深层超高温储层压裂改造关键技术研究

论文摘要

近年来,随着世界对能源需求量的不断增加和勘探技术的进步,油气资源勘探开发不断向纵深发展越来越多的主要勘探目的层呈现全面下沉的趋势,井深大于4500m,温度超过170℃的异常高温深井数日益增多。压裂作为这类储层最为有效的增产措施,也受到国内外越来越为广泛的关注。然而深部层系的高温高压也给油气层改造带来了更多地困难,耐高温压裂液（180℃以上）、超高温储层的压裂设计理论与技术不配套及大型压裂规模优化等一系列问题,已经成为制约这类油气田勘探开发效益实现的“瓶颈”。本文针对制约深层超高温储层的一些关键理论和技术展开较为系统和深入的研究,取得了以下主要成果:1、在调研剖析国外超高温压裂液体系的配方特征与性能指标的基础上,完成了超高温压裂液的单剂开发和实验综合评价,研究了满足深层、超高温储层压裂要求的低伤害压裂液体系,形成了满足190℃的压裂液配方。（1）在0.1%～0.6%交联比条件下:高温压裂液样品温度上升至40～50℃后,交联速度加快,粘度增加。温度达到120℃后,其粘度有大幅度提升,在中温区间显示出与常规压裂液体系相反的粘温特征。（2）HAAKE RS600流变测试最佳交联比搜索结果显示,该超高温压裂液最佳交联比范围为0.2%～0.3%。（3）180～200℃压裂液的粘度-温度实验结果显示,180℃时,0.55%GHPG粘度为164.5mPa.s,0.60%GHPG粘度为332.8mPa.s。（4）180～200℃压裂液的粘度-时间实验结果显示,在最佳交联比下,180℃、170s-1连续剪切120min后其粘度仍然保持在90～100 mPa.s;190℃、170s-1连续剪切120min后其粘度仍然保持在70～80mPa.s;198℃、170s-1连续剪切120min后其粘度仍然保持在60-90mPa.s。实验显示出极其优异的抗温抗剪切性能,完全能满足超高温、超深层储层的加砂压裂改造施工要求。（5）超高温压裂液冻胶在180℃、50ppm破胶剂作用下:剪切50min后,粘度降低至20mPa.s:剪切70min后,粘度降低为10mPa.s。（6）破胶液表面张力为28.4mN/m,固相残渣为587 mg/L,残渣含量略高于普通压裂液。2、延迟交联实验表明,GHPG冻胶粘度第一拐点在4min左右,此时体系为局部交联呈线性结构,具有较强的流动性和低摩阻特性。第二拐点为8～10min左右,体系为网状结构,粘弹性很高,呈现“挑舌”特征。3、LOOP环流摩阻实验测试结果表明,80℃、76mm施工管柱、4～6m3/min排量条件下,超高温压裂液摩阻与清水摩阻相比,降阻率为30%-46%。4、闭合压力为20.7～82.7MPa下,破胶液对支撑裂缝伤害率小于20%。5、基于井筒温度场和裂缝温度场计算模型,完成了超高温压裂改造的破胶剂用量优化设计。6、利用测井资料、岩石力学实验参数和实际施工资料,获得了丰深区块纵向地应力剖面,建立了超深储层地层破裂压力预测方法和超深储层井口压力预测模型。7、建立了压裂液返排中的支撑剂回流力学模型和裂缝闭合后的临界返排流速模型,实现了定量确定压裂返排参数和放喷油嘴尺寸的优化选择,并提出了支撑剂回流的控制技术和方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 深层储层压裂改造技术现状和技术分析
• 1.2.2 超高温压裂液体系特征及应用
• 1.2.3 压裂破胶剂用量优化技术研究现状
• 1.2.4 分层地应力剖面和破裂压力预测的研究现状
• 1.2.5 支撑剂回流及出砂理论研究
• 1.3 主要研究内容及研究思路
• 1.4 主要研究成果
• 1.5 本文的发展与创新
• 2 超高温瓜胶压裂液体系研发
• 2.1 超高温压裂液体系单剂研制与开发
• 2.1.1 超高温压裂液体系增稠剂研制
• 2.1.2 超高温交联剂与延迟交联技术
• 2.1.3 超高温防膨剂的研制
• 2.2 超高温压裂液体系添加剂性能优化
• 2.2.1 超高温压裂液体系增稠剂性能优化实验研究
• 2.2.2 超高温交联剂性能评价实验研究
• 2.2.3 超高温防膨剂的评价
• 2.2.4 超高温破乳助排剂的评价
• 2.2.5 温度稳定剂评价
• 2.3 超高温压裂液体系基础配方优化与综合性能实验研究
• 2.3.1 超高温压裂液基础配方优化
• 2.3.2 超高温压裂液流变性实验
• 2.3.3 超高温压裂液摩阻试验
• 2.3.4 超高温压裂液携砂实验
• 2.3.5 超高温压裂液破胶性能评价
• 2.3.6 压裂液滤失性
• 2.3.7 压裂液伤害评价实验
• 2.3.8 配伍性实验
• 2.4 中试产品高温流变性能试验
• 2.4.1 交联剂用量
• 2.4.2 稠化剂用量
• 2.4.3 高温流变测试
• 3 高温/超高温储层压裂破胶剂用量优化技术
• 3.1 井筒温度场
• 3.1.1 热平衡基本原理
• 3.1.2 井筒网格单元划分
• 3.1.3 垂直段井筒温度场数值方程的建立
• 3.1.4 井筒温度场计算
• 3.2 三维裂缝温度场
• 3.2.1 裂缝温度场数学模型的建立
• 3.2.2 裂缝温度场差分模型的建立
• 3.2.3 裂缝温度场计算步骤
• 3.3 丰深3井温度场计算分析
• 3.3.1 井筒温度分布计算
• 3.3.2 裂缝温度分布计算
• 3.4 破胶剂用量优化设计
• 3.4.1 压裂液优化设计技术思路
• 3.4.2 丰深3井压裂液优化设计
• 4 储层破裂压力及井口施工压力预测
• 4.1 储层破裂压力预测
• 4.1.1 射孔井及孔眼周围应力分布
• 4.1.2 破裂压力
• 4.2 利用测井资料计算动态岩石力学参数
• 4.2.1 岩石力学参数的计算
• 4.2.2 地层孔隙压力预测
• 4.3 岩石动静力学参数的实验测试与分析
• 4.3.1 岩样的制备
• 4.3.2 实验设备及实验方法
• 4.3.3 岩石力学参数动静态关系
• 4.4 应用室内实验与压裂资料获得分层应力剖面模型
• 4.5 破裂压力预测实例
• 4.5.1 岩石力学参数静态岩石力学实验结果
• 4.5.2 压裂层段应力剖面的获取
• 4.5.3 丰深3井各层破裂压力预测结果
• 4.6 地面施工压力预测研究
• 4.6.1 地面施工压力预测模型
• 4.6.2 井筒压裂液运动界面模型
• 4.6.3 井筒液柱静压力预测
• 4.6.4 井筒流体摩阻压力
• 4.7 井口施工压力预测实例与分析
• 5 定量返排模型研究
• 5.1 支撑剂回流的力学模型
• 5.1.1 裂缝闭合前支撑剂回流力学模型
• 5.1.2 裂缝闭合前支撑剂回流力学模型
• 5.2 临界返排流速的求解
• 5.2.1 裂缝闭合前的临界返排流速
• 5.2.2 裂缝闭合后的临界返排流速
• 5.3 放喷油嘴尺寸的优化选择
• 5.3.1 停泵后井口压力模型
• 5.3.2 放喷油嘴尺寸的确定
• 5.4 丰深3井定量反排控制分析
• 5.4.1 基础数据
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 支撑剂回流控制技术
• 5.5.1 根据地层条件优化压裂施工顶替液量
• 5.5.2 优化压裂液破胶性能
• 5.5.3 优化压后排液测试工艺
• 6 典型实例井分析
• 6.1 压裂方案设计
• 6.1.1 压裂目的
• 6.1.2 井层基本情况
• 6.1.3 压裂改造技术难点及主要技术措施
• 6.1.4 压裂方案设计
• 6.1.5 配方与备料
• 6.1.6 压裂施工管柱示意图
• 6.2 压裂实施与分析
• 6.2.1 施工过程描述
• 6.2.2 施工曲线及拟合分析
• 6.2.3 压后效果
• 7 结论与建议
• 致谢
• 参考文献