变化规律 (44)第五章页岩水平井压裂多簇裂缝扩展规律研究 (45)5.1 多簇水力裂缝扩展模型及求解 (45)5.2 压裂两簇裂缝时扩展规律分析 (47)5.2.1 两簇裂缝扩展形态分析 (47)5.2.2 缝间距对裂缝扩展规律的影响 (49)5.2.3 水平应力差对裂缝扩展规律的影响 (51)5.2.4 裂缝长度对裂缝扩展规律的影响 (54)5.2.5 注入排量对裂缝扩展规律的影响 (55)5.3 压裂三簇裂缝时扩展规律分析 (56)5.3.1 三簇裂缝扩展形态分析 (56)5.3.2 压裂次序对裂缝扩展规律的影响 (58)5.4 压裂四簇裂缝时扩展规律分析 (59)5.5 水力裂缝与天然裂缝相交扩展规律研究 (61)5.5.1 水力裂缝与天然裂缝交互数值模型 (61)5.5.2 物理模型建立及求解 (62)5.5.3 裂缝扩展规律分析 (63)第六章结论与建议 (66)6.1 结论 (66)6.2 建议 (66)致谢 (68)参考文献 (69)攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 (76)第一章绪论1.1 选题背景和研究意义伴随着经济全球化发展趋势愈演愈烈,世界各国经济总量不断迈入新台阶,尤其以中国为首的发展中国家于2010年末一跃成为世界第二大经济体。

水平井压裂起裂规律研究现状

水平井压裂起裂规律研究现状

水平井压裂起裂规律研究现状X冯彦田,王继波,胥元刚(西安石油大学石油工程学院,陕西西安 710065) 摘 要:介绍了国内外在水平井压裂裂缝起裂规律的研究进展,主要包括运用解析法和有限元法两种不同方法,研究了水平井井筒周围地应力分布对裂缝起裂的影响,破裂压力及起裂方位,指出了目前研究中的不足,并对未来的研究方向进行了分析和展望。

关键词:水平井压裂;地应力;破裂压力;起裂方位;研究现状 水力压裂油气井是增产的一项重要技术,利用地面的高压泵组将高粘度液体泵入井中,当目的层段的液体压力超过一定值后,岩石破裂,随着支撑剂的运移和沉降,逐渐形成一条高渗的填砂裂缝。

水平井压裂与常规直井压裂相比,水平井本身所具有的特殊性和复杂性,钻遇地层情况复杂。

因此,水平井压裂起裂与直井压裂起裂有很大的区别:水平井压裂裂缝的起裂与井筒周围的应力分布、射孔、完井方式、井筒压力以及天然裂缝都密切相关。

众所周知,水平井压裂方面的相关研究在国外一些发达的产油国得到了较早、较全面的认识、研究;而我国在近十年对水平井的开发利用以及压裂方面也做了很多工作并取得了可喜的成绩。

自从Gig er[1]首次提出水平井水力压裂的概念以来,水平井水力压裂的发展已经得到了广泛的认识和深刻的研究。

从那时开始,伴随着水平井技术的不断发展以及在水平井施工过程中各种外来因素的影响和地质构造方面复杂性、多变性的存在,为了提高水平井压裂的成功率,在进行水平井压裂设计时必须考虑各种因素的综合影响——如钻井、射孔后原始地应力在井筒以及孔眼周围的重新分布;起裂条件的分析以及起裂压力的计算以及裂缝的起裂形态研究等。

因此,对于水平井压裂裂缝起裂规律的研究分析无疑是后续工作的基础又是水平井压裂成功的关键。

1 地应力分布模型的发展现状在地应力场的研究方面,已经有许多学者专家做了大量的研究工作:M.M.Hossain[2]给出了斜井井筒应力分布的计算模型,并运用叠加原理在斜井周围应力分布的数学模型下经推导得出了柱坐标系下水平井井筒水平段任意一点处的应力分布;余雄鹰[3]等根据Yew[17]改进的坐标系统,利用三维弹性力学建立了斜井井筒应力分布模型;陈勉等[4]考虑到岩石介质孔隙压力、压裂液渗流效应及作业条件对裂缝起裂的影响,利用多孔弹性理论,采用叠加原理建立了斜井井筒周围的应力分布;程远方等[5]假设岩石是小变形多孔弹性体,利用叠加原理并考虑到钻井液渗流效应,建立了井眼围岩应力分布规律;徐严波[6]考虑了地层温度变化产生的热应力的影响,建立了新的水平井筒周围应力分布的数学模型;王培义等[7]初步研究了水平井水力压裂机理,建立了水平井井眼的应力分布模型;刘翔[8]运用解析方法研究了射孔后孔眼围岩的地应力分布;而胡永全等[9]首次将射孔井套管和岩石化为两种不同性质的材料,按线弹性有限元方法计算近井地带应力场。

水平井连续油管分段压裂技术研究

水平井连续油管分段压裂技术研究

水平井连续油管分段压裂技术研究连续油管压裂技术可以实现一次多压作业,更好地提高油井产量。

本文对连续油管分段压裂技术进行简单的叙述,并对连续油管分段压裂方案优化展开探讨和研究。

标签:水平井;连续油管技术;分段压裂低渗透油藏是很多油田提高产量的重要资源,采用水平井分段压裂技术可以使低渗透油藏流通性变好、减小渗流阻力、提高油田采收率。

水平井开发技术的进步,可以有效地动用难以开采的油藏,分段压裂施工需要以压裂管柱的安全起下作为保证,连续油管在卷筒拉直以后下放到井筒中,当作业完成之后从井中提取出来重新卷到卷筒中,具有很高的作业效率。

1连续油管分段压裂技术概述该技术以水动力学作为研究的前提,把连续油管技术实现与压裂技术的结合,采用喷砂射孔及环空加砂进行压裂的办法,可以对水平井进行一次多压。

进行施工作业过程中,需要先设计好压裂施工所采用的工具串,是由导引头、机械丢手、喷枪、封隔器等构成,压裂施工时把工具串投入到井筒中,采用机械定位装置实现位置确定,并对深度进行校核,利用打压办法来完成封隔器的坐封,达到合格标准之后就可以应用连续油管水力喷砂射孔技术进行作业,再采用环空加砂压裂技术,当完成一段压裂作业之后再对管柱进行上提操作,在后续层段采用相同的施工作业方式,不需要太多的时间就可以实现对多层段的地层压裂改造作业。

2连续油管分段压裂方案优化某油田区块采用水平井连续油管技术进行分段压裂增产,达到了比较理想的效果,把裸眼封隔器分段壓裂作为主要的压裂工艺技术,可该压裂工艺需要较长的作业时间,压裂之后还需要较多的工艺来完善,很难对裂缝起始位置进行有效地控制,为了提高压裂增产效果,可以采用连续油管分段压裂技术,充分考虑到多种影响因素,对原有的压裂方案进行优化改进。

2.1裂缝特征优化地层裂缝长度情况直接影响着低渗透油藏的开采效果,如果地层裂缝长度变大,油气产量则会相应地提升。

对早期投入使用的油井地质情况进行分析来看,如果地层裂缝长度达到90-100米,可以达到较高的原油产量,从而实现较长的稳产时间。

水平井多段压裂布缝方式探讨_李静嘉

水平井多段压裂布缝方式探讨_李静嘉

PetroleumEngineeringTechnology 石油工程技术中国石油和化工2013·09本栏目合办单位:中国石油大学(北京)北京雅丹石油技术开发有限公司53中国石油和化工2013·09裂。

交互式压裂的布缝方式为在压开两条裂缝后,再在两条缝之间压开一条缝,并在之后的压裂程序上重复这样的操作,直到完成设计的裂缝条数。

这种布缝方式可以改变裂缝范围内应力场的分布,造出更多与主裂缝连通的次生裂缝,使整个水平井段改造体积增大。

本文研究了这种布缝方式下地层最小主应力的改变情况,为了模拟交互式压裂的诱导应力场,模型设置前两条缝的间距为150米,第三条缝在前两条缝的中间位置,中间缝的扩展对最大水平主应力的改变情况影响很大,又受前两条缝净压力的影响。

(见图1)图2为缝端部的剪切应力改变情况,这种改变是通过微地震监测得到的,当缝端剪切应力发生改变时就会发射出一种可以被微波接收器捕捉到的剪切波,通过对微地震事件的反衍得到准确的裂缝位置[8]。

从图中可以看出缝端的这种剪切应力改变最为明显,因此随着中间裂缝的扩展所产生的诱导应力有可能压开非常规储层(如页岩)的弱层理面,波及更大的地层范围。

尽管这种布缝方式易于制造出复杂缝网结构,但在工艺上却很难实现,而且在近井筒带有可能发生应力反转,因此这项技术目前来看还不适合应用于油田现场。

同步压裂(拉链式压裂)同步压裂技术指两口平行的水平井同时压裂,Roussel 和Sharma在2010年模拟了这种压裂方式裂缝周围的应力分布状况。

当相对的两条裂缝向对方延伸时,在裂缝尖端会产生一定程度的扰动,使裂缝向垂直于水平井筒方向延伸。

(见图3)我们希望看到的是在裂缝尖端有剧烈的应力改变,但模拟显示与交互式压裂相比这种改变是非常小的。

但裂缝尖端的剪切应力改变较为明显(见图4),有可能导致裂缝转向。

当两条相对的裂缝距离非常近时就有可能发生裂缝转向,增加两口井连通的风险。

体积压裂复杂裂缝起裂与延伸基础理论研究

体积压裂复杂裂缝起裂与延伸基础理论研究

复杂裂缝网络形成过程:
分支缝延伸 (延伸判定)
压裂施工
形成人工主缝
沟通天然缝
主缝穿透分支缝并延伸 分支缝延伸 分支缝中某一薄弱位置延伸
分支缝起裂 (起裂判定)
分支缝
天然缝
实拍图
-16-
示意图
3、复杂裂缝起裂与延伸力学机理研究
1)裂纹扩展形式 按裂纹的几何特征可分为穿透裂纹、表面纹和埋深纹 。 裂纹的扩展形式包括Ⅰ型、 Ⅱ型和Ⅲ型裂纹。
延N 伸
延 伸
分支缝与天然 Y 缝相交判定
N 计算分支缝及主缝起裂和延伸
计算特点:
增加分支缝 计算模块
①每条天然缝都需分配新的 计算模块,天然缝越多,计 算越复杂;
计 算
②对每条缝都需进行相交判
相 交
定,并在节点处重新分配计
点 处
算参数,缝网越复杂,计算

量越大;



➢交点处流量、压力动态 分配计算较为困难。
非常规裂缝模型模拟方法
考虑不同物性天然裂缝影 响,能较为精确计算缝网尺 寸及复杂程度,但天然缝多 时模拟难度及工作量较大。
-6-
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
2)体积压裂复杂裂缝模拟研究
➢正交线网模型
模型特点
根据微地震数据点密度、 地质及测井等数据用于调整 正交天然缝间距。
通过调整σH拟合缝网基
裂缝面法线与X轴

夹角


地应力差


裂缝半径


缝内实际压力


岩石断裂韧性

延伸及起裂趋势
复合型裂缝起裂与延伸 判定准则
延伸趋势

水平井水力裂缝非平面扩展研究_张广清

水平井水力裂缝非平面扩展研究_张广清

第26卷 第3期2005年5月石油学报A CT A PETROLEI SINICAV ol.26 N o.3M ay 2005基金项目:国家自然科学基金项目(No.50274054)/水平井水力裂缝非平面扩展的物理模拟研究0部分成果。

作者简介:张广清,男,1975年7月生,2002年毕业于石油大学(北京),现为中国石油大学讲师,博士,北京大学力学与工程科学系博士后,主要从事石油工程岩石力学研究。

E O m ail:zgq 1975666@文章编号:0253O 2697(2005)03O 0095O 03水平井水力裂缝非平面扩展研究张广清1,2 陈 勉2(11北京大学力学与工程科学系 北京 100871; 21中国石油大学石油天然气工程学院 北京 102249)摘要:基于最大拉伸应力准则和拉格朗日极值法,建立了水平井筒附近水力裂缝空间转向模型,用于分析三向地应力和井筒内压作用下水平井筒水力裂缝的起裂位置和扩展形状。

根据此模型,编制了数值计算程序。

针对所建立的理论模型,在真三轴水力压裂模拟装置上采用300mm @300mm 的岩石试样进行了物理模拟,模型计算结果与物理模拟结果基本一致。

通过模拟计算和物理试验,得到了井筒附近水力压裂裂缝空间转向的基本规律。

研究结果表明,水平井井筒附近水力裂缝确实存在空间转向现象,裂缝在转向前与井筒的距离随井筒方位角增大而增加,但增加幅度不大,大致发生在3倍井筒直径的范围内。

关键词:水力压裂;裂缝非平面扩展;水平井;物理模拟;计算模型中图分类号:T E 357111 文献标识码:ANon -planar propagation of hydraulic fracture near horizontal wellboreZH AN G Guang -qing1,2CH EN M ian2(1.D ep ar tment of M echanics and Eng ineer ing ,P ek ing Univer sity ,Beij ing 100871,China;2.Faculty of Petroleum E ngineer ing ,China Univer sity of P etr oleum ,Beij ing 102249,China)Abstract :A three -dimensio nal model fo r describing hydraulic fr act ur e r eo rientation near ho rizo ntal w ellbore was established o n the basis o f max imum tensile str ess crit erio n and the L ag range M ultiplier method.T he model can be used to analy ze no n -planar shape o f hy dr aulic fr act ur e during propag ation under thr ee far -field gr ound -stresses and w ellbore pr essure.T he numer ical codes wer e dev e-l o ped for simulatio n.A cco rding to the theoret ical mo del,labor ator y ex periments w ith r ock sample o f 300mm @300mm @300mm in size w ere made o n t he tr ue tr-i ax is simulation equipment o f hy draulic fr act ur ing.T he ca lculated results by t he theo retical model ar e basically co nsistent with those of ex periments.T he fundamental patterns o f thr ee -dimensional r eorientat ion o f hy dr aulic fracture near wellbor e wer e obtained.T he main results of theo retical model and ex perimental v erificat ion sho wed that three -dimensional reo rienta -t ion of hydraulic fr actur e ex ists near hor izo nt al wellbor e indeed,and the distance awa y fro m w ellbo re before fr actur e turning incr eases w ith increament o f w ellbore or ientatio n angle.T he increasing mag nitude is limit ed.G ener ally it occurs w ithin three times o f wellbor e diameter.Key words :hy dr aulic fr actur e;non -planar fracture pro pag atio n;hor izo nt al w ellbo re;physical simulatio n;calculation model水力压裂是一项重要的油田增产增注措施,在水力压裂方面已进行了大量的理论、试验和数值模拟研究[1]。

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律探讨

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律探讨

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律探讨摘要:在油气开采中,水平井压裂裂缝是隧道最常见的一种情况,往往是多种因素共同作用的结果,由于裂缝的深度、宽度变化以及裂缝的形成因素均有不同,且根据现场施工条件,对裂缝的处理方法也是不一样的。

严重的情况不仅危害整体性,还会引起稳定性和其它情况的发生,形成恶性循环,都会影响耐久性。

本文主要探讨了水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律。

关键词:水平井压裂;裂缝起裂;裂缝延伸规律;探讨引言:由于在日常的生产中,水平井压裂往往具有特殊性,考虑到难度系数较大,我们不能依靠一个人员或者小组,常常必须需要不同团队参与施工。

不论是在哪个段落的水平井压裂,整个队伍都应该是严谨而认真的,做到每一个流程都规范,如果不这样做,施工随时面临着巨大的风险问题。

所以相应地,施工技术也应该着力提升。

团队在施工前就应该努力思考,做好风险备案,在面对各种风险时才能有备无患,实现稳定性的逐步提升。

在正常的作业环境中,施工团队也不能放松警惕,在日常要预先思考应急方案,针对假想的风险作出正确的判断。

整个施工作业完成以后,施工团队要对整体水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律进行细致的检查和排查。

1.水平井的优势及压裂在油气开采中,由于水平井所接触油气储层长度比较大,能够很好地增加储层的泄油面积,提高油气产量。

另外在油气开采中,如果储层有天然裂缝,通过水平井可以把天然裂缝贯穿起来,从而更好地对油气资源进行开采。

在油气开采中,如果井筒和最大应力方向相同,就会形成和最小应力方向垂直的纵向裂缝。

对于施工项目的管理的重视,更是防患于未然的关键因素。

很多团队的专业设备少,但是承接的项目却很大,而且数量还在不断地增加,忽视总结经验,也不注意提升自身的技术水平国内许多建设企业,受自身规模影响,更少的企业愿意斥资引进专业设备。

2.水平井压裂裂缝延展规律2.1水平井压裂的两个关键方面:水泥胶结强度在裂缝形成中的作用,以及射孔丛间距对裂缝宽度的影响。

水平井压裂裂缝起裂与扩展

水平井压裂裂缝起裂与扩展

水平井压裂裂缝起裂与扩展引言:通过国内外研究人员实践表明:由于水平井具有单井产量高、穿透度大、泄油面积大、油气储量利用率高及能避开障碍与环境复杂的区域等特点。

对于低渗透油藏、薄差储层油藏、储量较小的边际油藏以及稠油油气藏等,水平井压裂是这类油藏最佳的开采方式。

最近一段时期,随着学者们的不断研究以及钻井完井等工艺技术水平的提高,水平井开发技术成为人们开发低渗透油田的研究重点并被广泛应用。

水平井与垂直井、普通定向井的裂缝起裂机理都有明显区别。

水平井自身存在复杂性与特殊性,钻遇地层环境比较复杂,水力裂缝在发生破裂时所需的起裂压力比垂直井的破裂压力高得多,通常会发生裂缝不张开,导致压裂失败。

深入研究水平井裂缝起裂机理,找出合理的起裂规律是水平井压裂施工成功前提保障。

第1章水平井井壁上的应力状态水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态。

一般认为:当井壁上出现有一个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时,井壁便开始破裂。

1.1 由于地应力所产生的井壁应力地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的。

一般可认为, 地应力中的一个主应力是垂直于地壳表面的,其余两个主应力则是水平的。

如果只考虑上覆地层载荷引起的重力作用(即不存在地质构造运动力),且认为地下岩石处于纯弹性状态,可将初始的地应力分解为垂道方向的正主应力σz和两个相等的水平方向的正主应力σx入和σy。

式中h-底层的埋藏深度;ρ-上覆岩层的平均容重,其理论值可取。

00231kg/cm3;μ-岩石的泊松比。

在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力(水平应力) , 井且在通常的情况下三个原地主应力是不相等的。

设取压应力的符号为正, 拉应力为负, 三个主应力分别表示为σ1,σ2和σ3 (σ1>σ2>σ3>0) , 根据地质构造形成时的受力特点, 正断层、逆断层和平推断层发育的区域里, 三个主应力的方向是不相同的(图1)。

水平井压裂裂缝形态探讨

水平井压裂裂缝形态探讨

采油工程水平井压裂裂缝形态探讨冯程滨,郑继明,李东旭,陈希迪,孙㊀雨(大庆油田有限责任公司采油工程研究院)摘㊀要:为了认识大庆外围特低渗储层人工压裂裂缝形态及其对产量的影响,开展了水平井压裂裂缝形态探讨㊂通过对试验井区地质概况的分析,选取相邻的水平井1和水平井2进行了井中微地震监测,获得了人工裂缝方位㊁裂缝形态㊁裂缝尺寸(长㊁宽㊁高)等数据;并结合压裂施工情况,分析了产生砂堵的原因㊁缝间距对产量的影响;最后采用压裂模拟软件拟合方法,校正了裂缝模拟参数及裂缝形态㊂试验结果表明,滑溜水+瓜尔胶压裂液的滤失系数约是普通瓜尔胶压裂液的10倍,微地震监测的裂缝半长与软件拟合得到的裂缝半长符合率较高㊂该研究对今后水平井钻井设计㊁压裂方案设计和施工,以及开发都有重要的意义㊂关键词:低渗透;水平井压裂;微地震监测;裂缝形态;裂缝模拟第一作者简介:冯程滨,1962年生,男,高级工程师,现主要从事油气藏增产改造技术研究㊂邮箱:fengchengbin@㊂㊀㊀水平井人工裂缝形态一直是油田研究人员非常关心的问题,它对于水平井钻井和开发有着重要的意义;因此,人们采用了一些方法认识裂缝形态,如:零污染同位素㊁井温测试㊁微地震监测㊁倾斜仪和压力拟合等方法㊂其中,微地震监测的裂缝形态较好,对于裂缝整体形态能有清晰的认识㊂2000 2001年国外油田开始采用微地震监测成功对Barnett 页岩压裂裂缝形态进行监测和成像,得到了实际裂缝方向与研究人员最初认识的裂缝方向有许多不一致的地方;裂缝形态的不同使两口井产量产生差别;避免了裂缝网的过度重叠;指明新裂缝位置[1]㊂M.K.Fisher 等认为,采用微地震和倾斜仪同时监测裂缝长度是非常必要的,采用倾斜仪协助就可以监测到更长的裂缝[2]㊂研究说明,裂缝诊断对于详细认识裂缝延伸和复杂裂缝非常关键,且微地震监测与施工参数配合进行净压力拟合可以对压裂模型参数进行校正,优化了压裂施工设计,评价出压裂方案的符合率㊂2006年微地震监测和倾斜仪在世界范围内得到广泛应用,也包括中国,如在水平井某一压裂段中若存在多个射孔段同时进行压裂,微地震监测到压裂段产生的裂缝以单一裂缝延伸为主,其他裂缝延伸效果不好[3-11]㊂为了认识大庆外围特低渗透储层人工裂缝形态及其对产量的影响,选取两口水平井压裂施工进行了井中微地震监测㊂1试验井区地质概况试验井区位于大庆外围特低渗储层金腾鼻状构造翼部,整体表现为西高东低,北高南低㊂试验井区主要发育三角洲前缘席状砂微相,储层分布稳定;岩心孔隙度主要在8.0%~17.9%之间,渗透率主要在0.02~7.82mD 之间㊂主要研究目的层为GⅢ18 GⅢ20层,其中GⅢ18层与GⅢ19层隔层厚度主要在1.5~3.0m 之间,GⅢ19层与G Ⅲ20层隔层厚度主要在1~2m 之间;储层原油黏度较低,水型以NaHCO 3型为主,平均孔隙度为12.5%,平均渗透率为0.37mD,为低孔特低渗储层,常规开发效益较差㊂为此,采用了水平井压裂完井方式进行开发㊂选取的两口水平井及相对应的监测井井位图如图1所示㊂㊃06㊃㊀2019年3月冯程滨等:水平井压裂裂缝形态探讨图1㊀试验井井位图2水平井压裂及监测情况分析2.1水平井1水平井1设计目的层层位为GⅢ19层,砂岩厚度约为2.0m;水平井在2538m 入靶,水平段长度为1669m;钻遇砂岩1603m,砂岩钻遇率为96%;钻遇含油砂岩1509m,其中油斑868m㊁油迹8641m,含油砂岩钻遇率为90.4%㊂在水平段设计压裂8段16簇,缝间距为98~101m,受监测距离限制,只监测到第2~8段压裂施工情况(从指端开始压裂)㊂每段施工工序是:射孔㊁酸化近井地层+滑溜水+清水+滑溜水+瓜尔胶(携砂液),施工排量为5.3~11.1m 3/min,加砂程序为:111kg /m 3~159kg /m 3~223kg /m 3~286kg /m 3~318kg /m 3~350kg /m 3,共用液量为16640m 3㊁加砂量为480m 3(20目或40目石英砂和覆膜砂混合)㊂监测获得第2段到第8段的裂缝半长分别为307m㊁283m㊁383m㊁336m㊁419m㊁371m㊁198m,设计裂缝半长为400m,与之对应符合率分别为76.8%㊁70.8%㊁95.8%㊁84.0%㊁95.5%㊁92.8%㊁49.5%,除第8段外(监测井与压裂段较远,距离为816m),其余段符合率都在70%以上,裂缝方位为北东66ʎ~82ʎ㊂总体看裂缝为垂直简单缝,方位有轻微变化,分析原因认为主要是受储层埋深影响㊂水平井1微地震监测俯视图和侧视图分别如图2㊁图3所示㊂由图可以看出,裂缝之间没有形成明显的沟通(微地震信号没有重叠);距离监测井近的裂缝较长,主要是由于距离监测井近的裂缝信号屏蔽了距离监测井较远的裂缝信号引起的;总体压裂施工较顺利,只有在第5段施工时,当砂质量浓度为286kg /m 3到井底时出现砂堵,此时的裂缝形态如图2中区域1所示;返排后,小排量继续替挤,此时产生了图2中区域2所示的裂缝,说明砂堵前只有近井口的射孔段启裂延伸,砂堵通过返排后,在替挤时,距离井口较远的射孔段才启裂㊂图2㊀水平井1微地震监测俯视图图3㊀水平井1微地震监测侧视图㊃16㊃采油工程㊃增产增注2019年第1辑根据水平井1第5压裂段现场施工数据,得出施工曲线及应力剖面图(图4㊁图5),并通过Fracpropt 软件进行拟合(图6),由图可以看出,压力拟合曲线与实测压力曲线符合较好㊂再通过Meyer 软件绘制出裂缝剖面图(图7),以微地震监测结果为依据,采用压力拟合方法获得第5压裂段滤失系数为6ˑ10-3m /min 0.5,约是普通瓜尔胶压裂液的10倍;计算获得裂缝半长328m,与监测到的裂缝半长336m 相比,符合率达97.6%㊂图4㊀水平井1第5压裂段压裂施工曲线图图5㊀水平井1第5压裂段应力剖面图图6㊀水平井1第5段压裂拟合图图7㊀水平井1第5段裂缝剖面图水平井1压裂后30天日产液量为18t,日产油量为0t;压裂后300天日产液量为4.7t,日产油量为0.47t㊂2.2水平井2水平井2位于水平井1的西北方向,两者指端相距约为600m,其井筒方位㊁设计目的层层位与水平井1一致㊂水平井段长度为1651m,钻遇砂岩1610m;钻遇含油砂岩1610m,其中油斑为971m㊁油迹为639m,砂岩钻遇率及含油砂岩钻遇率均为97.5%㊂垂深为2200.7~2217.0m,比水平井1浅㊂㊃26㊃㊀2019年3月冯程滨等:水平井压裂裂缝形态探讨在水平段设计压裂20段52簇,缝间距为22~32m,受监测距离限制,只监测到第1~10段压裂施工情况(从指端开始压裂)㊂每段施工工序为:射孔㊁酸化近井地层+瓜尔胶(携砂液),施工排量为8~12m 3/min,加砂程序为80kg /m 3~111kg /m 3~159kg /m 3~222kg /m 3~254kg /m 3~286kg /m 3~318kg /m 3,共注入瓜尔胶液28300m 3,加覆膜砂量为2200m 3㊂监测获得第1段到第10段的裂缝半长范围为335~443m,裂缝方位北东为56ʎ~77ʎ,总体看裂缝为垂直复杂缝㊂水平井2微地震监测俯视图和侧视图如图8㊁图9所示㊂由图可以看出,裂缝之间形成明显的沟通(微地震信号有重叠)㊂图8㊀水平井2微地震监测俯视图水平井2第1段在施工前进行了测试压裂,解释滤失系数为4ˑ10-4m /min 0.5,停泵压力梯度为0.0233MPa /m,微裂缝3条,孔缝摩阻为14MPa,净压力为2.83MPa㊂为此,采用酸液清洗射孔炮眼和近井地带,加砂塞打磨,高排量施工,保证施工顺利㊂水平井2第1段压裂施工曲线及G 函数曲线如图10㊁图11所示㊂图9㊀水平井2微地震监测侧视图图10㊀水平井2第1段压裂施工曲线图图11㊀水平井2第1段G 函数曲线图㊃36㊃采油工程㊃增产增注2019年第1辑根据微地震监测的裂缝形态和尺寸,以及压裂实际数据,对水平井2第1段进行了压裂裂缝模拟(图12),获得裂缝参数:缝网为150m㊁纵横比为0.3㊁主缝开度为0.7㊁次缝开度为0.3㊂拟合获得的主缝半长为323m,与微地震监测解释的主缝半长符合率约为85%㊂图12㊀水平井2第1段裂缝形态模拟图水平井2压裂后30天日产液量为49.44t,日产油量为6.26t;压裂后300天日产液量为17.1t,日产油量为6.34t,达到较理想效果㊂3结㊀论(1)在微裂缝不发育的特低渗储层,滑溜水压裂可以产生简单裂缝,通过减少缝间距后,瓜尔胶压裂液可以产生较复杂的裂缝,是提高特低渗储层产量的一种有效途径㊂(2)测试压裂解释对于大型压裂施工是必要的,可以在主施工前对目的层压裂有一个初步认识,并提前采取相应措施,保证主施工顺利进行㊂(3)微地震提供的裂缝形态㊁尺寸及方位,对于今后钻井㊁压裂方案设计和施工及开发都有重要意义㊂参考文献[1]㊀Maxwell S C,Urbancic T I,Steinsberger ESG N,et al .Microseismic imaging of hydraulic fracture complexity inthe Barnett shale (C),SPE 77440,2002.[2]㊀Fisher M K,Wright C A,Davidson B M,et al .Integratingfracture mapping technologies to optimize stimulations inthe Barnett shale [C].SPE 77441,2002.[3]㊀Wang Feng,Liu Xinghui,Liu Changyu,et al .Fracturediagnostics and modeling help to understand the perform-ance of horizontal wells in the Jilin Oilfield,China [C].SPE 122438,2009.[4]㊀Liu X,Zhou Z Q,Li X W,et al .Understanding hy-draulic fracture growth in tight oil reservoirs by integratingmicroseismic mapping and fracture modeling [C].SPE102372,2006.[5]㊀Wang S G,Zhang G L,He X Q,et al .Case studies ofpropped refracture reorientation in the Daqing Oil Field[C].SPE 106140,2007.[6]㊀Warpinski N R,Wolhart S L,Wright C A.Analysis andprediction of microseismicity induced by hydraulic fractu-ring [C].SPE 71649,2001.[7]㊀Barree R D.Applications of pre -frac injection /fallofftests in fissured reservoirs -field examples [C ].SPE39932,1998.[8]㊀刘建安,马红星,慕立俊,等.井下微地震裂缝测试技术在长庆油田的应用[J].油气井测试,2005,14(2):54-56.[9]㊀杨炳祥,杨英涛,李榕,等.井下微地震裂缝监测技术在水平井分段压裂中的应用[J].钻采工艺,2014(7):48-50.[10]㊀王金友,王澈,姚国庆,等.水平井双封分段控制压裂工艺技术研究与应用[G]//大庆油田有限责任公司采油工程研究院.采油工程文集2016年第1辑.北京:石油工业出版社,2016:33-36.[11]㊀孙连柱,卫秀芬,周文庆.大庆油田水平井压裂工艺技术现状及展望[G]//大庆油田有限责任公司采油工程研究院.采油工程文集2014年第4辑.北京:石油工业出版社,2014:74-80.㊃46㊃ABSTRACT㊃001㊃Discussion on fracture shape in horizontal well fracturingFeng Chengbin,Zheng Jiming,Li Dongxu,Chen Xidi,Sun YuProduction Technology Institute of Daqing Oilfield Limited CompanyAbstract:In order to understand the fracture shape of artificial fracturing in ultra-low permeability reservoirs of Daqing Peripheral and its influence on production,the fracture shape in horizontal well fracturing was discussed. Through analysis of geological conditions in the test well area,the micro-seismic monitoring of the adjacent horizon-tal wells No.1and No.2were selected for in the wells,and a lot of data were obtained,including artificial fracture orientation,fracture shape and fracture size(length,width,height)bined with the fracturing operation, the causes of sand plugging and effect of fracture spacing on production were analyzed.Finally,fracturing simula-tion software was used for fitting and correcting the simulation parameter and fracture shape.The test results showed that the filtration coefficient of the slick-water adding with guar gel fracturing fluid is about10times that of common guar gel fracturing fluid.The fracture half-length monitored by micro-seismic is highly coincidence with that ob-tained by software fitting.The research is of great significance to the drilling design,fracturing scheme design,op-eration and development of horizontal wells in the future.Key words:low permeability;horizontal well fracturing;micro-seismic monitoring;fracture shape;fracture simulation Application of downhole oil-water separation technologyin high water-cut oil production wellsLi WeiweiProduction Technology Institute of Daqing Oilfield Limited CompanyAbstract:Due to many problems existed in the middle and late stage of oilfield development,including high water cut in produced liquid,large amount of oily sewage needs to be treated at surface,steadily rising exploitation cost etc.,the related research on oil-water separation technology has been carried out.The applicability of downhole oil -water separation technology was explored through indoor experiments,and the adaptability of hydrocyclone,the core separation device,to water cut and polymer mass concentration was studied.The relevant conclusions from the laboratory experiments have been verified in the field test,so as to lay a foundation for the large-scale application of downhole oil-water separation technology.Field tests showed that average water cut in three test wells decreased by3.9%under the premise that daily oil production is basically unchanged,and daily liquid production reduced by 36.6m3,which can reduce the annual cumulative liquid production at surface up to4ˑ104m3.Good application effect and economic benefit have been achieved.The downhole oil-water separation technology has good adaptabili-。

水平井压裂裂缝起裂及延伸规律研究

水平井压裂裂缝起裂及延伸规律研究





Pw pp

z

cPw
zz

2
xx
yy
cos2
12

1



Pw pp
r 0
rzz
2yz
0
cos
17
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 2.1.2 射孔完井水平井井筒周围应力分布
16
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
2.1.1 裸眼完井水平井井筒周围应力分布
水平井井筒原地应力分布
+
井筒内压引起的应力
+
压裂液渗滤效应引起的附加应力
r Pw (Pw pp)




Pw
(xx
yy
)
2(xx
yy
)cos
2

12

1
2(
xx


yy


z
) cos 2
在坐标系下射孔完井水平井井筒应力与裸眼完井水平井应力一 致,根据迭加原理,将井筒内压、地应力和压裂液渗流效应引起的 应力迭加,便可得到水平井射孔完井时井筒壁处的应力场分布:
r Pw (Pw p p )




2Pw (1
cos 2
'
)

(
xx


yy


z
)

13
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
水平井压裂中裂缝的起裂压力和起裂方位因素: (1)水平段井筒的方位; (2)岩石性质、井筒周围应力分布; (3)施工作业条件、井筒结构、射孔条件。

射孔水平井分段压裂起裂压力理论研究

射孔水平井分段压裂起裂压力理论研究

射孔水平井分段压裂起裂压力理论研究吕志凯;何顺利;罗富平;陆红军;王文雄【摘要】Based on the superposition and elasticity theory,a theoretical model of initiation pressure calculation in staged fracturing of perforated horizontal well was developed while considering the effect of wellbore pressure,formation stress distribution,and stress induced by hydraulic fracture. The change of initial and subsequent fractures initiation was studied. The results show that the stress induced by initial fracture is influenced by fracture spacing. When the initial fracture length is constant,the induced stress along wellbore decreases gradually until the stresses reach initial formation stresses. Fracture initiation of a perforated horizontal well is affected by perforation azimuth. The optimum azimuth is determined by the stress distribution around wellbore. Induced stress can increase subsequent fractures initiation pressure. The degree of impact is increasing with the increase of fracture length. When fracture length is constant,the increase amount of initiation pressure would drop rapidly with the increase of fracture spacing.%综合考虑井筒内压、原始地应力分布、先压水力裂缝的诱导应力等因素,根据叠加原理及弹性力学理论,建立了射孔水平井分段压裂起裂压力计算模型,分析了初始及后续裂缝的起裂规律.研究结果表明,初始裂缝产生的诱导应力分布受裂缝间距影响.当初始裂缝缝长一定时,沿井筒方向诱导应力逐步降低,直至地应力场趋于原始地应力场;射孔水平井裂缝起裂受射孔方位角的影响,最佳射孔方位由井筒周围地应力分布决定;先压裂缝产生的诱导应力场会导致后续裂缝的起裂压力增大,这种影响会随着裂缝半缝长的增大而增强;半缝长一定时,起裂压力的增加幅度随着裂缝间距的增加递减.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2011(039)004【总页数】5页(P72-76)【关键词】射孔完井;水平井;分段压裂;应力场;诱导应力;起裂压力【作者】吕志凯;何顺利;罗富平;陆红军;王文雄【作者单位】石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)),北京102249;石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)),北京102249;中国中化石油勘探开发有限公司,北京100031;中国石油长庆油田分公司超低渗透研究中心,陕西西安710061;中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院,陕西西安710061【正文语种】中文【中图分类】TE357.7水平井分段压裂是实现低渗透油气藏高效开发的有效手段[1-3]。

压裂水平井裂缝布局研究

压裂水平井裂缝布局研究
比,水平井 开发具有 产量 高 、投资 回收快 、可以改善开发 效果等优 点 ,特 别在 实现 薄层 、低 品位 油藏 的经 济 有效开发 上具有优 势 。对 于 特低 渗 透 油藏来 说 ,存在 孑 L 隙结 构 复杂 、渗 流阻 力 大及 储 层连 通性 差 等 特 点 ,利用常 规直井难 以达到理想 的生产效果 ,水平 井压裂作 为开发 低渗 透油 藏 的主要技术 手段口 ] ,可 以极 大地 提高低 渗透油藏 的采 出程度 。裂缝作 为油气 流动 的主要 通道 ,其各 项参 数在 提高低 渗透 油藏采 出程度 方 面起 着至关 重要 的作 用 ,因此有 必要就压 裂裂缝对 水平井 开发效果 的影 响做进一 步研究 。
表 I 裂 缝 参数 对 比 变 量
1 . 1 裂 缝 条 数
表 2 不 同 裂 缝 条 数 对 应 的 初 始 产 量
裂缝数/ 条 初始产量/( t ・d 一 1 )
针 对某 一 特定 区块 , 裂 缝条 数 是 影 响 产 能 和生 产 效 果 的重 要
参数 [ 5 ] 。在水 平井 长 度一 定 的 情 况下 , 应 该 存 在 相 对 合 理 的裂缝
随着 勘探技术 的进步 ,胜利油 田低渗油藏储 量在探 明储 量 中所 占比例逐 年增 大 ,已成 为新 增探 明储量
的主要 增长点 和产能建设 的重要 阵地 。然而 新增低渗 透储量 品质 逐年 变差 ,常规 开发难 度也越来 越大 。对
于低 丰度 特低渗 透油 藏来 说 ,传统 的直 井 衰竭 式 开采 ,产 量 递减 快 ,采 收率 低 ,经济 效益 差 。与直 井 相
压 裂 水 平 井 裂 缝 布 局 研 究
陈辉 ,孑 『 J 1 秀芝 ,吕广 忠 ( 中石化胜利油田分公司 地质科学研究院, 山东东营2 5 7 0 1 5 )

水平井压裂裂缝起裂及延伸规律研究

水平井压裂裂缝起裂及延伸规律研究

裂缝起裂压力(MPa)
40
σh=40
30
σh=35
σh=30
σh=25
σh=20 20
0
15
30
45
60
75
90
水平井井筒方位角(度)
平移断层应力状态下最小主应力与破裂压力关系
26
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
c.逆断层 H h v
70
裂缝起裂压力(MPa)
60
σ v/σ H =0.4
50
σv=25 σv=30 σv=35 σv=40 σv=45
15
30
45
60
75
水平井井筒方位角(度)
平移断层应力状态下垂向应力与破裂压力关系
90
29
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
c.逆断层
60
55
σH/σh=1.1
裂缝起裂压力(MPa)
50
45
40
井筒方位角为0度
井筒方位角为30度
井筒方位角为45度
水平井压裂裂缝起裂 及延伸规律研究
单位:中国石油大学(华东) 曲占庆 温庆志 齐 宁
单位:胜利油田采油工艺研究院 张波 2019.9
1
2
汇报提纲
前 言
水平井压裂裂缝起裂规律 水平井压裂裂缝延伸规律 结论与认识
3
1.前 言
水平井作为一门先进的技术,在国内外得到了越来越广 泛的应用,由于水平井轨迹不同,钻遇地层复杂,水平井 应力分布、裂缝起裂、裂缝延伸规律、裂缝内的温度场、 产能预测方法、压裂设计与直井有很大不同。 对水平井水力压裂的理论研究还不够深入,没有一套成 熟的理论来指导水平井的压裂优化设计和现场施工,使得 水平井水力压裂成功率不高而且风险也比较大。

关于水平井分段压裂的研究及探讨

关于水平井分段压裂的研究及探讨

关于水平井分段压裂的研究及探讨【摘要】能源作为现代社会的稀缺资源,直接影响着人们的生产生活,对能源的开发也是极为重要的工程。

在石油储存量较小且渗透性较差的油田内,水平井是较为有效的开发方式。

如果遇到油气层渗流阻力较大、渗透率极低的情况,则需要将其压开数量不等的裂缝,加强油气的渗透性及减少渗流阻力。

本文简单阐述了水平井分段压力技术的原理,各种类型的分段压裂技术,包括封隔器分段压裂、段塞分段压裂、封隔器配合滑套喷砂器分段压裂、水力喷射分段压裂、TAP分段压裂技术等,为从事能源行业的人员提供一定的技术参考。

【关键词】水平井分段压裂技术研究由于各个油田的地质情况不一样,在开发的过程中许多特殊情况,如低渗透油气藏、稠油油气藏、储量较小、渗透阻力大等情况,需要采用水平井,其优势在于生产效率高、泄油面积大、储量的动用度较高。

为了达到进一步提高水平井的产量,需要对水平井进行压裂,从而形成数量较多的裂缝,提高油气的产量,提升生产效率,但是由于水平井的跨度较大,要达到理想的压裂效果要求分段工具具有性能良好、体积合适、操作性强等特征,才能有效的提高单位油井的油气产量,实现经济效益及资源的充分开发[1]。

1水平井分段压裂工艺的基本原理水平井压裂后,其裂缝的形状、性能均有所区别,主要和水平井筒轴线方向及地层的主要应力的方向有着较为密切的关系。

该项工艺能够提高产量的原理为压裂使石油的渗流方式发生了改变。

进行压裂处理之前,石油的径向流流线主要处于井底的位置,渗透受到较大的阻力,压裂完成后,径向流流线与裂缝壁面呈平行关系,渗流受到的阻力较小。

裂缝的主要形态有以下几种:①横向裂缝:当水平井筒和主要应力的方向为呈垂直关系时,即会形成横向裂缝;②纵向裂缝:当水平井筒与主要应力的方向呈平行关系时,即会形成纵向裂缝;③扭曲裂缝:当水平井筒和主要应力有一定的角度时,即会构成扭曲裂缝。

压裂后形成的横向裂缝适用于渗透性较差储藏层,其可以明显的促进油井改造。

水平井段内多簇压裂裂缝起裂与扩展规律研究

水平井段内多簇压裂裂缝起裂与扩展规律研究

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3.水平井压裂裂缝延伸规律研究 (2)裂缝内流体的连续性方程:
(3)裂缝内流体流动压降方程:
(4)裂缝宽度方程:
9
3.水平井压裂裂缝延伸规律研究
(5)裂缝高度方程:
0
3.水平井压裂裂缝延伸规律研究
3.2 实例计算
名称 动态裂缝半长 (m) 动态裂缝上缝 高(m) 动态裂缝下缝 高(m) 最大缝宽(mm) 平均缝宽(mm) 动态裂缝总高 度(m)
改进计的算拟结三果比较二维(PKN) Fracpro_PT
维模型
模型
计算
102
324.3
96
28.91
20
35.73
26.63 0.565 0.366
20 1.35 1.209
39.16 0.931 0.517
55.54
40
74.99
1
汇报提纲
➢前 言 ➢水平井压裂裂缝起裂规律 ➢水平井压裂裂缝延伸规律
5
1.前 言
在不同的地应力状态和井筒方位下,水平井压裂形 成的裂缝形态也不同。

横向裂缝


纵向裂缝

裂 的
转向裂缝


扭曲裂缝
6
1.前 言
(1) 横向裂缝
横向裂缝是沿着垂直于井筒的方向起裂的裂缝,它一般产生在水平井井 筒水平段平行于最小主应力方向的水平井。 横向裂缝可以改善低渗透油层 渗流状况,有利于增加油层泄油面积。多条横向裂缝能大大提高采油速度, 并有利于提高采收率。其主要缺点是流体将聚集在裂缝中以向心流流入井底 ,这将导致裂缝中流动压降的增加。
6
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
水平井井筒应力分布模型的建立要考虑诸多因素:
(1)水平井井筒周围的岩石受井筒内压引起的应力 (2)岩石原地应力 (3)压裂液渗流效应引起的应力变化 (4)射孔对井筒应力分布的影响 (5)分隔器对水平井井筒轴向应力也有一定的影响
根据假设条件,以上在水平井井筒处产生的应力满足迭加原理,水平 井井筒处的总应力分布可以通过各个因素产生的应力迭加得到,(在所 有的受力分析中,将压应力取正,拉应力取负)。
b.平移断层
平移断层应力状态下垂向应力与破裂压力关系
0
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
c.逆断层
逆断层应力状态下垂向应力与破裂压力关系
1
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 (3)射孔对起裂压力的影响分析
射孔参数会对压裂作业产生影响,选择合适的射孔参数可以降 低地层破裂压力、降低裂缝的扭曲程度。
射孔对起裂压力的影响
转向裂缝又叫‘S’型裂缝,一般是裂缝从井筒起裂后在 近井筒位置延伸一段距离,再转向另一个平面的方向延伸。如 图所示,在图中所示的应力分布状态下,该裂缝在起裂时是沿 着水平方向延伸,而在沿着水平方向延伸一段距离后,裂缝发 生转向,转向垂直于最小主应力的方向延伸,所以导致了转向 裂缝的形成。许多因素都可以引起裂缝转向,最主要的因素是 在裂缝起裂时的近井筒应力分布状况以及射孔状况。裂缝转向 会引起更大的施工泵压,严重情况下可能会引起砂桥和过早的 近井筒出砂。
7
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
2.1.1 裸眼完井水平井井筒周围应力分布
水平井井筒原地应力分布
+
井筒内压引起的应力
+
压裂液渗滤效应引起的附加应力
8
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 2.1.2 射孔完井水平井井筒周围应力分布
假设条件: (1) 岩石均质各向同性; (2) 岩石为处于线弹性状态的多孔介质; (3) 不考虑岩石与压裂液的物理化学作用而引起的力学性质的变化; (4) 孔眼与井壁垂直相交,井筒和孔眼间的连通性良好,作用在井壁和 孔壁处的流体压力相等。
拟三维裂缝延伸模型中压裂液的流动被假设为沿缝长方向的一维 流动,由于未考虑压裂液在缝高方向流动所引起的压降,模型就会 过高地估计裂缝的延伸高度; Molales等人将压裂液沿缝高方向的流动考虑进缝高计算中。全 面考虑了缝高压降梯度、流体重力、地应力梯度、地应力差等因素 对裂缝延伸的综合影响,建立了一套新的裂缝拟三维延伸模型。
0
1.前 言
(4) 扭曲裂缝
1
1.前 言
扭曲型裂缝与转向裂缝类似,但扭曲裂缝的上半缝和下 半缝是向着两个不同的平面发生转动,而转向裂缝的上半缝 和下半缝是向着两个平行的平面发生转动。在图2-4所示的应 力状态下,水平井井筒方向垂直于最大水平主应力方向,起 裂的纵向裂缝从井筒延伸出来在远井筒地应力状态下会转向 于横向裂缝的方向。这样就会导致裂缝在离开井筒附近后的 扭曲。如同转向裂缝一样,扭曲型裂缝也会造成裂缝在近井 筒附近的快速收聚。而且其收聚的程度比转向裂缝更大,所 造成的产量和压裂施工上的负面影响也较大。
6
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
b. 平移断层
平移断层应力状态下最小主应力与破裂压力关系
7
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
c.逆断层
逆断层应力状态下最小主应力与破裂压力关系
8
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 (2)垂向应力对起裂压力的影响分析
a.正断层
正断层应力状态下垂向应力与破裂压力关系
9
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
射孔井筒几何模型和应力重分布图
9
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
在坐标系下射孔完井水平井井筒应力与裸眼完井水平井应力一 致,根据迭加原理,将井筒内压、地应力和压裂液渗流效应引起的 应力迭加,便可得到水平井射孔完井时井筒壁处的应力场分布:
0
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 2.2 起裂压力和起裂角的计算
2
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 2.2.1 裸眼完井起裂压力和起裂角的计算
为了求出最大拉伸应力,对式上式求导,得:
满足该式的角度0即为裸眼完井时裂缝的起裂方位角
3
2.水孔完井起裂压力和起裂角的计算
射孔完井条件下水平井井筒三个主应力为:
4
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 2.2.2 射孔完井起裂压力和起裂角的计算
裂缝扩展准则:
内压(或通常所说的破裂载荷)在裂缝边缘某一点上诱发应 力强度因子,当它大于岩石的断裂韧性时,裂缝将向前扩展。
5
3.水平井压裂裂缝延伸规律研究
3.1 裂缝延伸数学模型
二维模型(2D)
1.设缝高为常数 ;
2.忽略压裂液在缝横截面方向的流动, 压裂液沿缝长方向一维流动 ;
3.裂缝延缝长和缝宽方向二维破裂.
➢结论与认识
2
4. 结论与认识
(1)通过对水平井井筒周边岩石性质进行假设,研究了水平井井筒周围应力 的分布,建立了相应的数学模型; (2)水平井压裂裂缝的起裂压力和起裂方位不仅与井筒的方位有关,还与井 筒周围的岩石性质和井筒周围应力分布有关。考虑以上影响因素,在水平井 井筒应力分布的基础上,根据张应力破毁准则,建立的水平井压裂起裂模型 能较好的预测起裂压力和裂缝起裂方位角; (3)在正断层、逆断层和平移断层三个不同的应力状态下,最小水平主应力 、垂向应力对裂缝起裂压力的影响有各自不同的规律;水平井井筒方位角也 是影响起裂压力和起裂角的主要因素,射孔可以有效地降低裂缝的起裂压力 ;
3
4. 结论与认识
(4) 根据裂缝扩展准则,研究了水平井压裂裂缝延伸规律,构建了改进的 拟三维裂缝扩展延伸模型,开发了相应的计算程序;
(5) 根据给定的储层参数和施工参数的条件下,比较拟三维模型和油田通 用软件Fracpro-PT软件的计算结果,结果发现具有很好的一致性,因此该模 型可以用来研究水平井压裂裂缝延伸规律。
7
1.前 言
(2) 纵向裂缝
纵向裂缝是沿着水平井井筒起裂的,形成纵向裂缝时井筒方向应该与 最大水平主应力的方向一致。纵向裂缝有时可以把油层泄油面积向油层的 上下边界扩展,在某些情况下纵向裂缝还可以解除深度井筒伤害,改善油 层的各向异性,降低井筒周围汇流的影响。
8
1.前 言
(3) 转向裂缝
9
1.前 言
由弹性力学理论,其最大拉伸应力的表达式为:
对上式求导,确定出裂缝的起裂方位:
根据裂缝起裂准则,当井壁处最大拉伸应力达到岩石的抗拉强度σt 时,岩石破裂:
5
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究 2.3 裂缝起裂压力的影响因素分析
(1)最小水平主应力对起裂压力的影响分析
a. 正断层
正断层应力状态下最小主应力与破裂压力关系
2
汇报提纲
➢前 言 ➢水平井压裂裂缝起裂规律
➢水平井压裂裂缝延伸规律
➢结论与认识
3
3.水平井压裂裂缝延伸规律研究 3.1 裂缝延伸数学模型 3.1.1水力裂缝应力强度因子计算
在水力压裂中I型裂纹是最常见的
4
3.水平井压裂裂缝延伸规律研究 3.1 裂缝延伸数学模型 对于二维裂缝来说,I型张开型的裂缝应力强度因子以下式 表达:
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3.水平井压裂裂缝延伸规律研究
改进的拟三维模型
模型的建立基于以下假设: ①裂缝两翼以井筒为轴对称分布;②盖层、产层、底层为均质连续 弹性体;③裂缝尖端处至少等于产层厚度。
(1) 应力强度因子计算 三维裂缝在无限大地层中的延伸模型,其应力强度因子
计算如下式:
三维延伸模型中井筒位于裂缝的中心时:
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2
汇报提纲
➢前 言
➢水平井压裂裂缝起裂规律
➢水平井压裂裂缝延伸规律 ➢结论与认识
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2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
水平井压裂裂缝起裂规律研究
建立水平井井筒应力分布模型; 进行了裸眼完井水平井裂缝起裂压力计算,并构建了 裂缝起裂方位预测模型;
进行了射孔完井水平井裂缝起裂压力计算,并构建了 裂缝起裂方位预测模型;
裂缝起裂压力:井壁发生破裂时的井筒内压力; 裂缝起裂角:裂缝面与井眼轴线之间的夹角 (规定从裂缝面沿顺时针方
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