压裂液滤失的二维数值模拟

结合油藏工程和数值模拟技术,根据压裂施工过程中滤失的压裂液在地层中二维流动和压裂液为非牛顿型流体的实际,建立了非牛顿型压裂液的二维动态滤失模型,用数值方法求解,并将计算结果与一维模型结果进行对比分析。计算表明:仅考虑压裂液垂直于裂缝壁面一维流动所计算的滤失速度会偏小,并且这种差值会因地层渗透性的增加而加大。二维方法由于考虑了压裂液的非牛顿特性和二维流动,其结果也比一维模型更符合现场实际,可以减少压裂施工的风险,提高压裂设计的可靠性。     

交联乳化压裂液稳定凝灰岩储层机理研究

海拉尔油田兴安岭群储层是典型的含凝灰质储层，采用常规水基压裂液压裂时早期砂堵现象严重，成功率很低，严重制约着油田的开发。针对含凝灰质储层研究的交联乳化压裂液体系，油相体积分数很低，与凝灰岩储层岩石配伍性好。从交联乳化压裂液的物理特性、成膜阻隔作用、增黏阻隔作用以及两相流和贾敏效应理论研究了其稳定凝灰岩储层岩石的机理。现场试验75 口井，并扩大应用118口井，施工成功率达到97%，彻底解决了兴安岭群储层的压裂投产难题。     

基于浓缩理论的大型压裂破胶优化技术及应用

针对储层孔、渗条件很差的致密砂岩油气藏，常规的破胶剂加量技术已经不能满足大型压裂对破胶的更高要求，在考虑了压裂液在地层中由于滤失而产生浓缩效应的基础上，提出了一种新的压裂液破胶优化技术。通过压裂施工裂缝温度场模拟，不同温度条件下的破胶实验以及考虑液体滤失浓缩后的破胶实验，认为大型压裂施工现场破胶剂加量应该在常规加量基础上进行一定程度的增加，才能保证大型压裂的破胶效果，实现快速排液，降低伤害。该破胶优化技术在CX491井155.6m³大规模压裂施工成功应用，开井17h液体返排率达到了74.9%，且返排液破胶彻底，天然气测试产量从射孔后的0.2×10⁴m³/d（敞井）增加到14×10⁴m³/d（井口压力22MPa），目前该技术正在川西地区大型压裂施工中逐步推广。     

压裂液强制返排中支撑剂回流理论及应用研究

对于低渗致密储层,压裂施工结束后常采用压裂液强制返排技术,支撑剂是否回流是该技术成功与否关键性的评价标准。针对目前支撑剂回流机理研究的局限性,详细分析了支撑剂运移回流的物理过程,通过对注入的最后一段支撑剂中的单颗粒支撑剂的受力分析,建立了支撑剂回流的运动模型和起动模型。计算结果表明：注入的最后一段支撑剂在停泵后瞬间就在裂缝口停下来,支撑剂是否发生回流主要取决于返排的压裂液是否有足够的速度将支撑剂起动;在强制返排的过程中,先用小油嘴放喷返排,然后换用较大油嘴,既能及时把压裂液排出地层,又能较好地防止支撑剂回流。为定量选择放喷油嘴直径提供理论依据,优化返排工艺。     

射孔对破裂压力及裂缝形态影响数值模拟研究

针对射孔对水力压裂过程中的破裂压力以及裂缝形态的问题，通过建立不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展模型，将位移不连续方法（DDM）应用于水力压裂过程中的力学分析研究，同时在裂缝扩展准则上运用修正了的G准则—F准则并进行裂缝扩展规律研究。根据不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展的模拟计算，在地应力大小和方位确定的情况下，破裂压力随着射孔方位的增大而升高，并且随着方位角的增大，裂缝形态会发生转向，而且裂缝壁面粗糙，会增大压裂液摩阻。对于实际的射孔参数优化设计和压裂施工具有参考意义     

水平井压裂携砂液摩阻定量计算模型研究

近年来, 携砂液在压裂管柱内流动的沿程摩阻研究仍未取得实质成果, 而携砂液的沿程摩阻分析是指导压裂设计和施工的关键。因此, 有必要对携砂液的沿程摩阻进行研究, 推导可普遍应用的沿程摩阻计算模型。利用液固两相流相间的动量交换理论, 研究了携砂液分别在直井段、 造斜段和水平段流动时支撑剂颗粒处于悬浮运动状态、 滑跳移运动状态以及部分悬移, 部分滑跳移状态下的携砂液平均流速, 最终利用 Darcy-Weisbach 公式建立了可用于各类型井的携砂液沿程摩阻计算模型, 并计算分析了管径、 施工排量、 砂比、 压裂液及支撑剂性质对携砂液沿程摩阻的影响     

磷酸酯/Fe3+ 型油基冻胶压裂液性能研究

针对磷酸酯/Al3+ 交联的油基压裂液交联速度慢，交联剂溶解性慢、稳定性差和价格高等缺点，首次对磷酸酯/Fe3+ 交联的油基压裂液体系进行了研究。通过对铁交联剂体系的优化，筛选一种磷酸酯/Fe3+ 交联的新型交联剂体系，并对磷酸酯/Fe3+ 油基冻胶压裂液性能进行了评价。结果表明：采用30%Fe2(SO4)3+15% 二乙醇胺+55% 水制备的新型交联剂体系，直接与磷酸酯混合即可形成油基冻胶，其性能不受放置时间的影响，交联速度快，成胶性能好，10 min 就可达到最大黏度；压裂液的抗温抗剪切性能高，与常规铝交联剂体系比较，压裂液成胶速度提高了20 倍，压裂液的抗温能力由原来100 ℃提高到135 ℃，并且压裂液的破胶性和滤失性等性能均能达到压裂施工的要求。     

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加,大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段。大位移井水力压裂裂缝起裂与直井、普通定向井有显著差别,其起裂模式不仅与井眼轨迹(井斜角、方位角等) 有关,而且还与地应力方位密切相关。以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件、压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响,建立了大位移井井筒周围应力场分布模型,提出了裂缝起裂压力和起裂方位预测模型,并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响。计算结果表明,建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。     

分析近井筒效应的新模型及方法

近井筒效应是影响油气层压裂措施成败的重要因素之一,而现有的近井筒效应分析技术的模型一定程度上存在计算复杂和适应性局限等问题。从近井筒效应的机理分析出发,研究了分析近井筒效应的新模型,结合最优化技术,提出了新的数学拟合方法,使模型计算更为简便和准确。通过大量现场实例应用,说明了该技术不仅适用于排量稳定下降方式的普通测试压裂,也适用于排量任意变化方式的普通压裂,同时,该技术还可替代降排量测试压裂,减少了施工环节和作业费用。     

完井方式对适度出砂井产能的影响研究

为了完善近几年提出的海上稠油油藏开采新模式中的部分技术——以钻井压裂、适度出砂、电潜螺杆泵为主的钻采工艺配套技术体系，根据不同完井方式（包括裸眼完井、射孔完井、筛管完井等）下钻井压裂井的表皮系数模型和产能模型，研究了不同完井方式下不同技术参数对钻井压裂适度出砂井的产能影响，结果表明，这些参数都不同程度地影响着井筒周围的出砂带物性，进而影响油井产能；在用适度出砂方式开采时，要严格评价完井方式及其技术参数对出砂带物性和产能的影响。     

致密油压裂水平井全周期产能预测模型

致密油储层基质孔隙喉道细小,以纳米微米级孔喉为主,具有储层物性差、非均质性强等特点,导致其渗流 机理复杂、开发上提高单井产量难、经济有效开发难。国内外普遍采用水平井体积压裂模式,结合衰竭式开发方式,来 实现致密油的有效开发。为了达到产能预测的准确性,针对致密油压裂水平井的3 个生产阶段的特性,根据各阶段渗 流区内的不同流动介质,基于不同的渗流机理,考虑启动压力梯度、应力敏感效应等因素的影响,分别建立相应的产能 方程,最终形成了致密油压裂水平井多区域、多阶段的全周期产能预测模型。通过实例验证,模型的计算值与实际值 的吻合度较高,表明本模型可应用于实际油藏中,准确地预测致密油压裂水平井产能,并进行参数敏感性分析,对油藏 工程的论证起到一定的指导作用。     

油田产量构成二层规划模型及其应用

针对石油企业的组织结构越来越复杂，往下分层也越来越细，要求开发规划的指标也越来越多，以前的单层规划优化模型在应用上就存在很大的局限性，甚至已经不能满足油田开发规划要求的生产实际。将二层规划模型应用在油田开发规划中，建立了上、下产量最大，上、下效益最好，上层投资最低、下层成本最低的产量构成二层优化模型。这些模型成功地解决了油田各分项产量(通常含自然产量、措施产量、新区新井产量、老区新井产量)与对应的各项工作量及其它开发指标的最优构成问题。将模型应用于国内多个中、后期油田的开发规划中，产生了很好的经济效益。     

孔隙介质中油相非平衡吸附的数学模型

针对目前理论上描述储层孔隙介质时对流体吸附的研究很少的问题，把油相（凝析油、原油）看作为一个多组分液态烃的高分子溶液，以吸附过剩量为基础，用基团贡献法（UNIFAC法）确定溶液中各组分的活度系数，引入相平衡数据热力学一致性的检验方程（GibbsDuhem），并结合达到吸附平衡时吸附相和体相的逸度相等、以及其他关联式得到平衡态吸附数学模型的一般表达式；同时考虑到相间存在质量传递，相平衡过程不可能在瞬间完成，从而引入与时间相关的组分模型，得到非平衡吸附的数学模型。     

夹层对底水油藏开发及剩余油分布影响研究

砂岩底水油藏在中国储量丰富，底水油藏开发面临的核心问题是底水锥进，而夹层对抑制底水锥进具有明显效果。由于夹层成因的复杂性，目前夹层研究尚没有统一模式。针对这一问题，提出从夹层分布面积、夹层厚度、夹层渗透率、夹层泥质含量等参数，将夹层归纳为无夹层、渗滤型夹层、小范围不渗透夹层和大范围不渗透夹层4种模式。无夹层模式底水锥进速度快，大范围不渗透夹层模式底水完全被抑制，这两种夹层模式下的油气开发效果较差；渗滤型夹层底水被转化为次生边水和次生底水，小范围不渗透夹层底水转化为次生边水，这两种夹层模式开发效果较好。无夹层模式远离井筒周围分布大量剩余油，可以通过完善井网来提高动用程度；渗滤型夹层开发效果好，剩余油分布很少；小范围不渗透夹层底部形成“屋檐油”，顶部形成“屋顶油”，这种剩余油可作为后期挖潜的一个方向；大范围不渗透夹层上下邻层均可存在大量的剩余油，是油田开发后期挖潜的重点对象。     

压井套压和立压计算的统一模型

司钻法,工程师法和边循坏边加重法是现场常用的压井方法。本文根据流体力学基本原理,结合压井作业的工况,研究了压井过程中套压和立压的变化规律,得到了压井套压和手压计算的统一模型。它具有包容性,精确性和程序化的优点,不但便于现场使用,同时也为开发压井模拟器奠定了理论基础。     

加热原油管道停输热力计算

在加热原油管道停输过程中,油品温度下降,粘度上升,有时甚至出现冻管事故,常常给再启动带来困难。合理地进行热油管道停输后的温度计算,模拟原油的凝固过程,有利于确定安全停输时间,制订再启动方案。针对加热原油管道停输后油品、管道及周围介质的相互关系和它们的不稳定传热,提出了热力计算的数学模型。该模型综合考虑了有关物性参数随温度的变化以及在冷却过程中油品的凝固问题。采用保角变换和盒式积分法对数学模型进行了处理,并构造出问题的差分方程。通过数值计算分析管道停输后油品冷却和冷凝规律,运用文中所提出的方法,对加热原油管道停输温度变化和冷凝过程进行了计算,与实测数据和文献中计算方法相比,该计算结果更符合实际情况。     

聚合物溶液在孔隙介质中的蠕变回复和驱油效率

实验室进行了三种不同分子量聚合物溶液在多孔介质中的蠕变回复实验,多孔介质采用的是三种不同结构的微观模型,即:毛细管模型、网格模型和天然模型。通过对模型实验数据的拟合,确定了聚合物溶液的松弛时间,并根据松弛时间大小和流量变化率,评价了不同分子量聚合物溶液的粘弹性行为;还采用人造岩芯研究了聚合物溶液在多孔介质中的蠕变回复[1]与驱油效率的关系。结果表明,聚合物分子量越大,松弛时间越长,且蠕变回复过程中流量变化率与聚合物分子量有关,同时,通过聚合物溶液的蠕变回复可以提高驱油效率。     

储层伤害试井评价新方法研究

针对传统储层伤害试井评价的污染带渗透率求取存在较大偏差，进而影响表皮系数准确分解的问题，建立了改进的麦金利图版试井分析新模型，利用拉普拉斯变换进行了求解，并编程绘制了新的分析理论图版（改进的麦金利图版），获得了新的拟合解释方法，可以非常准确地求取污染带渗透率。再利用Hawkins 公式，优化计算真表皮系数和污染半径，从而利用污染带渗透率、污染半径和真表皮系数进行储层伤害试井评价。最后，进行了实例分析，结果符合现场实际，为改善储层、采取措施提供了依据。     

利用综合粘度因子评价系统效率

抽油机井系统效率反映了油井对能量的利用程度,准确地评价抽油机井系统效率是有效衡量有杆抽油系统性能的关键。根据油井耗能的重新分析,提取了原油粘度、含水率、气油比3个显著的影响因素。利用数据拟合和0~1数值规范化处理方法根据其内在关系把三者整合成综合粘度因子,并通过定义新变量——无因次气油比与效率实现率,构建了抽油机井的系统效率评价模型。得到了系统效率评价图,作为确定抽油机井系统效率理论上、下限的基本方法。提出的模型在某油田进行了初步应用,得到的系统效率与实测效率基本吻合,为下一步是否采取优化措施以及各井的优化顺序提供了理论基础。