[01799349]人工控制靶向压裂改造关键技术及应用

随着我国常规低渗透油气田进入开发后期,以及非常规油气储层迈入开发旺季。以水力压裂为主的储层改造技术已成为两者开发的关键技术。油气储层压后效果的好坏主要取决于压裂裂缝能否有效沟通目标油气区域、建立充分的空间改造体系以及提供合理的导流能力。当前高效、低成本的开发宗旨迫切需要针对目标油气储层进行靶向压裂改造。“靶向压裂”一方面是指在地质甜点基础上,筛选出易压的工程甜点,优选靶区实施压裂;另一方面是指,对于难以定点或有效改造的目标层,采用人工控制手段诱导靶向压裂改造,实现”指哪压哪“。我国油气资源地质条件多样且复杂,北美形成的压裂理论及优化技术不能完全”复制“,采用常规的压裂方案设计往往难以实现高效、低成本开采,如何采用人工控制手段,有效地实现裂缝靶向压裂改造、大幅度提高储层改造规模、提供合理的裂缝导流能力,构筑一套高效的人工导流体系,同时创建多目标压裂施工实时决策技术已成为油气储层改造领域的核心与关键。在国家和三大石油公司大力支持下,历经10余年持续攻关,逐步形成了特色鲜明的人工控制靶向压裂改造技术,取得了系列关键创新成果： （1）揭示了体积压裂裂缝起裂扩展机制、支撑剂运移以及裂缝增产机理。 建立了评价储层压裂缝网形成能力评价新方法;建立了考虑诱导应力条件下,射孔水平井水力压裂3种起裂方式下的的起裂压力计算模型,明确了水平井水力压裂裂缝起裂机理;应用直线加速器无损检测系统结合声发射定位,探究了不同岩性和压裂工艺条件下的裂缝扩展机制;基于有限元、扩展有限元、边界元、颗粒流模拟以及有限元-离散元混合法等多种模拟手段,厘清了网络裂缝形成和控制机制;揭示了全尺度压裂裂缝和通道压裂支撑剂运移沉降机理;明确了不同因素对于压后不同类型裂缝渗透率的影响机制。 （2）创建了油气储层人工控制靶向压裂改造技术。 首次创建了径向井引导水力压裂裂缝定向扩展的设计理论和方法,有效实现了任意方位靶区的水力裂缝定向扩展改造,实现了老井重复压裂、注水后的”死油区“、岩性圈闭油藏的高效开采,现场应用有效性80%以上;首次创建了径向井辅助水力压裂多缝改造的设计理论和方法,有效解决了天然裂缝不发育或水平地应力差及应力差异系数较大储层难以实现缝网或多缝改造的难题,工艺成功率80%以上;创建了储层压裂缝内暂堵转向的设计理论及方法,现场应用全部有效。 （3）研发了系列分段压裂管柱及完井方法、压裂材料体系及评价技术。 自主研发了系列安置可控阀的分段压裂完井管柱、液控开关管柱及完井方法,具备全通径设计、开关可控、多级分段、规模改造、低成本战略等特点,无需射孔,一趟管柱可实现多级压裂,全井压后不留塞,保持全通径,后期可选择性生产控制和重复改造,现场应用有效率100%;研发了新型径向侧钻旋转自进式多孔射流钻头以及连续油管或超深径向井作业的液压装置,喷射扩孔优质率提高30%以上,系统效率提高15%以上;研制了耐高温160℃的油\水均可降解型缝内暂堵转向剂;研发了新型纤维复合清水压裂液体系,与清水压裂液相比携砂性能提高53%,摩阻降低24%;自主研发了可考虑壁面滤失和粗糙度条件的大型可视化复杂裂缝支撑剂运移铺置模拟实验装置系列与”6参数“支撑剂铺置效果评价体系。 （4）创建了储层压裂施工决策系统、压后返排制度优化设计系统。 形成了多目标的储层压裂施工实时决策技术,自主开发了集压裂信息实时采集显示、三维井筒-裂缝扩展动态仿真、施工压力实时分析、施工风险实时预警等功能于一体的压裂施工实时决策系统,设计砂量与实际加入符合率由74%提升到99%;自主研发了综合考虑支撑剂返排回流量、缝内支撑剂沉降、壁面渗吸作用以及井筒有效携砂条件下的油气储层直井、水平井压裂液返排优化设计系统,可实现压后放喷模式的优选、返排时机确定以及返排制度优化,各参数符合率85%以上。 该研究成果成功在我国5个油田及2家油田技术服务公司进行了大量的现场试验与推广应用,总计应用910井次,获得了显著经济效益,随着老井重复改造和非常规油气的进一步开发,该技术应用前景广阔。该成果已获授权发明专利25件,专利成果转化1件,已授权实用新型专利11件;授权软件著作权13项;出版专著5部;制定企业标准11项;发表论文159篇,其中SCI收录51篇（TOP论文25篇）,ESI高被引论文3篇,热点论文1篇,EI收录30篇,中国精品科技期刊顶尖学术论文2篇,2017年度中国石油科学十佳论文1篇。