摘要：压裂设计是水力压裂技术的核心,由于非常规储层的特殊性,使得压裂设计面临一系列的挑战。为此,梳理了国内外压裂设计各环节的新模型和新方法,并分析了其发展方向。压裂设计的新模型和方法主要分布在储层描述、水力裂缝刻画、水力裂缝优化以及水力裂缝模拟等4个方面,其中储层描述主要是在创新参数获取基础上建立新的地质力学模型;水力裂缝刻画主要体现在开发新方法,并结合物理模拟实验认识,提高现有监测手段的准确性;水力裂缝优化方面主要进展是挖掘储层与流体的相互作用,并通过规律性描述,形成新型的油气藏数值模拟软件;水力裂缝模拟主要通过方法创新,研发新型的适用于水平井分段多簇压裂的裂缝数值模拟器。因此,建议国内同行在坚持工具、设备等硬件投入的基础上,加强基础研究,力争在各种评价模型和软件方面取得突破,从而提高压裂设计的科学性,进而实现非常规油气藏的高效经济开发。

摘要：为了探究主次裂缝不完全相交条件下支撑剂在裂缝网络中的分布特征,文中设计了“上浮式”和“下沉式”2种类型的缝网结构。在考虑支撑剂、携砂液及支撑剂颗粒间相互作用的基础上,建立了支撑剂在复杂裂缝网络中的运移模型,并分析了主次裂缝相交长度及次级裂缝位置对支撑剂在缝网中分布的影响。数值模拟结果表明:对于“上浮式”裂缝网络,由于主裂缝中携砂液自下而上向二级裂缝分流,有效地减缓了主裂缝中支撑剂的沉降速度,改善了其中支撑剂的分布状态;在“下沉式”裂缝网络中,主裂缝内携砂液向下分流不利于支撑剂在主裂缝中的铺置,且二级裂缝中支撑剂多集中分布在主裂缝正下方的区域。在“上浮式”和“下沉式”裂缝网络中支撑剂的整体填充比例均随着二级裂缝到主裂缝入口距离以及上浮或下沉距离的增加而增加。

摘要：支撑剂过顶替是水力压裂中普遍存在的现象,为了探究支撑剂过顶替对压裂后裂缝整体缝宽和裂缝入口闭合情况的影响,利用Navier-Stokes方程和达西定律建立了裂缝-基质耦合流动模型,对压裂后油井生产阶段裂缝内流体压力进行量化分析。以此为基础,借助线弹性力学模型模拟了在闭合压力和缝内流体压力作用下裂缝过顶替段、填砂段以及缝内无支撑剂填充段壁面整体变形情况,并确定了井底流压降落与裂缝入口闭合的关系。结果表明:与过顶替段相比,缝内流体在填砂段压降更加显著,随着裂缝闭合,缝内流动阻力增大,流体压降逐渐增加;在闭合压力作用下没有支撑剂填充的过顶替段和裂缝内部缝宽明显减小,但是裂缝靠近中间位置存在变形平衡点,该位置缝宽基本不变;裂缝内支撑剂过顶替段壁面变形程度随着该段长度的增加而增加,井底压力稍有下降裂缝即闭合,因此维持较高的井底流压是防止裂缝入口闭合的有效手段。该研究成果对指导水力压裂过顶替设计及压裂后产能分析具有重要的指导意义。

摘要：支撑剂在复杂缝网中的分布情况直接决定了非常规油气的开发效果。为了探究体积压裂后复杂缝网中二级裂缝倾角对其支撑剂输送特征的影响,建立了可以改变二级裂缝位置和倾角的缝网模型。在分析携砂液在缝网内流动的基础上,建立了支撑剂在复杂缝网中的输送模型,并以曳力、弹性碰撞模型和Knudsen余弦散射定律分别表征支撑剂与携砂液、支撑剂颗粒间以及支撑剂与粗糙裂缝壁面的相互作用。数值模拟结果表明:改变二级裂缝倾角和位置,会严重影响缝网中主裂缝和二级裂缝内支撑剂的铺置情况;当二级裂缝水平时,其中的支撑剂分布范围最小,而增大二级裂缝到主裂缝入口的距离可以有效改善支撑剂在主裂缝中的分布;在二级裂缝垂直的缝网中支撑剂填充比例最大,当二级裂缝倾角为90°~120°时,支撑剂填充效果最差。研究成果为体积压裂中携砂液及缝网优化设计提供了理论指导。

摘要：为掌握应力干扰的优化设计方法和手段,分别建立应力场变化的平面模型和数值模型.采用对比模拟分析的方法,提出压裂滤失引起的孔隙压力升高与人工裂缝支撑对应力场的影响互为反作用,从而导致诱导应力场在裂缝附近存在非转向区域,且可通过优化裂缝间距和缝内净压力来消除非转向区域的论点.研究结果表明：水平主应力差为2MPa,单缝扩展时缝内净压力为16MPa可消除非转向区域;水平差应力为8MPa,净压力为18MPa下,两条裂缝间距为30-60m可消除裂间的非转向区域;水平差应力8MPa和缝间距为20m以下,净压力为19MPa可消除裂间的非转向区域.现场试验时通过水平井段内分簇射孔,并优化施工参数,实现了裂缝间的应力干扰,裂缝复杂程度得以提高.

摘要：为提高致密油水平井段分段多簇设计的针对性,建立一种新的水平井分段多簇优化设计方法。采用岩心试验和垂向非均质平面均质(VTI)应力模型评价水平井水平段的应力与脆性指数剖面,并结合测井解释的储层品质参数及水力裂缝优化结果,采用模糊模式识别模型优选水平井段的射孔簇位置。试验结果表明:可采用岩石力学参数方法建立连续的脆性指数剖面,可根据水平井导眼井校正后的模型参数计算水平段的VTI应力剖面;模糊模式识别模型优选的射孔簇储层品质与脆性较好,宜作为裂缝布置的的位置;现场试验效果较好。

摘要：针对海南福山油田储层温度高、孔喉细小、多薄层、油气井斜度大、射孔跨度大、塑性强等特点,分析了在该油田实施大型加砂压裂存在着大跨度多段连续射孔且无法分层的斜井容易出现早期砂堵、高温条件下长时间施工液体携砂难度大、大液量注入储层伤害大等难题。增加前置液段塞级数和砂量打磨近井多裂缝降低弯曲摩阻,采用30～50目和20～40目支撑剂组合,降低施工砂堵风险;优选耐高温低伤害压裂液体系,提高携砂流变能力和返排效率,降低储层伤害,在实现深度改造储层的同时,提高了多薄层储层纵向剖面动用程度。该技术在福山油田实施12口井,成功率和有效率均达到100%,大幅度提高了油气井单井产能,较好地解决了大跨度多段连续射孔斜井的增产改造难题,对类似油气井的增产改造方案设计提供一定的借鉴作用。

摘要：文章采用页岩露头开展了大型三维压裂裂缝物理模拟研究,考察了围压、排量、压裂液黏度等参数对水力裂缝垂向扩展的影响,综合分析了水力裂缝尖端应力场和远场应力作用在层理面上的应力场,建立了判断水力裂缝是否穿透层理面的穿透准则。研究表明,不同于常规砂岩储层,层状页岩压后裂缝形态复杂,水力裂缝极易沟通层理形成纺锤状裂缝网络;地应力状态是影响水力裂缝是否穿透层理的最关键因素,水平地应力差值存在一个临界值,小于该临界值不能穿透层理面;提高压裂液黏度及排量能够增加水力裂缝穿透层理面的几率,黏度过高会降低裂缝沟通体积。基于文章研究结果,取得了规律性认识,为水平井眼轨迹的部署、压裂层段的选择、压裂优化设计和压裂现场质量控制等提供了重要依据。

摘要：二连盆地为多相湖盆沉积,沉积相带窄,储层沉积环境变化快、非均质性强,现有储层改造都是针对单井设计,缺乏针对不同沉积环境的储层改造技术。为此,以二连盆地具有代表性的巴音都兰凹陷为例,通过分析沉积相带、微相储层特点和储层改造难点,提出了不同沉积环境储层高效改造技术。该技术包括:为有效动用扇三角洲前缘水道相厚层,提出的厚层提高压开程度改造模式;为在浊积扇中扇辫状沟道储层控缝高、防嵌入,提出的低渗薄层控缝高压裂模式和变粒径支撑剂及中等砂比加砂施工方式;为解决近岸水下扇扇中水道相储层伤害问题,提出的白云质特低渗体积酸压与加砂压裂复合模式。不同沉积环境储层高效改造技术在巴音都兰凹陷应用25井次,压裂后平均增液2.1倍,取得了很好的现场效果。研究认为,该技术不仅可在二连盆地推广应用,也对同类中小断块沉积环境的油气藏改造具有借鉴价值。

摘要："密切割"水平井体积改造是开发页岩油藏的有效手段,裂缝间距和井距是"密切割"水平井体积改造设计的关键环节。基于Comsol建立了离散裂缝网络数值模型,对"密切割"体积改造油藏进行仿真模拟,研究了裂缝间距、井距、裂缝复杂程度对增产效果的影响。结果表明,针对目标油藏,裂缝间距由30 m缩短至10m,单井累计产量可提高到原来的1.63倍;布置加密井,将井距从400 m缩短至200 m,目标储层年产量可提高51.17%;生产初期,复杂缝单井比简单缝单井90 d累计产量高39.80%。鉴于人工裂缝呈现非均匀充填的特征,采用等效加密方法表征的裂缝无法反映这一特点,研究了远端无支撑裂缝对改造效果的影响,发现远端无支撑裂缝对单井年产量的影响可达4.38%。"密切割"水力压裂矿场试验显示,采用细分切割的方法缩小裂缝间距,能够有效地提高油井产能,单井年产油可提高79.70%。