低渗透底水油藏压裂技术研究与应用

论文摘要

水力压裂技术经过60多年的发展,已从单井压裂发展应用到油藏整体压裂,从低渗透储层压裂发展应用到高渗透储层压裂,从直井压裂发展应用到水平井压裂,从油水井压裂发展应用到煤层气井压裂。但在低渗透底水油藏压裂方面,由于层间应力差异小或根本没有隔层形成层间应力差异,有效阻挡裂缝在垂向上的延伸扩展,必将导致水力压裂形成的裂缝在垂向上延伸进入底部水层,从而造成底水油藏压裂后,底水沿着裂缝上窜流入井筒,引起油井暴性水淹,致使水力压裂施工无效,不能达到提高油井产量的目的。低渗透底水油藏压裂作为一个“禁区”,一致未能得到很好解决,相关报道很少。本文采取了理论研究、数值模拟、室内实验和现场试验相结合的方法。根据断裂力学理论,建立了裂缝垂向延伸数学模型,定量分析了岩石垂向非均一性对裂缝垂向延伸扩展规律和敏感性分析;应用相似理论建立了水力压裂物理模拟的相似准则,进行了水力压裂裂缝大尺寸真三轴模拟实验;建立了利用测井资料预测岩石力学参数数学模型,研制了利用常规测井资料预测岩石力学参数软件;对底水油藏控制裂缝下延技术进行了系统研究,研制了利用热固性树脂、固化剂和填充料组成的新型下沉式转向剂;研制了底水油藏压裂施工用携带转向剂的携带液和无残渣压裂液;制定现场施工工艺,设计施工参数,进行了现场应用,取得了显著效果。本文研究取得了以下成果:(1)理论分析了岩石垂向非均一性对裂缝垂向延伸的影响,分析认为:地层岩石层间地应力差是影响裂缝垂向延伸及延伸范围的主要因素,地层岩石的断裂韧性能够明显阻碍压裂裂缝的垂向延伸,缝中流体重力梯度使裂缝产生下延倾向,地层岩石地应力梯度使裂缝产生上扩倾向;(2)依据相似准则,进行了水力裂缝物理模拟实验,通过实验认为:层间地应力差和层间界面自身的性质是影响裂缝垂向扩展的关键因素,层间物性参数对比差异对裂缝穿过层间界面进入隔层影响不大;(3)完成了岩石力学参数预测软件的研制,该软件可以利用常规测井资料预测地层岩石力学参数;(4)研究筛选出了底水油藏压裂改造工作液,包括携带液和无残渣压裂液,无残渣压裂液具有配制简单,自动破胶,无固相无残渣等特点;(5)研制了具有自主知识产权的新型下沉式转向剂,该转向剂既可以有效控制裂缝下延,又可以阻止底水沿着裂缝上窜:(6)系统研究了控制裂缝下延技术,提出了多级充填建立人工隔层控缝高压裂工艺,通过现场应用表明,该工艺具有一定的新颖性,在建立人工隔层控缝高压裂工艺方面进行了创新。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪言
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 压裂裂缝垂向延伸机理研究现状分析
• 1.2.2 水力压裂物理模拟实验研究现状分析
• 1.2.3 岩石力学参数预测技术研究现状分析
• 1.2.4 水力压裂裂缝缝高控制技术现状分析
• 1.2.5 底水油藏压裂工作液研究现状分析
• 1.3 面临的技术难点
• 1.4 主要研究内容及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 取得的主要成果和创新点
• 1.5.1 取得的主要成果
• 1.5.2 创新点
• 第2章 岩石垂向非均一性对裂缝垂向延伸影响研究
• 2.1 裂缝垂向延伸的影响因素分析
• 2.2 裂缝尖端应力强度因子分析
• 2.2.1 裂缝壁面应力分析
• 2.2.2 裂缝尖端应力强度因子计算
• 2.3 裂缝高度方程的建立及数值求解
• 2.3.1 缝高方程的建立
• 2.3.2 缝高方程的数值求解模型
• 2.3.3 裂缝垂向延伸数值计算框图
• 2.4 岩石垂向非均一性对裂缝垂向扩展规律及敏感性分析
• 2.4.1 无因次压力与无因次缝高扩展规律分析
• 2.4.2 隔层应力差与缝高垂向扩展规律分析
• 2.4.3 隔层断裂韧性与缝高垂向扩展规律
• 2.4.4 裂缝净压力与缝高垂向扩展规律
• 2.4.5 地应力梯度和流体重力梯度与缝高垂向扩展规律
• 2.4.6 流体垂向压降系数与缝高垂向扩展规律
• 2.5 本章小结
• 第3章 人工裂缝大尺寸真三轴物理模拟实验研究
• 3.1 物理模拟实验相似准则研究
• 3.1.1 裂缝扩展控制方程及单值条件
• 3.1.2 相似准则的推导
• 3.2 大尺寸真三轴物理模拟实验装置与实验流程设计
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验方法与试验流程
• 3.3 模拟实验与实验结果分析
• 3.3.1 分层地应力模拟实验结果与分析
• 3.3.2 层间界面性质对裂缝垂向扩展影响的规律及模拟实验
• 3.3.3 物性参数对比差异对裂缝垂向扩展影响的试验研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 岩石力学参数预测技术研究
• 4.1 岩石弹性参数和强度参数的测井解释模型
• 4.1.1 岩石物理参数测井解释模型
• 4.1.2 岩石弹性参数的测井解释模型
• 4.1.3 岩石强度参数的测井解释模型
• 4.1.4 岩石静态力学参数的声波测井确定（动、静态参数的转化）
• 4.2 利用测井资料确定地应力剖面数学模型
• 4.2.1 各种地应力模型
• 4.2.2 地应力模型中孔隙压力的确定
• 4.2.3 构造应力及构造应力系数的确定
• 4.3 利用测井资料预测岩石力学参数软件编制
• 4.3.1 软件主要功能
• 4.3.2 软件主界面
• 4.3.3 软件输入参数界面
• 4.3.4 软件输出结果
• 第5章 底水油藏压裂控制裂缝下延技术研究
• 5.1 转向剂人工隔层控制压裂裂缝垂向延伸作用原理
• 5.2 转向剂人工隔层控制压裂裂缝垂向延伸工艺技术分析
• 5.3 新型下沉式转向剂研究
• 5.3.1 研制原理与生产流程
• 5.3.2 性能评价实验
• 5.3.3 应用工艺过程
• 第6章 底水油藏压裂液工作液研究
• 6.1 携带液研究
• 6.2 无残渣压裂液研究
• 6.2.1 无残渣压裂液成胶剂优选
• 6.2.2 无残渣压裂液添加剂优选
• 6.2.3 无残渣压裂液性能测试
• 6.2.4 无残渣压裂液性能小结
• 6.2.5 无残渣压裂液现场施工工艺
• 第7章 现场应用实例分析
• 7.1 现场应用总体情况及效果分析
• 7.2 典型井分析
• 7.2.1 H168井
• 7.2.2 G68-57井试验评价
• 7.2.3 L42井试验评价分析
• 第8章 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果