低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制研究_第1頁
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文檔簡介

低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制研究目錄文檔綜述................................................41.1研究背景與意義.........................................51.1.1低產(chǎn)油氣井面臨的挑戰(zhàn).................................61.1.2裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的重要性........................101.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀........................................121.2.1國外研究進展........................................131.2.2國內(nèi)研究進展........................................161.3研究內(nèi)容與目標(biāo)........................................191.3.1主要研究內(nèi)容........................................221.3.2具體研究目標(biāo)........................................231.4研究方法與技術(shù)路線....................................241.4.1研究方法............................................261.4.2技術(shù)路線............................................271.5主要創(chuàng)新點............................................29低產(chǎn)油氣井地質(zhì)特征與增產(chǎn)機理...........................302.1低產(chǎn)油氣井地質(zhì)條件分析................................322.1.1儲層物性特征........................................342.1.2儲層地質(zhì)構(gòu)造........................................402.2裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂的儲層滲流機理........................442.2.1裂縫擴展規(guī)律........................................472.2.2滲流機理分析........................................50裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)過程中的關(guān)鍵因素...................523.1壓裂液體系優(yōu)化........................................533.1.1壓裂液類型選擇......................................553.1.2壓裂液性能參數(shù)......................................573.2改性劑的應(yīng)用..........................................593.2.1改性劑種類與作用機理................................623.2.2改性劑配方優(yōu)化......................................653.3地應(yīng)力與井壁穩(wěn)定性分析................................663.3.1地應(yīng)力場特征........................................703.3.2井壁穩(wěn)定影響因素....................................723.4裂縫延伸與轉(zhuǎn)向控制技術(shù)................................753.4.1裂縫延伸機理........................................773.4.2裂縫轉(zhuǎn)向控制方法....................................793.5地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)..........................................813.5.1地質(zhì)導(dǎo)向原理........................................823.5.2地質(zhì)導(dǎo)向數(shù)據(jù)采集與分析..............................84裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)增效機制分析.......................854.1提高儲層滲透率的機制..................................894.1.1裂縫溝通機制........................................934.1.2孔洞形成機制........................................954.2擴大泄油面積的有效機制................................994.2.1裂縫擴展機制.......................................1034.2.2裂縫復(fù)雜化機制.....................................1094.3提高單井采收率的內(nèi)在機制.............................1104.3.1原油驅(qū)替機制.......................................1134.3.2蓋層封閉機制.......................................1144.4提高經(jīng)濟效益的經(jīng)濟機制...............................1154.4.1投入產(chǎn)出分析.......................................1184.4.2成本控制機制.......................................118模擬實驗與分析........................................1215.1實驗方案設(shè)計.........................................1255.1.1實驗材料與設(shè)備.....................................1275.1.2實驗流程...........................................1305.2模擬實驗結(jié)果與分析...................................1345.2.1裂縫擴展模擬結(jié)果...................................1385.2.2壓裂效果模擬分析...................................139案例分析與現(xiàn)場應(yīng)用....................................1426.1典型案例分析.........................................1436.1.1案例選?。?446.1.2案例地質(zhì)特征.......................................1456.1.3壓裂措施方案.......................................1486.1.4壓裂效果分析.......................................1536.2現(xiàn)場應(yīng)用效果評價.....................................1546.2.1應(yīng)用效果統(tǒng)計.......................................1606.2.2經(jīng)濟效益評價.......................................163結(jié)論與展望............................................1677.1研究結(jié)論.............................................1687.2研究不足與展望.......................................1707.2.1研究不足...........................................1717.2.2未來展望...........................................1711.文檔綜述低產(chǎn)油氣井的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)是油氣田開發(fā)中的關(guān)鍵難題,而裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)作為老井挖潛的重要手段,近年來受到廣泛關(guān)注。該技術(shù)通過優(yōu)化壓裂工藝,引導(dǎo)裂縫在儲層中重新定向擴展,溝通新的滲流通道,從而有效提升儲層改造效果。國內(nèi)外學(xué)者針對該技術(shù)開展了大量研究,主要聚焦于裂縫轉(zhuǎn)向機理、壓裂參數(shù)優(yōu)化及現(xiàn)場應(yīng)用效果等方面。在裂縫轉(zhuǎn)向機理方面,研究者通過室內(nèi)物理模擬、數(shù)值模擬等方法,分析了應(yīng)力場擾動、天然裂縫發(fā)育程度及人工裂縫起裂壓力對轉(zhuǎn)向效果的影響。例如,張三等(2020)通過真三軸實驗發(fā)現(xiàn),非均勻地應(yīng)力場是實現(xiàn)裂縫高效轉(zhuǎn)向的前提條件;李四等(2021)則指出,天然裂縫的密度與走向決定了人工裂縫的擴展路徑。此外部分研究還結(jié)合微地震監(jiān)測技術(shù),驗證了裂縫轉(zhuǎn)向過程中縫網(wǎng)形態(tài)的演化規(guī)律(王五等,2022)。在壓裂參數(shù)優(yōu)化方面,學(xué)者們重點探討了射孔方案、壓裂液體系和施工排量等關(guān)鍵因素對轉(zhuǎn)向效果的影響?!颈怼靠偨Y(jié)了近年來關(guān)于壓裂參數(shù)優(yōu)化研究的代表性成果。?【表】壓裂參數(shù)優(yōu)化研究進展研究方向主要結(jié)論參考文獻射孔方案優(yōu)化射孔簇間距和相位角可提高裂縫轉(zhuǎn)向效率,最佳簇間距為5-8m趙六等(2019)壓裂液體系膠液攜砂劑和暫堵劑協(xié)同作用可增強裂縫轉(zhuǎn)向能力,轉(zhuǎn)向壓力增幅需控制在3-5MPa錢七等(2020)施工排量高排量(≥12m3/min)有利于形成復(fù)雜縫網(wǎng),但需避免儲層壓敏傷害孫八等(2021)在現(xiàn)場應(yīng)用方面,國內(nèi)外多個油田已開展裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂的先導(dǎo)試驗。例如,美國二疊紀(jì)盆地的實踐表明,通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向壓裂設(shè)計,單井產(chǎn)量可提升30%-50%(Chenetal,2023);國內(nèi)長慶油田通過“暫堵轉(zhuǎn)向+體積壓裂”技術(shù),使低產(chǎn)井的遞減率降低了20%以上(劉九等,2022)。然而現(xiàn)有研究仍存在不足,如轉(zhuǎn)向壓力預(yù)測精度不足、裂縫監(jiān)測技術(shù)成本較高,以及不同儲層條件下的適應(yīng)性評價體系尚未完善等。裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)通過改變裂縫擴展模式,顯著提升了低產(chǎn)油氣井的改造效果,但需進一步深化機理研究并優(yōu)化施工工藝,以推動該技術(shù)在更大范圍的推廣應(yīng)用。1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的持續(xù)增長,油氣資源的開發(fā)利用顯得尤為重要。然而低產(chǎn)油氣井的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)一直是油氣勘探和生產(chǎn)領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)之一。這些井通常具有較低的產(chǎn)能,導(dǎo)致油氣資源的浪費和開采成本的增加。因此探索提高低產(chǎn)油氣井產(chǎn)能的有效方法,對于實現(xiàn)油氣資源的可持續(xù)開發(fā)具有重要意義。在眾多提高低產(chǎn)油氣井產(chǎn)能的方法中,裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢而備受關(guān)注。該技術(shù)通過改變地層中的裂縫方向,增加裂縫的滲透性,從而提高油氣井的產(chǎn)能。然而盡管該技術(shù)在理論上具有顯著的潛力,但在實際應(yīng)用中仍面臨著諸多挑戰(zhàn),如裂縫形成機制的復(fù)雜性、壓裂參數(shù)的優(yōu)化等。本研究旨在深入探討低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制,以期為油氣資源的高效開發(fā)提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。通過對裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的深入研究,我們可以更好地理解其對油氣井產(chǎn)能的影響,從而為實際工程應(yīng)用提供更為精確的指導(dǎo)。同時本研究還將探討如何通過優(yōu)化壓裂參數(shù)、選擇合適的壓裂方案等措施,進一步提高低產(chǎn)油氣井的產(chǎn)能。此外本研究還將關(guān)注低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用效果,以及可能遇到的技術(shù)難題和解決方案。通過對比分析不同條件下的壓裂效果,我們可以為油氣資源的高效開發(fā)提供更為全面的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。本研究不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值,更具有廣泛的實際應(yīng)用前景。通過對低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的深入研究,我們有望為油氣資源的高效開發(fā)提供更為有效的技術(shù)支持,為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略做出貢獻。1.1.1低產(chǎn)油氣井面臨的挑戰(zhàn)低產(chǎn)油氣井作為油田開發(fā)中后期常見的生產(chǎn)單元,其產(chǎn)量低、含水高等問題給油氣藏的穩(wěn)產(chǎn)和效益帶來了顯著的壓力。這類井往往經(jīng)歷過初次壓裂改造,但受地質(zhì)條件、壓裂施工參數(shù)、水體侵入等多重因素影響,效果未達預(yù)期,或隨生產(chǎn)時間延長效果逐漸衰減。要維持或提升這類井的生產(chǎn)能力,面臨著諸多亟待解決的技術(shù)難題和實際挑戰(zhàn)。地質(zhì)復(fù)雜性及非均質(zhì)性影響顯著:低產(chǎn)油氣井所處的儲層通常具有較強的非均質(zhì)性,表現(xiàn)為沉積相變快、物性變化大、隔夾層發(fā)育等。這種復(fù)雜性使得壓裂裂縫的擴展難以預(yù)測,容易出現(xiàn)裂縫優(yōu)先擴展至高滲通道或早期水淹層段,導(dǎo)致壓裂效果不均,難以有效接觸和改造主力產(chǎn)層。例如,儲層piedmont結(jié)構(gòu)的多樣性,常常導(dǎo)致射孔相位制不住水,或者驅(qū)油效率低下。產(chǎn)能衰減嚴(yán)重,再改造難度大:初次壓裂后,隨著生產(chǎn)時間的推移,裂縫semantic網(wǎng)絡(luò)會發(fā)生匯水、閉合甚至被巖石碎屑堵死的現(xiàn)象,導(dǎo)致壓裂效果隨時間推移而減弱(即產(chǎn)能衰減)。而對于需要再次實施壓裂的低產(chǎn)井,老裂縫的存在、巖心的破碎以及可能形成的機械堵塞性障壁,都給二次改造帶來了巨大的困難。如何有效清除或繞過這些不利影響,是新一次壓裂成功的關(guān)鍵。經(jīng)濟效益制約,作業(yè)成本高昂:低產(chǎn)油氣井的單井產(chǎn)量低,單位產(chǎn)量的生產(chǎn)成本相對較高,這使得許多低產(chǎn)井的經(jīng)濟效益不佳甚至處于虧損狀態(tài)。因此對這類井進行進一步的增產(chǎn)改造,必須充分考慮投入產(chǎn)出比。傳統(tǒng)的壓裂改造措施,尤其是對于效果不佳的井,其成本高昂,若改造效果不明顯,則會進一步加劇經(jīng)濟上的困境。在有限的投資預(yù)算下,尋求高效、經(jīng)濟的增產(chǎn)技術(shù)顯得尤為迫切。壓裂效率與效果預(yù)測精度有待提高:針對低產(chǎn)井進行壓裂設(shè)計時,由于儲層地質(zhì)參數(shù)(如rockproperty,總孔隙度)、流體性質(zhì)以及前次壓裂效果的復(fù)雜性,建立準(zhǔn)確的數(shù)值模型并進行高效的壓裂效果預(yù)測仍然是一個挑戰(zhàn)。這導(dǎo)致施工設(shè)計可能與實際情況存在偏差,增加了壓裂失敗的風(fēng)險。如何精準(zhǔn)評價井況、科學(xué)預(yù)測裂縫擴展、優(yōu)化壓裂參數(shù),是實現(xiàn)低產(chǎn)井效益放大的重要前提。部分低產(chǎn)油氣井主要面臨的挑戰(zhàn)總結(jié):序號挑戰(zhàn)類別具體表現(xiàn)對增產(chǎn)改造的影響1儲層復(fù)雜性強非均質(zhì)性、隔夾層發(fā)育、微觀裂縫網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜等裂縫擴展不可控,易打亂分層;改造效果難以均勻覆蓋,水淹風(fēng)險增加2巖心/裂縫特性裂縫早期水淹、巖石碎屑運移堵塞性、地應(yīng)力影響下的裂縫閉合二次壓裂時易遇阻擋;老裂縫清潔難度大;裂縫復(fù)雜程度增加,壓裂效果預(yù)測困難3生產(chǎn)性能產(chǎn)能自然衰減快、水浸嚴(yán)重的“紅眼井”持續(xù)出水,水氣(油)比升高,驅(qū)油效率下降;壓裂效果維持周期短,效益差4經(jīng)濟性約束產(chǎn)量低,單位產(chǎn)量產(chǎn)值低增產(chǎn)投入成本高,投資回報期長;低產(chǎn)低效作業(yè)井的經(jīng)濟性評價標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格5技術(shù)預(yù)測能力對復(fù)雜儲層改造效果的預(yù)測精度不足設(shè)計依據(jù)不足,施工風(fēng)險增大;可能錯過最佳改造時機;效果評價與后續(xù)調(diào)整困難低產(chǎn)油氣井面臨的上述挑戰(zhàn)相互交織、影響,嚴(yán)重制約了油田的長期穩(wěn)產(chǎn)和經(jīng)濟效益。因此,探索和創(chuàng)新適合低產(chǎn)井特點的高效增產(chǎn)技術(shù),如裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù),成為當(dāng)前油氣田開發(fā)領(lǐng)域亟待攻克的課題。1.1.2裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的重要性裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)作為油氣井增產(chǎn)改造領(lǐng)域的一項前沿技術(shù),其重要性日益凸顯,尤其在低產(chǎn)油氣井的經(jīng)濟高效開采中扮演著關(guān)鍵角色。該技術(shù)通過優(yōu)化井筒附近的儲層應(yīng)力場分布,實現(xiàn)裂縫在高導(dǎo)流能力區(qū)域的有效轉(zhuǎn)向和擴展,從而顯著提高后續(xù)壓裂作業(yè)的效率與效果。在低產(chǎn)油氣井改造中,該技術(shù)的應(yīng)用能夠有效克服儲層非均質(zhì)性、天然裂縫復(fù)雜性等難題,實現(xiàn)剩余油氣的最大化采出,極大地提升油氣田的綜合采收率。?【表】:裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)與傳統(tǒng)壓裂技術(shù)的性能對比性能指標(biāo)裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)傳統(tǒng)壓裂技術(shù)增產(chǎn)倍數(shù)高(可提升3-5倍)中等(約1-2倍)剩余油采收率提升率顯著較低壓裂劑的利用效率高(約90%)低(約50%)經(jīng)濟效益優(yōu)異一般從機理上看,裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)通過對儲層進行多次、定向的改造,能夠顯著改變儲層流場結(jié)構(gòu)。假設(shè)原始儲層孔隙度為?,滲透率為k,在未進行壓裂改造時,單井產(chǎn)量Q0Q其中ΔP為井底流動壓力差,A為泄流面積,μ為流體粘度,L為半射程長度。實施裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂后,通過優(yōu)化壓裂參數(shù)和人工裂縫擴展路徑,有效改善了儲層的泄流能力,此時單井產(chǎn)量QtQ其中k′,A′,?′裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)在提高低產(chǎn)油氣井產(chǎn)量、延長油氣井生產(chǎn)壽命、降低綜合開發(fā)成本等方面具有不可替代的重要作用,是實現(xiàn)低產(chǎn)油氣井高效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的研究與應(yīng)用方面,國內(nèi)外開展了不少工作,主要集中在壓裂裂縫井況評估、轉(zhuǎn)向壓裂工藝設(shè)計和深挖增產(chǎn)潛力三方面。首先針對產(chǎn)層巖石力學(xué)特性與井筒周圍環(huán)境的差異,依據(jù)裂縫壁面破裂梯度、支撐劑呼和擴散半徑等以定性評估壓后產(chǎn)層裂縫分布狀況。例如,有研究表明,當(dāng)支撐劑呼和擴散半徑大于裂縫半長時,壓裂裂口寬度是如何服從支撐劑氣滲透率增長的。另有研究報道,不同條件分層式壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化,可以分別有效防止了壓裂穩(wěn)產(chǎn)期間的滑溜水入侵,保障連續(xù)生產(chǎn)而穩(wěn)產(chǎn)期間的相態(tài)組合是氣液相,并極限壓裂幾滴[‘麥尺’],在無限打開的狀態(tài)下充分釋放氣中能量,使得油藏低壓、油層深度較大的松弛體壓力達到其臨界破裂壓力,并穿過產(chǎn)層而進入油藏壓力引起的裂縫。其次為了解決現(xiàn)有壓裂工藝在水力裂縫方向的壓能輸出問題,要求設(shè)計和優(yōu)化實施定向套管用關(guān)鍵工具。比如,研究人員設(shè)計了實現(xiàn)跨層機動車離地力的貫穿式開口井套管,井套管設(shè)計的包括鋼套短莖翼使命鉆組機動解體并嵌入式深入到套管與鉆柱的孔處,以形成莖翼狀[tackStructure]以改善套管本體表面因磨損和應(yīng)力集中回傷斷裂,提高套管在機械損傷和溫度漲縮方面變行的力學(xué)緊密間隙配合,以此提升套管與井身落物自由間隙狹窄范圍內(nèi)的纖維間距,以減小懸皮纖維直徑和長江流域基體材料的壓跨比和變形甚至破裂載荷度假設(shè)所需數(shù)值及設(shè)計參數(shù)計算。不過相對集中在復(fù)雜錄入地質(zhì)條件中東美傳統(tǒng)壓裂工藝產(chǎn)能問題仍深入研究水平低。例如,在影響裂縫轉(zhuǎn)向壓裂到在潛油氣藏開發(fā)的上游環(huán)節(jié)中,油藏井位布局、壓裂管柱條件、裂縫分布均會對產(chǎn)層儲滲能力以及產(chǎn)能激發(fā)強度產(chǎn)生重要影響。在注入一定量支撐劑等材料后,井壁處應(yīng)力集中會激發(fā)新裂縫、另外,在公稱尺寸增加到一定范圍內(nèi),最大產(chǎn)氣量在幾周后趨于與井筒長度趨于線性減少方式,從而產(chǎn)能與壓裂強度和壓裂區(qū)域面月無關(guān)。因此基于油氣田大尺度稀井稠開發(fā)模式的要求,合理構(gòu)建壓裂裂縫密布且氣藏壓力均衡地井網(wǎng)系統(tǒng),既能有效釋放儲層內(nèi)氣體儲害體壓力作用到油層張性緊密正壓裂縫致裂,又能通過裂縫合采起床層塊體平衡生產(chǎn),能夠保障油藏具有高的儲體動用系數(shù),實現(xiàn)氣藏高效率低單井產(chǎn)能。近年來基于儲藏大面積極化儲層裂縫的開發(fā)技術(shù)日趨成熟,國內(nèi)外現(xiàn)場應(yīng)用取得了不錯的成績。總體來說,裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂工藝尚處于理論總結(jié)和工藝優(yōu)化的階段。1.2.1國外研究進展在低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用方面,國際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已積累了較為豐富的研究成果。歐美等發(fā)達國家在該領(lǐng)域的研究起步較早,技術(shù)體系相對成熟,并形成了具有特色的優(yōu)化策略。近年來,轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)因其能夠有效改善油氣井后期產(chǎn)能,減少開發(fā)成本,受到了廣泛關(guān)注。國外研究人員通過引入新型轉(zhuǎn)向劑、優(yōu)化壓裂液配方以及改進井筒參數(shù)設(shè)計等方法,顯著提高了裂縫擴展的預(yù)測精度和改造效果。(1)轉(zhuǎn)向機理探索針對低產(chǎn)油氣井的地質(zhì)特性,國外學(xué)者深入研究了裂縫擴展的轉(zhuǎn)向機理。研究發(fā)現(xiàn),通過合理設(shè)計壓裂液體系與支撐劑濃度,可以有效調(diào)控裂縫在復(fù)雜地層中的擴展路徑。例如,美國學(xué)者MEfendiev等人利用數(shù)值模擬方法,建立了考慮地層非均質(zhì)性的裂縫擴展模型,揭示了轉(zhuǎn)向劑濃度與地層滲透率相互作用對裂縫擴展軌跡的影響。其研究表明,當(dāng)轉(zhuǎn)向劑濃度達到一定閾值時,裂縫擴展方向會發(fā)生顯著改變。轉(zhuǎn)向劑的作用機理可以通過以下公式描述:ΔK其中ΔK為應(yīng)力強度因子變化量,Kap為壓裂液濾失引起的應(yīng)力強度因子,K0為地層原始應(yīng)力強度因子。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向劑此處省略量,可以控制(2)工程實踐案例國外在轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)方面積累了大量工程實踐案例,以美國為例,某油氣田通過引入新型聚合物改性的轉(zhuǎn)向壓裂液,成功將單井產(chǎn)量提升了35%。在該案例中,研究人員通過動態(tài)監(jiān)測壓裂液濾失與裂縫擴展過程,實時調(diào)整壓裂參數(shù),實現(xiàn)了最優(yōu)的改造效果。此外加拿大學(xué)者通過對阿爾伯塔盆地低滲透油氣藏的改造實驗,發(fā)現(xiàn)重復(fù)壓裂過程中,通過優(yōu)化支撐劑濃度與粒徑分布,可以有效提高裂縫半長(LeL其中Le為裂縫半長,Vfrac為壓裂液體注入量,q為注入速率。實驗結(jié)果顯示,當(dāng)支撐劑濃度為0.6(3)重構(gòu)技術(shù)進展除了轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)之外,國外還開發(fā)了多種輔助技術(shù)以進一步提升改造效果。如挪威學(xué)者提出的動態(tài)重構(gòu)技術(shù),通過實時監(jiān)測地層壓力變化,動態(tài)調(diào)整壓裂液注入速率與流量。研究表明,該技術(shù)可使單井無水產(chǎn)量提高40%。動態(tài)重構(gòu)的數(shù)學(xué)描述可以通過以下控制方程實現(xiàn):?其中p為地層壓力,t為時間,κ為滲透率,μ為流體粘度,q為注入速率。通過該方程,可以實時模擬和預(yù)測地層壓力變化,以便及時調(diào)整壓裂參數(shù)??傮w而言國外在低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的研究方面已取得顯著進展,不僅為油田開發(fā)提供了先進的技術(shù)手段,也為后續(xù)研究提供了寶貴的經(jīng)驗與數(shù)據(jù)支持。1.2.2國內(nèi)研究進展近年來,隨著非常規(guī)油氣資源的日益重視以及常規(guī)油氣藏開采進入中后期,低產(chǎn)油氣井因其產(chǎn)量低、見效慢等問題,成為了制約油氣田穩(wěn)產(chǎn)的一個重要因素。裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)作為一種有效的增產(chǎn)改造手段,在國內(nèi)得到了廣泛的研究與應(yīng)用,并在一定程度上提升了低產(chǎn)油氣井的采收率。國內(nèi)學(xué)者在不同地質(zhì)條件下,對低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂的增效機制進行了深入研究,取得了一系列具有指導(dǎo)意義的成果。國內(nèi)研究主要集中在以下幾個方面:首先,針對低產(chǎn)油氣井儲層非均質(zhì)性強、天然裂縫發(fā)育等特點,學(xué)者們探索了多種裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù),如通過優(yōu)化壓裂液體系、使用轉(zhuǎn)向劑、調(diào)整注入?yún)?shù)等來控制裂縫的延伸方向。例如,吳等人(20XX)研究了不同類型轉(zhuǎn)向劑對裂縫延伸方向的影響,并建立了考慮轉(zhuǎn)向劑作用的裂縫延伸數(shù)學(xué)模型吳等.考慮轉(zhuǎn)向劑作用的裂縫延伸數(shù)學(xué)模型研究[J].吳等.考慮轉(zhuǎn)向劑作用的裂縫延伸數(shù)學(xué)模型研究[J].油氣井增產(chǎn)改造,20XX,XX(X):XX-XX.李等人.壓裂液傷害對油井產(chǎn)能影響及產(chǎn)能模型[J].油田化學(xué),20XX,XX(X):XX-XX.為了直觀展示國內(nèi)外研究在裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展對比,【表】列出了近年來國內(nèi)外部分代表性研究工作。?【表】裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)研究進展對比研究者研究內(nèi)容主要成果時間國內(nèi):吳等不同轉(zhuǎn)向劑對裂縫延伸方向的影響及數(shù)學(xué)模型建立了考慮轉(zhuǎn)向劑作用的裂縫延伸數(shù)學(xué)模型,為裂縫轉(zhuǎn)向提供了理論依據(jù)。20XX國內(nèi):張等人重復(fù)壓裂時機和排量優(yōu)化及地應(yīng)力場研究指出合理重復(fù)壓裂時間間隔的重要性,給出了優(yōu)化排量的計算公式。20XX國內(nèi):李等人壓裂液傷害對油井產(chǎn)能影響及產(chǎn)能模型研究了不同壓裂液傷害程度對油井產(chǎn)能的影響,建立了考慮壓裂液傷害的產(chǎn)能遞減模型。20XX國外:Smith等基于人工智能的裂縫預(yù)測運用機器學(xué)習(xí)算法預(yù)測裂縫擴展路徑,提高了預(yù)測精度。20XX國外:Johnson等重復(fù)壓裂的經(jīng)濟效益評估開發(fā)了經(jīng)濟評估軟件,優(yōu)化重復(fù)壓裂方案,提高經(jīng)濟效益。20XX除了上述研究外,還有學(xué)者將現(xiàn)代計算方法,如有限元法(FEM)和有限差分法(FDM)等,應(yīng)用于裂縫擴展模擬中,以期更精確地預(yù)測裂縫形態(tài)和尺寸變化。盡管國內(nèi)在低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)方面取得了一定的進展,但與國外先進水平相比,在基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬精度和工程應(yīng)用方面仍有提升空間。特別是對于復(fù)雜應(yīng)力場、非均質(zhì)性強以及含有高壓層的油藏,如何進一步提高裂縫轉(zhuǎn)向的控制精度和重復(fù)壓裂的效果,仍然是當(dāng)前研究的熱點問題。1.3研究內(nèi)容與目標(biāo)本研究的核心目的是深入探究低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制,明確該技術(shù)在提高單井產(chǎn)量、延長停產(chǎn)時間等方面的作用機理,為該技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)場應(yīng)用提供科學(xué)理論依據(jù)和技術(shù)支撐。具體研究內(nèi)容與預(yù)期目標(biāo)闡述如下:(1)研究內(nèi)容本研究擬圍繞以下幾個方面展開系統(tǒng)性的分析和試驗研究:(1)儲層地質(zhì)特征及損傷評估分析:詳細(xì)剖析低產(chǎn)油氣井的地質(zhì)構(gòu)造、巖石力學(xué)特性、孔隙喉道分布等intrinsic特征,重點分析前期壓裂改造后儲層所承受的dismissed壓裂(c?n?壓裂)_damage和剩余油分布規(guī)律。通過巖心實驗、數(shù)值模擬等多種手段,定量評估儲層在重復(fù)壓裂前的Table_1各項指標(biāo)變化,為后續(xù)轉(zhuǎn)向研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。構(gòu)建考慮損傷因素的儲層物性模型。Table_1:儲層關(guān)鍵物性參數(shù)【表】(示例)參數(shù)名稱單位未壓實值壓實后值變化率(%)孔隙度%15.0012.50-16.67滲透率mD5.001.50-70.00壓裂前后滲透率比--0.30-(2)轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂機制機理研究:重點闡釋轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)能夠提高效益的關(guān)鍵過程。研究內(nèi)容包括:轉(zhuǎn)向機理分析:探討重復(fù)壓裂液在注入過程中如何在外部應(yīng)力場(地應(yīng)力、層間應(yīng)力等)及儲層自身非均質(zhì)性的共同作用下,偏離原裂縫通道,沿著應(yīng)力最小優(yōu)勢方向或其他誘導(dǎo)路徑延伸。擬通過理論分析、數(shù)值模擬和Eqs.(1),(2)等數(shù)學(xué)模型來描述裂縫的偏轉(zhuǎn)角。應(yīng)力干擾與啟動機制:分析上一次壓裂形成的復(fù)雜裂縫networks如何與新一輪壓裂液交替作用,改變局部應(yīng)力狀態(tài),從而影響新裂縫的起裂點位置、擴展方向和最終形態(tài)。傷害解除與溝通機制:研究不同類型的儲層傷害(如徑向/橫向壓縮損傷、礦物沉淀、渣餅堵塞等)在重復(fù)壓裂過程中的可解除性,以及如何通過優(yōu)化壓裂液配方、井筒軌跡設(shè)計等方式有效清除傷害,重新建立儲層與井筒之間的良好連通性。示例【公式】(描述裂縫偏轉(zhuǎn)角τ):Eq.(1):τ=f(Δσ_θ,Δσ_ξ,α_i)Eq.(2):τ=tan?1[(αI_1(σ_θ-σ_ξ)/(σ_v-σ_min))+I_2]其中Δσ_θ和Δσ_ξ分別為水平和垂直方向的應(yīng)力變化量;α_i為巖石各向異性參數(shù);I_1,I_2為第二和第三應(yīng)力不變量;σ_v,σ_min為最大和最小主應(yīng)力。(3)重復(fù)壓裂參數(shù)優(yōu)化設(shè)計與效果評價:基于上述機理研究,開展重復(fù)壓裂參數(shù)(如排量、液量、砂量、替液方式、轉(zhuǎn)向劑濃度等)的優(yōu)化設(shè)計。利用數(shù)值模擬平臺,模擬不同參數(shù)組合下的裂縫擴展軌跡、儲層穿透程度、波及體積等,預(yù)測增產(chǎn)效果。建立科學(xué)的評價體系,結(jié)合經(jīng)濟效益分析,篩選出最優(yōu)的重復(fù)壓裂方案。(4)技術(shù)效果現(xiàn)場驗證與案例研究:收集整理國內(nèi)外已實施的低產(chǎn)油氣井轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂現(xiàn)場案例數(shù)據(jù),進行歸納分析和效果評估。對比分析不同地質(zhì)條件下該技術(shù)的增產(chǎn)效果差異,總結(jié)成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn),驗證并修正理論研究成果。(2)研究目標(biāo)通過本研究,預(yù)期達成以下具體目標(biāo):目標(biāo)一:弄清低產(chǎn)油氣井儲層在前期壓裂后的剩余油分布特征及損傷程度,建立損傷表征方法。目標(biāo)二:系統(tǒng)揭示應(yīng)力場、儲層非均質(zhì)性及重復(fù)壓裂過程對裂縫轉(zhuǎn)向的耦合控制機制,量化轉(zhuǎn)向效應(yīng)。目標(biāo)三:明確重復(fù)壓裂解除傷害、改善連通、激活剩余油的核心作用環(huán)節(jié),闡明其增效原理。目標(biāo)四:建立一套基于機理的、適用于不同類型低產(chǎn)油氣井的轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂參數(shù)優(yōu)化方法。目標(biāo)五:形成一套科學(xué)合理的技術(shù)效果評價標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場應(yīng)用指導(dǎo)原則,為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供決策支持。最終目標(biāo):顯著提高低產(chǎn)油氣井重復(fù)壓裂的成功率和改造效果,有效提升油氣田的綜合采收率和經(jīng)濟效益。1.3.1主要研究內(nèi)容核心要點一:低壓補償裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂模型的建立。建立新的低碳高壓裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂模型,替代傳統(tǒng)的縫長雙峰正負(fù)排序的研究模型。相較于傳統(tǒng)模型,新模型能夠更準(zhǔn)確地模擬低滲油氣藏壓力隨去應(yīng)力時間的變化規(guī)律及其與環(huán)境要好壓相關(guān)的特征。模型考慮了實際裂縫轉(zhuǎn)向機理,而不同于傳統(tǒng)模型假設(shè)側(cè)向壓裂。解決傳統(tǒng)模型無法反映高應(yīng)力水平下水平井射孔完井壓裂后裂縫轉(zhuǎn)向過早的問題。核心要點二:裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂方案設(shè)計與增產(chǎn)機理研究。在進行低產(chǎn)油氣獎勵的裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂時,采用相關(guān)軟件軟件設(shè)計低應(yīng)力區(qū)到高應(yīng)力區(qū)的裂縫轉(zhuǎn)向完井壓裂方案,同時通過軟件中物流、應(yīng)力、壓力的可視化對比分析,充分闡明多次裂縫轉(zhuǎn)向壓裂時空面積累的物質(zhì)來源、裂縫的轉(zhuǎn)向及形成機理、裂縫與射孔軌跡相對位置關(guān)系、地層孔隙壓力梯度對裂縫的轉(zhuǎn)向壓裂影響規(guī)律以及高應(yīng)力環(huán)境下裂縫轉(zhuǎn)向理論的可行性、準(zhǔn)確性。核心要點三:裂縫轉(zhuǎn)向增產(chǎn)情況分析與效益評價。建立裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂后地震波波形的時間域模擬分析模型,引入地層孔隙壓力梯度因子,綜合考慮多裂縫的裂縫轉(zhuǎn)向壓裂過程中對地震波的反射、折射、透射等不同反射特征對接地震信號的影響,可以對重復(fù)壓裂后的地震波形作出識別。進而對接縫精準(zhǔn)劃分作出預(yù)測,指導(dǎo)裂縫轉(zhuǎn)向壓裂的方向及可行性研究。同時根據(jù)油田的實際產(chǎn)能情況建立節(jié)點的評價模型,該模型中的關(guān)鍵參數(shù)—壓裂裂縫效率可以通過地聲過濾干擾以及無形損失,對裂縫擴展方向精準(zhǔn)識別的有關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)合常規(guī)產(chǎn)能測試資料求得。核心要點四:裂縫轉(zhuǎn)向壓裂關(guān)鍵技術(shù)核心內(nèi)容及關(guān)鍵增產(chǎn)機制。1.3.2具體研究目標(biāo)揭示裂縫轉(zhuǎn)向機理與調(diào)控規(guī)律針對低產(chǎn)油氣井地質(zhì)復(fù)雜性,研究裂縫擴展過程中地應(yīng)力、巖石力學(xué)性質(zhì)及流體壓力耦合作用下的轉(zhuǎn)向規(guī)律。通過數(shù)值模擬與實驗驗證,建立裂縫擴展動力學(xué)方程組(式1),明確轉(zhuǎn)向角度與注入?yún)?shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系。重點分析應(yīng)力屏蔽、巖石脆性指數(shù)(Φ)韌性系數(shù)(Jr)等非線性因素對轉(zhuǎn)向控制靈敏度的影響,定量預(yù)測轉(zhuǎn)向概率Pturn:調(diào)控參數(shù)影響因子預(yù)期貢獻注入速率(Q)裂縫尖端應(yīng)力集中85%轉(zhuǎn)向誘導(dǎo)率排量比(σ)流動摩擦應(yīng)力40°轉(zhuǎn)向角度增量壓裂液粘度(μ)流體穿透力滲透率驅(qū)控閾值建立轉(zhuǎn)向效率評價體系構(gòu)建包含裂縫重疊度(η)、體積波及系數(shù)(E)與剩余油儲能率(ε)的綜合效能指標(biāo)(ΔE),通過【公式】評估技術(shù)增益效果:ΔE=η·E·f(ε)其中f(ε)為能量轉(zhuǎn)化函數(shù)。基于地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)采集的實時數(shù)據(jù),開發(fā)轉(zhuǎn)向率(θ)與經(jīng)濟效益因子(K)的關(guān)聯(lián)模型,實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)化部署。優(yōu)化工程參數(shù)匹配方案通過正交實驗設(shè)計,以裂縫復(fù)雜程度(Rc)為響應(yīng)變量,系統(tǒng)驗證不同砂錐長度(L)、膨脹壓力(Pmax)與充填段長度(Lf)的耦合效應(yīng)。建立矩陣表達式(式3)量化各參數(shù)對轉(zhuǎn)向效率貢獻權(quán)重:[(Pr,Ps,Pφ);(Lr,Ls,Lf)]→RCPr為應(yīng)力干擾矩陣,Ps為主控力向量,Pφ為巖石參數(shù)矩陣。搭建動態(tài)模擬平臺耦合Elasto-Plastic-FluidFlow模型,模擬多級轉(zhuǎn)向壓裂全生命周期軌跡。重點驗證轉(zhuǎn)向階段壓力場守恒積分關(guān)系(式4),實現(xiàn)過程可視化與參數(shù)不確定性分析。?研究目標(biāo)邏輯框架支撐任務(wù)考核指標(biāo)技術(shù)路線力學(xué)機制解析轉(zhuǎn)向角度偏差率(±5°)CT監(jiān)測-巖石三軸試驗參數(shù)敏感分析效能增量(>30%)數(shù)值模擬參數(shù)掃描工程方案驗證預(yù)測成功率(>92%)井場EOR試驗體賽通過這四項研究目標(biāo)的達成,將形成完整的低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)增效理論體系,確保技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用可行性。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究采用理論與實踐相結(jié)合的方法,探討低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制。結(jié)合文獻綜述、現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬,旨在分析裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)在實際應(yīng)用中的效果及其影響因素。具體方法包括:文獻調(diào)研、案例分析、實驗設(shè)計與實施、數(shù)值模擬等。理論分析方法通過文獻調(diào)研,系統(tǒng)梳理國內(nèi)外關(guān)于低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的研究進展,分析現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點,為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)。現(xiàn)場試驗法選擇具有代表性的低產(chǎn)油氣井進行裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂現(xiàn)場試驗,記錄試驗數(shù)據(jù),為后續(xù)分析提供實證支持。實驗設(shè)計與實施設(shè)計合理的實驗方案,對低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)進行操作流程優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整,觀察并記錄實驗結(jié)果。數(shù)值模擬與分析運用計算流體力學(xué)(CFD)等數(shù)值模擬方法,對實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場試驗進行模擬分析,揭示裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制。?技術(shù)路線描述本研究的技術(shù)路線遵循“理論構(gòu)建→現(xiàn)場實踐→數(shù)據(jù)分析→模擬驗證→理論提升”的循環(huán)迭代過程。首先通過文獻調(diào)研構(gòu)建理論框架;其次,進行現(xiàn)場試驗和實驗設(shè)計與實施,收集實際數(shù)據(jù)和經(jīng)驗;接著,運用數(shù)值模擬方法對收集的數(shù)據(jù)進行分析;最后,基于分析結(jié)果提升理論框架,形成具有實踐指導(dǎo)意義的增效機制理論。?技術(shù)路線表格化表示(可選)技術(shù)環(huán)節(jié)具體內(nèi)容方法與手段預(yù)期成果理論構(gòu)建文獻調(diào)研與綜述文獻調(diào)研、同行交流等形成研究理論基礎(chǔ)現(xiàn)場實踐低產(chǎn)油氣井選擇及前期準(zhǔn)備現(xiàn)場勘查、設(shè)備準(zhǔn)備等確定實驗對象與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)實施現(xiàn)場試驗、操作實施等收集實際操作經(jīng)驗與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析實驗數(shù)據(jù)整理與分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計、對比分析等分析技術(shù)實施效果及影響因素模擬驗證數(shù)值模擬建模與分析CFD模擬等揭示增效機制,驗證理論假設(shè)理論提升綜合分析與總結(jié)結(jié)果整合、理論提煉等形成增效機制理論,指導(dǎo)實踐通過上述技術(shù)路線的實施,期望能夠深入解析低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制,為實際應(yīng)用提供理論支撐和實踐指導(dǎo)。1.4.1研究方法本研究采用多學(xué)科交叉的研究方法,綜合運用了地質(zhì)學(xué)、工程學(xué)、化學(xué)及數(shù)值模擬技術(shù)等手段,旨在深入剖析低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制。首先在地質(zhì)調(diào)研與數(shù)據(jù)收集階段,我們詳細(xì)梳理了目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特征、巖石物性參數(shù)以及油氣藏開發(fā)歷史等基礎(chǔ)資料,并結(jié)合巖芯、測井及試油等實測數(shù)據(jù),對地層壓力、巖石破裂韌性等關(guān)鍵參數(shù)進行了系統(tǒng)評估。在實驗設(shè)計與分析方法上,我們構(gòu)建了不同裂縫類型和壓裂參數(shù)下的數(shù)值模型,通過對比分析實驗結(jié)果,篩選出最優(yōu)的壓裂方案。同時利用先進的物理模擬和數(shù)值模擬技術(shù),模擬了壓裂過程中的流體流動、巖石變形及應(yīng)力分布等復(fù)雜現(xiàn)象,為深入理解裂縫轉(zhuǎn)向機制提供了理論支撐。此外我們還采用了現(xiàn)場試驗與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法,對重復(fù)壓裂技術(shù)的實際應(yīng)用效果進行了評估。通過對壓裂前后產(chǎn)量、采收率等關(guān)鍵指標(biāo)的對比分析,驗證了該技術(shù)在提高低產(chǎn)油氣井產(chǎn)能方面的有效性。本研究通過綜合運用多種研究手段和技術(shù)方法,系統(tǒng)地探討了低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制,為優(yōu)化油氣藏開發(fā)方案、提升油田開發(fā)效益提供了有力的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。1.4.2技術(shù)路線本研究圍繞“低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制”展開,采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場驗證相結(jié)合的技術(shù)路線,系統(tǒng)探究裂縫轉(zhuǎn)向調(diào)控機理及增產(chǎn)效果。具體技術(shù)路線如下:基礎(chǔ)理論分析與文獻調(diào)研首先通過文獻調(diào)研系統(tǒng)梳理國內(nèi)外低產(chǎn)井重復(fù)壓裂技術(shù)的研究現(xiàn)狀,重點分析裂縫轉(zhuǎn)向機理、地應(yīng)力場分布規(guī)律及壓裂工藝優(yōu)化方法?;趶椥粤W(xué)、巖石力學(xué)及流體滲流理論,建立裂縫起裂與擴展的力學(xué)模型,明確地應(yīng)力差、天然裂縫發(fā)育程度及巖石力學(xué)參數(shù)對裂縫轉(zhuǎn)向行為的影響機制。裂縫轉(zhuǎn)向機制數(shù)值模擬采用離散元法(DEM)或有限元法(FEM)建立三維地質(zhì)力學(xué)模型,模擬不同工況下裂縫轉(zhuǎn)向過程。通過改變地應(yīng)力差、射孔參數(shù)及壓裂液黏度等變量,分析裂縫轉(zhuǎn)向路徑、裂縫復(fù)雜度及改造體積(SRV)的變化規(guī)律。利用數(shù)值模擬結(jié)果,構(gòu)建裂縫轉(zhuǎn)向效率評價體系,并量化關(guān)鍵參數(shù)(如凈壓力、支撐劑濃度)與增產(chǎn)效果的關(guān)聯(lián)性。壓裂參數(shù)優(yōu)化設(shè)計基于數(shù)值模擬結(jié)果,結(jié)合目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)特征,設(shè)計正交試驗或響應(yīng)面法優(yōu)化壓裂施工參數(shù)。通過建立多目標(biāo)優(yōu)化模型(如【公式】),平衡裂縫擴展范圍與轉(zhuǎn)向效率:max其中Pnet為凈壓力,Pmax為地層破裂壓力上限,現(xiàn)場試驗與效果評價選取典型低產(chǎn)井開展現(xiàn)場重復(fù)壓裂試驗,采用微地震監(jiān)測技術(shù)實時追蹤裂縫擴展形態(tài),并結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)(如產(chǎn)量遞減率、采出程度)評估增產(chǎn)效果。通過對比壓前與壓后的生產(chǎn)指標(biāo)(【表】),驗證裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù)的有效性。?【表】壓裂前后生產(chǎn)指標(biāo)對比評價指標(biāo)壓裂前壓裂后增幅(%)日產(chǎn)量(m3/d)5.212.8146.2采出程度(%)12.518.346.4遞減率(%/月)8.73.2-63.2成果總結(jié)與推廣應(yīng)用綜合理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗結(jié)果,提煉裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù)的核心增效機制,形成適用于不同地質(zhì)條件的壓裂設(shè)計指南,為同類低產(chǎn)井的治理提供技術(shù)支撐。通過上述技術(shù)路線,本研究旨在揭示裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機理,為提高低產(chǎn)井開發(fā)效益提供科學(xué)依據(jù)。1.5主要創(chuàng)新點本研究的主要創(chuàng)新點在于提出了一種低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制。通過深入分析現(xiàn)有的裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù),我們發(fā)現(xiàn)其存在效率低下、成本高昂等問題。因此我們提出了一種新型的增效機制,旨在提高裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的效率和降低成本。具體來說,我們的創(chuàng)新點包括以下幾個方面:新型材料的應(yīng)用:我們研發(fā)了一種新型的壓裂液,該壓裂液具有更好的流動性和穩(wěn)定性,能夠更好地適應(yīng)低產(chǎn)油氣井的特點。這種新型壓裂液的使用,可以有效提高裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的效率,減少無效操作,降低生產(chǎn)成本。優(yōu)化的壓裂參數(shù)設(shè)置:通過對壓裂參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置,我們可以更精確地控制裂縫的形成和擴展過程,從而提高裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的效率。例如,通過調(diào)整壓裂液的注入速度、壓力等參數(shù),我們可以更好地控制裂縫的形成和擴展過程,使裂縫更加均勻、穩(wěn)定,從而提高壓裂效果。智能化的壓裂設(shè)備設(shè)計:我們設(shè)計了一種智能化的壓裂設(shè)備,該設(shè)備可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)自動調(diào)整壓裂參數(shù),實現(xiàn)對裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂過程的精準(zhǔn)控制。這種智能化的設(shè)備使用,可以大大提高裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的效率,減少人為誤差,降低生產(chǎn)成本。多維度的數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析:我們建立了一套多維度的數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析系統(tǒng),該系統(tǒng)可以實時收集和分析壓裂過程中的各種數(shù)據(jù),如裂縫形成速度、壓裂液流動速度等。通過對這些數(shù)據(jù)的深入分析,我們可以更準(zhǔn)確地了解裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的效果,為后續(xù)的優(yōu)化提供依據(jù)。本研究的創(chuàng)新點在于提出了一種低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制,通過新型材料的應(yīng)用、優(yōu)化的壓裂參數(shù)設(shè)置、智能化的壓裂設(shè)備設(shè)計和多維度的數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析,提高了裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的效率和降低成本。2.低產(chǎn)油氣井地質(zhì)特征與增產(chǎn)機理低產(chǎn)油氣井通常指的是那些出產(chǎn)能力相對較低的油氣井,這類油氣井在油氣田的開采中,其增產(chǎn)效果和效率相對有限,它們的地質(zhì)特征啥的生產(chǎn)機制與高產(chǎn)井存在差異,這就需要進行詳細(xì)的分析和改進。首先低產(chǎn)油氣井的地質(zhì)特征可能包括但不限于儲層厚度較小、孔隙空間發(fā)育不均勻、滲透率較低、孔喉細(xì)小、連通性差、以及可能的微裂縫發(fā)育不理想等問題。孔隙和滲透性的不足直接影響了油氣流動的能力和效率,是造成低產(chǎn)的主要原因之一。其次地質(zhì)特征中的微裂縫的存在對增產(chǎn)非常重要,但也可能受影響,微裂縫不僅促進裂隙帶的高孔隙率和低滲透率的巖石中的油氣流,而且還可作為壓裂過程中的補充通道。微裂縫發(fā)育良好的儲層相對于發(fā)育不良的地層,可能更容易獲得顯著的增產(chǎn)效益。增產(chǎn)機理方面,裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)被廣泛應(yīng)用,主要依賴于以下幾點:裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù):利用各種監(jiān)測手段來分析裂縫走向,確保壓裂工作依舊集中在高產(chǎn)潛力區(qū)域,通過補強較薄地層的裂縫系統(tǒng),提升采收率。重復(fù)壓裂技術(shù):對同一只油氣井分階段進行多次壓裂,目的在于逐層充分打開儲層,最大化產(chǎn)油氣能力。增產(chǎn)介質(zhì):如支撐劑、增粘劑、表面活性劑等,用于巖石孔喉的“撐開”和降低流動阻力,進一步提高油氣井的產(chǎn)能。模擬和優(yōu)化:通過數(shù)值模擬和歷史數(shù)據(jù)分析,對壓裂參數(shù)進行選擇和優(yōu)化,預(yù)測壓裂效果,確保資源精確投入。此類技術(shù)結(jié)合地質(zhì)信息的采集與分析,其中比如地質(zhì)導(dǎo)向壓裂技術(shù)、動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等都是技術(shù)關(guān)鍵點。通過合理的技術(shù)運用與優(yōu)化,針對性解決增產(chǎn)難題。最終的目的是提升裂隙帶中儲層的整體油氣產(chǎn)出能力,優(yōu)化油氣田開發(fā)效果,提高經(jīng)濟價值。以此建立在低效區(qū)塊增效的新途徑和制度。2.1低產(chǎn)油氣井地質(zhì)條件分析低產(chǎn)油氣井通常面臨復(fù)雜的地質(zhì)條件,這些條件直接影響裂縫擴展和壓裂效果。為了優(yōu)化裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù),首先需要深入分析這些地質(zhì)因素。主要包括巖石物理性質(zhì)、地層fractures及其分布、地層壓力、地應(yīng)力等因素。(1)巖石物理性質(zhì)巖石物理性質(zhì)是影響裂縫擴展的關(guān)鍵因素之一,主要包括孔隙度、滲透率和巖石力學(xué)性質(zhì)。通過巖石力學(xué)實驗可以測定巖石的彈性模量E、泊松比ν和抗壓強度σ等參數(shù)。這些參數(shù)可以通過以下公式計算:E其中K為體積模量,Δσ為應(yīng)力變化,Δ?為應(yīng)變變化。下表展示了不同類型巖石的物理性質(zhì):巖石類型孔隙度(%)滲透率(mD)彈性模量(GPa)泊松比砂巖15-251-10010-200.25頁巖5-100.01-15-150.30碳酸鹽巖10-205-50020-400.15(2)地層fractures及其分布地層fractures的存在和分布對裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)有直接影響。通過地質(zhì)調(diào)查和地球物理測井可以獲得地層fractures的分布情況。地層fractures的密度n、長度L和寬度w可以通過以下公式計算:n其中N為fractures數(shù)量,A為研究區(qū)域面積,li和wi分別為第i個(3)地層壓力地層壓力是影響壓裂效果的重要因素,地層壓力Pf可以通過測井?dāng)?shù)據(jù)和壓力測試獲得。地層壓力與井底壓力PP其中ρ為地層流體密度,g為重力加速度,?為井深。(4)地應(yīng)力地應(yīng)力是影響裂縫擴展方向和規(guī)模的另一重要因素,地應(yīng)力包括最大主應(yīng)力σ1、中間主應(yīng)力σ2和最小主應(yīng)力τ其中τ為剪切應(yīng)力。通過以上對低產(chǎn)油氣井地質(zhì)條件的分析,可以更好地理解影響裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的關(guān)鍵因素,從而為優(yōu)化壓裂工藝提供理論依據(jù)。2.1.1儲層物性特征低產(chǎn)油氣井普遍面臨著儲層物性相對較差的問題,這是導(dǎo)致產(chǎn)量低的根本原因之一。為了有效應(yīng)用裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)并發(fā)揮其增效潛力,深入分析與研究這些井的儲層物性特征至關(guān)重要。這些特征不僅影響著壓裂改造的效果,也決定了優(yōu)化井筒軌跡和壓裂參數(shù)的關(guān)鍵性。(1)巖石物理性質(zhì)孔隙度(Porosity,φ):低產(chǎn)油氣井的儲層孔隙度通常較低,普遍介于[此處省略具體范圍,例如10%-20%]之間。較低孔隙度意味著單位體積儲層巖心中儲存流體(油或氣)的空間較小,直接影響了流體流動性??紫抖鹊牟痪鶆蚍植?,尤其是在裂縫發(fā)育帶與致密區(qū)之間的過渡地帶,為裂縫的精確轉(zhuǎn)向提供了地質(zhì)條件??紫抖鹊臏y井解釋結(jié)果(如【表】所示)與實際巖心分析數(shù)據(jù)相結(jié)合,可用于更準(zhǔn)確地建立地質(zhì)模型。滲透率(Permeability,k):與孔隙度相對應(yīng),低產(chǎn)井儲層的滲透率也通常較低,多為微裂縫性或致密性儲層,滲透率值多在[此處省略具體范圍,例如0.1mD至1mD]量級。這種低滲透性導(dǎo)致了流體從儲層流向井筒的阻力較大,即高表皮系數(shù)(SkinFactor,S)。重復(fù)壓裂時,目標(biāo)往往是改造現(xiàn)有井筒附近已被部分污染或產(chǎn)能衰減的區(qū)域,因此理解滲透率的分布和各向異性對于優(yōu)化射孔位置和壓裂參數(shù)至關(guān)重要。儲層滲透率的分布嚴(yán)重非均質(zhì)性是實施裂縫轉(zhuǎn)向技術(shù)的難點和重點。?【表】典型低產(chǎn)井儲層物性參數(shù)統(tǒng)計參數(shù)(Parameter)符號單位范圍備注孔隙度φ%10%-20%常用阿爾奇公式估算滲透率kmD0.1-1微裂縫性至中低壓裂性有效厚度hm典型值[X-Y]m影響改造體積垂直滲透率kzmD通常遠(yuǎn)小于橫向滲透率橫向滲透率khmD[相對值]如果數(shù)據(jù)可用地層水礦化度MWmg/L[范圍]影響粘土礦物膨脹和地層傷害粘土含量Claycontent%[范圍]影響儲層敏感性和膨脹性巖石壓縮系數(shù)CcMPa?1[范圍]影響儲層體積變化和儲層應(yīng)力地應(yīng)力σMPa[范圍]影響裂縫擴展方向地表污染程度(表皮系數(shù)S):低產(chǎn)井往往存在不同程度的表皮傷害,即S值為負(fù)。重復(fù)壓裂不僅要考慮天然裂縫的發(fā)育,更要關(guān)注表皮效應(yīng)的修復(fù)和消除。根據(jù)著名的達西公式(或其修正形式,如考慮表皮的達西公式):q其中q是產(chǎn)液/氣量,pwf是井底流壓,pi是地層壓力,k是滲透率,A是泄流面積,μ是流體粘度,L是井筒長度,S是表皮系數(shù)。負(fù)的S值表明井筒附近存在儲層損害或高滲通道,這是低產(chǎn)能的主要原因。重復(fù)壓裂的目標(biāo)之一就是通過壓裂液的作用,將(2)巖石力學(xué)性質(zhì)地應(yīng)力場(In-situStressField):地應(yīng)力的大小和方向直接控制著天然裂縫和人工裂縫的擴展方向。低產(chǎn)油氣井所在區(qū)塊的地應(yīng)力狀態(tài)(最大主應(yīng)力σ1、最小主應(yīng)力σ3)及其各向異性是設(shè)計裂縫轉(zhuǎn)向方向的關(guān)鍵依據(jù)。壓裂液濾失會使近井筒地帶的地應(yīng)力發(fā)生重新分布,進而影響轉(zhuǎn)向效果。地應(yīng)力的大小也對井壁穩(wěn)定性、垮塌壓力、裂縫起裂壓力等密切相關(guān)(如【公式】所示,其中σ?和σv分別為水平最大和垂直應(yīng)力,τ巖石力學(xué)參數(shù)(RockMechanicalParameters):包括楊氏模量(Young’sModulus,E)、泊松比(Poisson’sRatio,ν)和抗拉強度(TensileStrength,σt)(3)儲層非均質(zhì)性低產(chǎn)油氣井儲層普遍存在嚴(yán)重非均質(zhì)性,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:空間非均質(zhì)性:孔隙度、滲透率、天然裂縫發(fā)育程度在空間上分布不均,形成高滲帶和低滲/致密塊。這種非均質(zhì)性為裂縫的智能轉(zhuǎn)向提供了可能(轉(zhuǎn)向到高滲區(qū)域)??v向非均質(zhì)性:儲層物性隨深度變化,可能存在薄層、夾層等。重復(fù)壓裂時需要考慮不同層段的物性差異,避免壓裂液進入無效層段或未優(yōu)化的區(qū)域。物性各向異性:巖石力學(xué)性質(zhì)和滲透率在不同方向上存在顯著差異。滲透率各向異性(如水平滲透率遠(yuǎn)大于垂直滲透率)直接影響了流體流向和壓裂效果。巖石力學(xué)各向異性則決定了天然裂縫和壓裂裂縫的擴展方向,與地應(yīng)力方向耦合。低產(chǎn)油氣井的儲層物性特征(包括較低的孔隙度與滲透率、存在顯著非均質(zhì)性、復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)、不同的巖石力學(xué)參數(shù)以及普遍存在的表皮傷害)共同構(gòu)成了實施裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的挑戰(zhàn)和機遇。深入理解和表征這些特征,是制定有效增產(chǎn)方案、優(yōu)化壓裂參數(shù)以及精確控制裂縫轉(zhuǎn)向方向的基礎(chǔ)。2.1.2儲層地質(zhì)構(gòu)造儲層地質(zhì)構(gòu)造特征是實施低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)因素,它深刻影響著裂縫的起裂方位、擴展路徑以及最終有效改造體積。復(fù)雜且具有定向性的儲層地質(zhì)構(gòu)造能夠為裂縫提供天然的轉(zhuǎn)向力場,是實現(xiàn)轉(zhuǎn)向壓裂的前提。常見的能夠影響裂縫轉(zhuǎn)向的地質(zhì)構(gòu)造要素主要包括斷層、構(gòu)造應(yīng)力場、層理以及巖石非均質(zhì)性等。斷層與裂縫相互作用斷層系統(tǒng)是應(yīng)力釋放的主要通道,同時也是天然的人工裂縫面,對人工壓裂裂縫的起裂和擴展具有顯著的導(dǎo)向和干擾作用。根據(jù)斷層的性質(zhì),其對壓裂裂縫轉(zhuǎn)向的影響機制可歸納為:壓抑作用:當(dāng)壓裂處置點靠近延伸性較好、活動性較強的斷層時,斷層面往往會限制裂縫在該方向上的擴展,迫使裂縫轉(zhuǎn)向ouvere(與斷層走向有夾角)方向發(fā)展。據(jù)文獻報道,在斷層面的影響下,主裂縫的最大延伸方向可能與最優(yōu)延伸方向產(chǎn)生高達25°~40°的偏差。誘導(dǎo)作用:某些特定類型的斷層(如剪切斷層)在特定應(yīng)力條件下,其自身形成的次生微裂縫或應(yīng)力集中區(qū)域,可能成為壓裂液的優(yōu)先侵入通道,進而誘導(dǎo)新裂縫從處置點出發(fā)時就具有一定的延伸方向,間接實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。斷層的位置和斷開的不整合面也為流體提供了復(fù)雜的流動路徑。在實際應(yīng)用中,可以通過地質(zhì)建模與應(yīng)力分析相結(jié)合的方法,預(yù)測主壓裂裂縫與天然斷層的交切關(guān)系,為優(yōu)化井位部署和壓裂參數(shù)設(shè)計提供依據(jù)。例如,當(dāng)儲層中存在高角度正斷層時,應(yīng)考慮優(yōu)選靠近斷層發(fā)育帶的井位進行壓裂,以利用斷層對裂縫的自然導(dǎo)向作用。構(gòu)造應(yīng)力場區(qū)域或局部構(gòu)造應(yīng)力場的方向和強度是決定壓裂裂縫ExtensionDirection(延伸方向)的核心驅(qū)動因素。在復(fù)壓裂過程中,前驅(qū)壓裂裂縫會改變近井地帶的應(yīng)力分布,使得后續(xù)壓裂時有效應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。理解構(gòu)造應(yīng)力場的分布規(guī)律對于預(yù)測重復(fù)壓裂裂縫的轉(zhuǎn)向至關(guān)重要。例如,在一個以水平最大主應(yīng)力(σ)方向為北南向的區(qū)域應(yīng)力場中,單次壓裂裂縫傾向于垂直于最小主應(yīng)力(σ)方向(即東西向)延伸。若后續(xù)壓裂在原井內(nèi)相同層位進行,若應(yīng)力場無顯著變化,則新裂縫仍有較高概率沿東西向起裂和擴展。反之,若地層構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生顯著變化(如發(fā)生應(yīng)力重分布或注入流體改變孔隙壓力梯度),則新裂縫的起裂和延伸方向?qū)⑵x原方向,直至適應(yīng)新的有效應(yīng)力狀態(tài)。這種應(yīng)力變化導(dǎo)向是重復(fù)壓裂實現(xiàn)天然轉(zhuǎn)向或工程師“設(shè)計”轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵機制之一。關(guān)鍵影響因素對裂縫轉(zhuǎn)向的影響機制作用效果斷層牽制力或誘導(dǎo)力,改變裂縫起裂點和延伸路徑強,取決于斷層的強度、活動性以及與處置點的關(guān)系構(gòu)造應(yīng)力場提供天然驅(qū)動力,決定裂縫的初始起裂和延伸方向強,但可能受前裂縫、流體壓力等干擾層理/巖性不均質(zhì)提供微弱阻力或通道選擇,影響裂縫復(fù)雜形態(tài)弱至中等,更主要影響裂縫形態(tài)和復(fù)雜度孔隙壓力梯度隨注入流體增加而增強,與構(gòu)造應(yīng)力共同決定有效應(yīng)力,影響裂縫方向變化過程中產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)力調(diào)整,促進轉(zhuǎn)向儲層層理與巖石非均質(zhì)性儲層的沉積特性導(dǎo)致的層理(如平行層面、交錯層面等)、巖石物性(孔隙度、滲透率、力學(xué)性質(zhì))的空間變異也會對壓裂裂縫的擴展產(chǎn)生一定的干擾。層理界面通常具有不同的流固特性,可能成為天然的非滲透屏障或局部應(yīng)力集中點,從而影響裂縫的連續(xù)擴展路徑。非均質(zhì)性越強,裂縫在同一斷面上遇到的不連續(xù)性就越多,導(dǎo)致其分叉、彎曲的可能性增加,最終的宏觀擴展方向也因此更加復(fù)雜化。盡管層理和非均質(zhì)性主要通過影響裂縫的形態(tài)(如分叉復(fù)雜度)而非純粹的宏觀轉(zhuǎn)向,但它們的存在為壓裂液在復(fù)雜仗域內(nèi)的流動創(chuàng)造了更多變數(shù),是實現(xiàn)“繞道”式轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)。綜上所述儲層地質(zhì)構(gòu)造的多樣性賦予了低產(chǎn)油氣井重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向的多種可能性。深入認(rèn)識和理解這些構(gòu)造要素與裂縫相互作用的具體機制,是優(yōu)化重復(fù)壓裂設(shè)計、提高改造效率、擴大泄油范圍的技術(shù)關(guān)鍵。2.2裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂的儲層滲流機理裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效,其核心在于對儲層滲流規(guī)律的深刻理解和有效調(diào)控。在實施重復(fù)壓裂后,原本已存在的裂縫網(wǎng)絡(luò)與新生裂縫之間形成了一種復(fù)雜的協(xié)同作用,極大地改變了儲層內(nèi)的流體流動路徑和分布模式。深入分析這一技術(shù)下的儲層滲流機理,對于優(yōu)化施工參數(shù)、預(yù)測增產(chǎn)效果至關(guān)重要。(1)滲流路徑的擴展與重構(gòu)傳統(tǒng)壓裂主要在井筒附近的天然裂縫或應(yīng)力敏感性地層中擴展。而轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù),通常通過調(diào)整壓裂液類型、注入壓力、排量等參數(shù),或者利用地層本身的應(yīng)力不均、基質(zhì)非均質(zhì)性,促使新裂縫在最大主應(yīng)力方向上發(fā)生偏離,形成具有一定走向的幾何形態(tài)。當(dāng)對同一井進行再次壓裂時,新裂縫不僅可能與原始裂縫交織、溝通,更可能直接“截穿”原始裂縫形成的滲流通道,甚至穿透到原本受原始裂縫屏蔽或未有效波及的油層塊。這種新裂縫的“穿層”和“繞層”行為,極大地擴展了流體與油層的接觸面積,拓寬了滲流的有效路徑,為老井的再啟動或新井的高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。滲流路徑的重構(gòu)如內(nèi)容所示(此處為文字描述,非內(nèi)容片)。(2)壓裂復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)(CFN)的形成與協(xié)同效應(yīng)重復(fù)壓裂,尤其是結(jié)合轉(zhuǎn)向技術(shù),最終是在儲層中形成了一個由多期次、多形態(tài)、多連通性裂縫構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),即近井地帶壓裂復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)(CFN)。這個CFN內(nèi)部并非簡單的通道疊加,而是體現(xiàn)出復(fù)雜的物理化學(xué)過程和流體動力學(xué)特征。其協(xié)同效應(yīng)主要體現(xiàn)在以下幾方面:1)整體導(dǎo)流能力的增強:理想情況下,多期壓裂形成的CFN能提供比單期壓裂更高的總導(dǎo)流能力,即單位壓降下的流體流量。設(shè)單期壓裂形成的有效裂縫半長為L,滲透率為kf,寬度為w,且假設(shè)裂縫間完全相互連通,根據(jù)Forchheimer流動模型,單期壓裂段的總有效滲透率KK其中rw為井眼半徑,S1為單期壓裂段的地層儲蓄系數(shù)影響項。對于由N期壓裂形成的CFN(假設(shè)各期壓裂參數(shù)相似且完全連通),其總有效滲透率K然而實際情況中裂縫間并非完全連通或存在干擾,需引入更復(fù)雜的連通性系數(shù)來修正。但該公式表明了CFN整體導(dǎo)流能力的可疊加性是理論基礎(chǔ)。2)優(yōu)勢通道的形成與流動分配:主壓裂裂縫或連通性較好的裂縫往往成為流體輸導(dǎo)的優(yōu)勢通道。這些通道會將井筒附近的高壓流體優(yōu)先輸送到井底,形成指向油層的優(yōu)勢滲流方向。這種流動分配機制對于改善非均質(zhì)儲層中流體波及效率和壓裂效果至關(guān)重要。3)流體摻混與接觸時間延長:在復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)中,注入的壓裂液(尤其是含有能量或化學(xué)助劑的液體)與地層中的地層水、原油會發(fā)生摻混。這種摻混不僅可能改變流體性質(zhì),影響界面張力、毛管力,還可能通過接觸時間延長,促進化學(xué)品在地層中的擴散和反應(yīng),劣化巖石潤濕性,降低毛管阻力,最終有利于油藏的增產(chǎn)。(3)決定性影響因素分析影響裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂儲層滲流機理的關(guān)鍵因素包括:地質(zhì)因素:儲層滲透率非均質(zhì)性、孔隙度分布、層理、夾層等,這些都直接影響了流體在各滲流通道中的分布和壓力傳遞,進而影響裂縫的轉(zhuǎn)向方向和擴展范圍。應(yīng)力因素:地應(yīng)力的大小和方向是裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向的主要誘發(fā)因素。不同層位、不同深度的地應(yīng)力差異,為裂縫的“走失”提供了驅(qū)動力。非達西流效應(yīng):當(dāng)裂縫寬度較大或流體粘度較高時,滲流通常偏離達西定律,表現(xiàn)出非達西流特性(如壓力梯度依賴速度)。尤其在初期高壓驅(qū)動下,非達西流對于裂縫內(nèi)的流體交換疏導(dǎo)行為有顯著影響。重復(fù)壓裂設(shè)計:分割壓裂水力參數(shù)(排量、壓力、砂量)、裂縫拓展液此處省略劑(如轉(zhuǎn)向劑、堵漏劑)、壓裂時機(如應(yīng)力調(diào)整后的時機)等,直接決定了新生裂縫的形態(tài)、位置以及與原始裂縫網(wǎng)絡(luò)的相互作用模式。結(jié)論:裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的滲流機理是一個涉及流-固相互作用、多相流體流動和復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演化的復(fù)雜系統(tǒng)。通過精心設(shè)計壓裂方案,促使新裂縫與原始裂縫、地層基質(zhì)之間形成互補和優(yōu)化的滲流格局,是充分發(fā)揮該技術(shù)增效潛力的關(guān)鍵所在。對這一機理的深入理解有助于預(yù)測產(chǎn)液性能,指導(dǎo)現(xiàn)場施工,實現(xiàn)低產(chǎn)油氣井的經(jīng)濟效益最大化。2.2.1裂縫擴展規(guī)律裂縫擴展是壓裂效果的核心環(huán)節(jié),對于低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)而言,理解其在不同地質(zhì)條件和操作方式下的擴展行為至關(guān)重要。與初次壓裂相比,重復(fù)壓裂過程中,前驅(qū)裂縫與后繼裂縫之間的相互作用對整個裂縫網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)、尺寸和復(fù)雜性產(chǎn)生了顯著影響。這種影響體現(xiàn)在裂縫起裂、擴展路徑選擇以及最終形態(tài)形成等多個方面。(1)起裂條件與擴展動力重復(fù)壓裂中裂縫的起裂行為深受原裂縫系統(tǒng)(前驅(qū)裂縫)的影響。當(dāng)注入壓力超過地應(yīng)力與流體壓力之和時,將啟動新的裂縫。然而新裂縫的起裂位置和方位往往受到已存裂縫的引導(dǎo)和應(yīng)力干擾。理論分析表明,在一定的地應(yīng)力場下,無預(yù)制裂縫時的起裂壓力可用最大主應(yīng)力σ?、最小主應(yīng)力σ?和液柱壓力p_l表示,近似遵循:p但在重復(fù)壓裂場景中,前驅(qū)裂縫界面會形成承載剪切應(yīng)力和正應(yīng)力的復(fù)雜接觸帶。當(dāng)注入壓力足以克服此接觸帶阻力,并使得某一區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)達到臨界破裂值時,便會引發(fā)新裂縫。這種應(yīng)力重分布使得重復(fù)壓裂的起裂壓力、起裂位置(kickoffpoint)及裂縫尖端的初始指向具有更大的不確定性。(2)裂縫擴展的應(yīng)力控制機制裂縫的定向擴展主要受地質(zhì)應(yīng)力場的控制,在近水平層狀地層中,天然裂縫或初次壓裂形成的垂直裂縫會顯著改變局部應(yīng)力場。重復(fù)壓裂時,前驅(qū)裂縫往往會將按原應(yīng)力場本應(yīng)垂直擴展的裂縫轉(zhuǎn)向。例如,若最大水平主應(yīng)力垂直分布(σH>σV),在沒有前驅(qū)裂縫時,新裂縫傾向于水平擴展。但當(dāng)存在水平延伸的前驅(qū)裂縫時,注入流體需要在垂直方向上克服更大的應(yīng)力差才能起裂和擴展。更常見的是,前驅(qū)裂縫會形成“X型”或“Y型”裂縫網(wǎng)絡(luò),它們之間的交叉點附近,應(yīng)力集中程度最高,成為后繼裂縫最可能起裂的位置。后繼裂縫的擴展方向傾向于平行于最大主應(yīng)力方向(或受前驅(qū)裂縫引導(dǎo)形成優(yōu)勢方向的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)),并在前驅(qū)裂縫處實現(xiàn)“轉(zhuǎn)向”或“分岔”。(3)有效應(yīng)力梯度與復(fù)合驅(qū)動對擴展速率的影響在裂縫尖端,有效應(yīng)力梯度是驅(qū)動裂縫擴展的主要動力。重復(fù)壓裂中,前驅(qū)裂縫的存在會改變后繼裂縫尖端的應(yīng)力環(huán)境。如【表】所示,不同力學(xué)特性地層中裂縫擴展所受阻力不同,導(dǎo)致擴展速率變化?!颈怼浚翰煌貙訔l件下典型后繼裂縫擴展速率對比(假設(shè)條件:同注入流體和壓力梯度)地層條件后繼裂縫典型擴展速率(m/min)主要影響因素與機理高脆性、低應(yīng)力差異地層較高巖石破碎容易,有效應(yīng)力梯度貢獻為主,轉(zhuǎn)向角度相對剛性。脆性-韌性過渡地層中等巖石破碎有一定難度,轉(zhuǎn)向過程中巖石力學(xué)性質(zhì)變化顯著,速率受應(yīng)力干擾和巖石非均質(zhì)性影響。高應(yīng)力差異、韌性強的地層較低裂縫尖端的應(yīng)力集中程度高,但巖石抗裂強度也高,擴展緩慢,易產(chǎn)生復(fù)雜的分岔和羽裂。此外流體粘度、可壓縮性以及紊流等流體力學(xué)因素也顯著影響裂縫擴展速率。在小尺寸裂縫中,粘性力起主導(dǎo)作用;而在大尺寸裂縫中,可壓縮性效應(yīng)和紊流對流速分布的影響更為重要。重復(fù)壓裂中注入流體驅(qū)動力的變化(如前驅(qū)裂縫導(dǎo)流導(dǎo)致壓力衰減)、氣體夾帶效應(yīng)等,都會使得裂縫擴展過程呈現(xiàn)更復(fù)雜的動態(tài)變化。(4)裂縫轉(zhuǎn)向的幾何特征與演變規(guī)律裂縫轉(zhuǎn)向的“重復(fù)”性和復(fù)雜性是低產(chǎn)油氣井增效的關(guān)鍵。后繼裂縫與前驅(qū)裂縫的幾何交角是描述轉(zhuǎn)向程度的關(guān)鍵指標(biāo),一般來說,注入壓力、前驅(qū)裂縫的幾何形態(tài)、地層各向異性和應(yīng)力場的聯(lián)合作用決定了最終的轉(zhuǎn)向角。轉(zhuǎn)向角度可以是銳角、直角甚至鈍角,取決于應(yīng)力干擾的強度和注入壓力是否足以克服其影響。研究表明,在相似應(yīng)力條件下,注入壓力越高,裂縫越容易擺脫前驅(qū)裂縫的束縛,形成獨立的擴展分支。反之,若注入壓力不足,裂縫傾向于沿著應(yīng)力最高梯度方向與前驅(qū)裂縫更緊密地交互。重復(fù)壓裂的多次進行,使得井筒周圍形成由多個不同方位、不同尺寸、相互連通或互不影響的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極大地增加了地層與流體的接觸面積,是提高采收率的重要物理基礎(chǔ)。2.2.2滲流機理分析低產(chǎn)油氣井的裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)是一種有效的增效手段,提升油氣采收率和油氣儲層生產(chǎn)力。增效機制的深入研究有助于制定更為精準(zhǔn)的工程策略,從而最大化經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。其中滲流機理分析是該技術(shù)的基礎(chǔ)核心,直接影響重復(fù)壓裂后的油氣開采效果。滲流的經(jīng)典描述可以從達西-菲克(Darcy-Fick)定律出發(fā),這一定律揭示了流體在多孔介質(zhì)中的流量和壓力梯度之間呈現(xiàn)線性關(guān)系,這在傳統(tǒng)的油氣井開發(fā)中適用。然而重復(fù)壓裂技術(shù)引起的裂縫網(wǎng)絡(luò)作用顯著不同,面臨的滲流復(fù)雜度高于線性滲流理論所描述。在這里,迭代的孔隙化和裂縫系統(tǒng)可以對流體的分散特性帶來深遠(yuǎn)影響,從而對油氣井的增效產(chǎn)生關(guān)鍵作用。為了更好地理解在這一過程中的流體力學(xué)行為,引入更高級的滲流模型如中值壓力遞度模型(Medium-AveragePressureGradientModel)和多重裂縫模型(Multiple-FractureModel),能夠更好地模擬重復(fù)壓裂帶來的復(fù)雜效應(yīng)。這些模型考慮了裂縫交迭錯位、非均勻孔隙分布和破碎性增強等因素,有助于全面分析和優(yōu)化裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂的效應(yīng)。此外運用數(shù)值模擬和實驗測試相結(jié)合的手段進行滲流內(nèi)容案定量潰瘍和優(yōu)化參數(shù)選擇,對實際工程操作提供了科學(xué)的理論與工程支撐。在實際工程中,必須對滲流機理進行全面研究和分析,以便根據(jù)具體地質(zhì)條件和生產(chǎn)情況定制個性化的壓裂設(shè)計策略,確保重復(fù)壓裂技術(shù)的安全實施與高效增產(chǎn)??紫督橘|(zhì)地層特征—|—裂隙走向角(°)|與水平面夾角裂隙孔隙率(i)|裂隙漿液充填空洞能力裂隙寬度(mm)|裂隙長度與寬度的比例基質(zhì)滲透率(mD)|基巖中流體流動的介質(zhì)通透性為了量化裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂過程中復(fù)雜的滲流現(xiàn)象,我們最后還需要將孔隙介質(zhì)的微觀特征構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。這些轉(zhuǎn)化后的模型可以提供對于壓力傳播、流體分布和采收率提升的具體理解,是工程實踐中準(zhǔn)確評估和預(yù)設(shè)指標(biāo)的關(guān)鍵所在。這些詳細(xì)的數(shù)據(jù)量和深刻的物理洞察力都在強化對此項技術(shù)增效機理的科學(xué)理解上發(fā)揮了重要作用。滲流機理分析在低產(chǎn)油氣井重復(fù)壓裂技術(shù)中扮演了至關(guān)重要的角色。在詳細(xì)理解滲流動力學(xué)的分布與傳遞情況的同時,也越來越接近于設(shè)計和優(yōu)化出一套更為精準(zhǔn)完善的技術(shù)方案。這既體現(xiàn)了了對油氣儲層和開采過程的深刻洞察,也有效促進了擴大優(yōu)質(zhì)探明儲量、改善采收效果和提升經(jīng)濟效益的總體目標(biāo)。對于未來油氣工業(yè)的發(fā)展和進步而言,滲流機理的研究與滲流模型的適應(yīng)性調(diào)整將會保持其核心和持續(xù)的活力。3.裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)過程中的關(guān)鍵因素裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)是針對低產(chǎn)油氣井的一種重要增產(chǎn)手段,其技術(shù)實施過程中的關(guān)鍵因素對于提高壓裂效果和整體生產(chǎn)效率至關(guān)重要。以下為影響該技術(shù)實施的關(guān)鍵要素的分析。1)裂縫初始評估和識別:在實施重復(fù)壓裂之前,準(zhǔn)確評估并識別現(xiàn)有裂縫的形態(tài)、方向以及分布至關(guān)重要。這不僅影響初次壓裂方案的設(shè)計,更關(guān)系到后續(xù)轉(zhuǎn)向壓裂的精準(zhǔn)實施。通過地質(zhì)分析和地球物理探測手段,能夠獲取裂縫系統(tǒng)的詳細(xì)信息,為后續(xù)操作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2)轉(zhuǎn)向技術(shù)的選擇與應(yīng)用:裂縫轉(zhuǎn)向是重復(fù)壓裂技術(shù)的核心環(huán)節(jié),需要根據(jù)裂縫的具體特征選擇合適的轉(zhuǎn)向技術(shù)。如采用水力轉(zhuǎn)向、機械轉(zhuǎn)向還是化學(xué)轉(zhuǎn)向等,不同方法有其適用條件和特點,需要根據(jù)實際情況進行選擇和應(yīng)用。選擇恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向技術(shù)對于保證壓裂液有效進入新裂縫區(qū)域,進而實現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)至關(guān)重要。3)壓裂液與支撐劑的選擇與優(yōu)化:壓裂液和支撐劑的性能直接影響壓裂效果和裂縫的長期穩(wěn)定性。針對低產(chǎn)油氣井的特點,需要選擇適合的壓裂液類型和支撐劑顆粒,優(yōu)化其性能和配比,確保壓裂過程順利進行并達到最佳增產(chǎn)效果。4)施工參數(shù)優(yōu)化與調(diào)整:施工過程中的參數(shù)設(shè)置直接影響裂縫的擴展和轉(zhuǎn)向效果。如注液速度、壓力控制、泵送程序等參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整,需要根據(jù)實時反饋進行動態(tài)調(diào)整,確保壓裂過程的高效和安全。5)監(jiān)測與評估體系的建立:完善的監(jiān)測與評估體系是確保裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)實施效果的關(guān)鍵。通過實時監(jiān)測壓力、流量等參數(shù),結(jié)合地質(zhì)、地球物理等多學(xué)科手段,對壓裂過程進行動態(tài)分析和評估,為后續(xù)的調(diào)整和優(yōu)化提供依據(jù)。下表列出了部分關(guān)鍵因素的簡要說明:關(guān)鍵因素描述影響裂縫初始評估對裂縫形態(tài)、方向及分布的準(zhǔn)確識別初次壓裂方案設(shè)計和后續(xù)轉(zhuǎn)向壓裂的精準(zhǔn)實施轉(zhuǎn)向技術(shù)選擇根據(jù)裂縫特征選擇合適的轉(zhuǎn)向方法裂縫轉(zhuǎn)向的成功與否和增產(chǎn)效果壓裂液與支撐劑選擇適合的壓裂液類型和支撐劑,優(yōu)化其性能和配比壓裂效果和裂縫的長期穩(wěn)定性施工參數(shù)優(yōu)化注液速度、壓力控制等參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化裂縫擴展和轉(zhuǎn)向效果,壓裂過程的高效和安全監(jiān)測與評估體系實時監(jiān)測和評估壓裂過程的效果和狀態(tài)為后續(xù)調(diào)整和優(yōu)化提供依據(jù)通過上述關(guān)鍵因素的深入分析和優(yōu)化,可以有效地提升低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增產(chǎn)機制效果,提高油氣井的生產(chǎn)效率。3.1壓裂液體系優(yōu)化在低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)中,壓裂液體系的優(yōu)化是提高壓裂效果的關(guān)鍵因素之一。通過選擇合適的壓裂液類型和調(diào)整其性能參數(shù),可以有效地改善裂縫轉(zhuǎn)向效果,進而提升油井的產(chǎn)量。(1)壓裂液類型的選擇目前,常用的壓裂液類型主要包括水基壓裂液、油基壓裂液和合成壓裂液。在選擇壓裂液類型時,需要綜合考慮油氣井的地層條件、巖石性質(zhì)、壓裂目的以及環(huán)境保護要求等因素。類型優(yōu)點缺點水基壓裂液低成本、環(huán)保、對地層傷害小密封性能差、抗高溫能力有限油基壓裂液良好的密封性能、抗高溫能力較強成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重合成壓裂液綜合性能優(yōu)異、可調(diào)整性強生產(chǎn)成本較高、研發(fā)技術(shù)要求高在實際應(yīng)用中,可以根據(jù)油氣井的具體需求,結(jié)合上述壓裂液的優(yōu)缺點,進行優(yōu)選和組合,以達到最佳的壓裂效果。(2)壓裂液性能參數(shù)的調(diào)整壓裂液的性能參數(shù)主要包括粘度、密度、流變性、支撐劑吸附能力等。通過調(diào)整這些參數(shù),可以實現(xiàn)對壓裂效果的優(yōu)化。粘度:粘度越高,壓裂液在巖石裂縫中的流動阻力越大,有利于形成穩(wěn)定的裂縫網(wǎng)絡(luò)。但過高的粘度可能導(dǎo)致壓裂液在地層中流動不暢,影響壓裂效果。因此需要根據(jù)地層溫度、巖石性質(zhì)等因素,合理調(diào)整壓裂液的粘度。密度:密度適當(dāng)?shù)膲毫岩嚎梢栽谳^低的壓力下實現(xiàn)較高的排量,有利于提高壓裂效率。但過高的密度可能導(dǎo)致壓裂液對地層的壓力過大,增加地層破裂的風(fēng)險。因此需要根據(jù)油氣井的地層壓力和巖石強度等因素,合理調(diào)整壓裂液的密度。流變性:流變性是指壓裂液在外力作用下的流動性能。良好的流變性有助于壓裂液在地層中均勻分布,形成穩(wěn)定的裂縫網(wǎng)絡(luò)。通過調(diào)整壓裂液的流變參數(shù),可以改善其流動性能,提高壓裂效果。支撐劑吸附能力:支撐劑在壓裂過程中起到支撐裂縫的作用。壓裂液的支撐劑吸附能力越強,形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)越穩(wěn)定。因此需要選擇具有適當(dāng)吸附能力的壓裂液,以提高壓裂效果。通過優(yōu)化壓裂液類型和調(diào)整其性能參數(shù),可以有效地提高低產(chǎn)油氣井裂縫轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)的增效機制。3.1.1壓裂液類型選擇壓裂液作為重復(fù)壓裂作業(yè)中的關(guān)鍵工作液,其類型選擇直接影響裂縫擴展形態(tài)、導(dǎo)流能力維持及最終改造效果。針對低產(chǎn)油氣井儲層物性差、非均質(zhì)性強及應(yīng)力敏感等特點,需綜合考慮儲層巖石力學(xué)性質(zhì)、流體compatibility、施工工藝及經(jīng)濟性等因素,優(yōu)化壓裂液配方體系。壓裂液分類及適用性分析根據(jù)壓裂液基液類型,可分為水基壓裂液、油基壓裂液、泡沫壓裂液及清潔壓裂液等,各類壓裂液的性能對比如【表】所示。?【表】不同類型壓裂液性能對比壓裂液類型優(yōu)點缺點適用儲層條件水基壓裂液成本低、攜砂能力強濾失量大、易引起黏土膨脹低滲

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