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径向井压裂裂缝起裂扩展规律与产能预测研究

龚迪光  
【摘要】:径向井与水力压裂技术结合作为油气田新兴增产手段已在中国江苏、胜利、辽河等油田开展实施并取得了可喜成绩。目前,国内外对于径向井压裂裂缝起裂扩展规律与产能预测研究尚未见报道,该技术急需理论支撑。认清径向井水力压裂裂缝起裂规律和裂缝扩展形态对油气井产能的影响规律,对合理优化径向井的完井参数和压裂方案设计以及准确预测径向井水力压裂后的产能具有重要意义。为深入认识径向井井眼内压力分布规律,本文在质量守恒定律、动量守恒定律的基础上考虑了幂律流体的粘性和可压缩性,建立了径向井中压力波传递速度数学计算模型。通过物理实验(时差法)对数学模型进行了验证,并分析了不同性能参数对压力波速的影响规律。研究结果认为压力波瞬间传达至径向井趾端,此结论可作为后续起裂建模中径向井内前置液压力设计的理论依据。以有限元计算软件Abaqus为平台,考虑岩体流—固耦合效应和带有初始应力的直井段与径向井岩块钻井移除引起的应力集中现象,建立了3维径向井起裂分析模型。分别研究了正断层地应力机制以及走滑断层地应力机制情况下,七种因素对径向井起裂压力和起裂位置影响。研究结果显示:正断层地应力机制下,随着径向井方位角、储层渗透率、岩石杨氏模量的增加和径向井孔长、孔径、水平地应力差值以及岩石泊松比的减小,起裂压力逐步增加,反之亦然;随着水平地应力差的增加,最有可能在径向井趾端产生易起裂区,其它因素次之;走滑断层地应力机制下,随着径向井孔长、孔径、径向井方位角、储层渗透率、岩石杨氏模量的增加和水平地应力差、岩石泊松比的减小,起裂压力逐步增加,反之亦然;随着水平地应力差的增加,有可能在径向井趾端产生易起裂区,其它因素次之。无论正断层地应力机制还是走滑断层应力机制,所研究参数范围内,起裂点的位置始终位于近直井井筒的附近。在扩展有限元理论基础上,考虑流固耦合效应和径向井对水力裂缝的引导干扰作用,对单径向井引导水力压裂以及多孔径向井引导水力压裂裂缝的扩展过程进行了三维数值模拟。对于单孔径向井水力压裂模型来说,不同因素对径向井引导水力裂缝的影响能力由大至小的顺序为:水平地应力差值、径向井方位角、径向井孔径、径向井孔长、压裂液排量、岩石杨氏模量、储层渗透率、压裂液粘度、岩石泊松比;对于多孔径向井水力压裂模型来说,各因素引导水力裂缝的影响能力由大至小的顺序为:径向井方位角、压裂液排量、水平地应力差、岩石杨氏模量、压裂液粘度、径向井井径、径向井间距、储层渗透率、径向井长度、岩石泊松比;通过垂向上科学的布置径向井排,的确可以产生相比单孔径向井更强的引导力,致使水力裂缝沿着有利区域扩展。对不同参数下,单径向井和多孔径向井水力压裂裂缝产能进行了预测与评价。分析结果显示:相同参数条件下,多孔径向井相比单孔径向井引导水力裂缝效果更明显,产能更高;对单孔径向井水力压裂模型,同一因素,水平的改变导致累产变化幅度由大至小依次为:径向井孔长、径向井方位角、径向井孔径、压裂液排量、水平地应力差、压裂液粘度、储层渗透率、岩石泊松比、岩石杨氏模量。对于多孔径向井水力压裂模型,同一因素,水平的改变导致累产变化幅度由大至小依次为:径向井方位角、径向井孔长、压裂液粘度、储层渗透率、压裂液排量、水平地应力差、径向井孔径、岩石泊松比、岩石杨氏模量、径向井间距。引导因子在评价引导效果时无法考虑水力裂缝与剩余油区域的分布规律,因此,会出现误差,通过产能预测对径向井引导水力裂缝的经济效益进行评价可弥补引导因子评价带来的不足。


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