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安塞油田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡,油层物性差,非均质性强,属典型的低渗、低压、低产的“三低”油藏。目前主要采用注水开发,随开发的进行,污染堵塞逐渐严重,油井产能降低,注水井注水量下降。单纯利用水力压裂已不能完全解决这些问题,在这种情况下,本文研究采用了高能气体压裂技术,通过控制压裂弹生成高温高压气体,压开地层,在近井地带形成多条径向裂缝,使天然裂缝和井筒沟通,消除近井地带污染、堵塞,达到安塞油田油井、注水井增产、增注的目的。
本文在对高能气体压裂技术进行深入研究的基础上,根据安塞油田地质储层特点,采用了适合安塞油田的高能气体压裂工艺,有针对性的研究了无壳压裂弹的总体结构设计、点火器的设计、连接管和中心管的设计,以及中心管耐内外压强度的计算、套管最大耐压计算的经验公式、峰值压力与装药量的选择、中心管与推进剂药柱的密封、推进剂药柱的选择与匹配、下井工艺等。这样就完成了安塞油田高能气体压裂工艺的初步设计。
根据以上设计结果和理论,建立了安塞油田高能气体压裂模型,得到了由方程六个微分方程组,z、x、v、p、VT、VTg都是时间的函数,它们描述了管状火药弹在充满液体的井中燃烧的全过程。用VisualBasic6.0编制软件进行数值求解可以求出井内压力、挤入垂直缝流体的体积、套管外流体的压力、上部气液界面通过的距离、上部气液界面的运动速度、火药弹燃烧部分的相对质量、裂缝的长度、下部气液界面向下运动的距离、井内温度等9个参数随时间的变化规律,进而求得裂缝条数。根据计算结果分析了射孔方式对现场压裂的影响,作出了火药燃烧与压力关系图、用药量和造缝长度关系图、机械性能参数与造缝长度关系图及不同表皮因子系数的增产效果分析图。
理论和实践表明,高能气体压裂应用于安塞油田增产、增注效果明显,可带来良好的经济效益。