裂缝性储层强化封堵承压能力模型与方法

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 18次 | 上传用户:zm4910588
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全球油气资源的勘探开发逐步走向深部、开发中后期和非常规油气资源,发育的裂缝为以上油气资源的高效开发提供了主要的渗流通道,但裂缝的存在同时会导致工作液漏失,进而诱发严重储层损害。工作液漏失可发生在油气藏勘探开发的多个作业环节,裂缝性油气藏开发过程中工作液漏失现象同样普遍,开发中后期油气藏压力衰竭更会加剧工作液漏失。开发过程中漏失导致工作液中固相和液相沿天然裂缝或人工裂缝网络深度侵入储层,其漏失损害带波及范围更广。封堵承压能力是衡量工作液漏失控制效果的重要指标,对开发过程中工作液漏失控制更为重要。封堵承压能力低会导致工作液发生重复性漏失,扩大损害范围,加深损害程度。因此,有效控制裂缝性储层工作液漏失,提高其封堵承压能力,形成裂缝性储层封堵承压能力强化方法,对致密砂岩、碳酸盐岩和页岩油气资源的及时发现和高效开发具有重要意义。论文针对裂缝性油气藏工作液漏失控制和储层保护,围绕封堵层与裂缝相互作用机制及承压稳定性这一核心问题,以裂缝性储层承压过程中封堵层结构破坏、裂缝延伸、封堵承压失稳过程为主线,利用理论分析、室内实验和计算机模拟手段,开展了裂缝性储层封堵承压能力强化理论研究,建立了裂缝性储层封堵承压能力预测模型。开展了封堵材料优选、封堵参数优化、裂缝封堵效果评价实验,形成了裂缝性储层封堵承压能力强化方法,取得了以下成果:揭示了裂缝性储层封堵后承压失稳机理。基于典型裂缝性储层裂缝发育特征,分析了裂缝性储层封堵承压能力影响因素,形成了裂缝性储层封堵后承压失稳模式,揭示了裂缝性储层承压失稳机理。分析表明,裂缝性储层封堵后承压失稳包括封堵层结构破坏和裂缝延伸两种形式,裂缝封堵层承压能力和裂缝延伸压力综合影响裂缝性储层封堵承压能力。建立了裂缝封堵层承压能力模型。分析了裂缝封堵层多尺度结构,明确了封堵层承压过程中受力情况,揭示了裂缝封堵层承压失稳机理和失稳模式,建立了裂缝封堵层承压能力模型。封堵层在裂缝中形成后,主要受井筒压力和地层压力压差、裂缝闭合压力、封堵层—裂缝面摩擦力的作用。摩擦失稳和剪切失稳是裂缝封堵层结构破坏主要形式,综合控制封堵层承压稳定性。模型参数分析表明,封堵材料几何参数和力学参数是影响裂缝封堵层承压能力的主要因素。考虑封堵作用,完善了裂缝延伸压力模型。分析了地应力、井筒压力和缝内压力作用下裂缝延伸机理,构建了裂缝延伸物理模型。考虑地应力参数、岩石力学参数、裂缝几何参数和封堵参数,建立了裂缝性储层封堵后裂缝延伸压力数学模型。模型参数分析表明,封堵层长度、封堵层宽度和封堵层渗透率是影响裂缝延伸压力的主要封堵参数。提出了裂缝性储层封堵承压能力预测方法。根据裂缝封堵层承压能力模型和考虑封堵作用的裂缝延伸压力模型,基于封堵后承压失稳模式,提出了裂缝性储层封堵承压能力预测方法。研究表明,当实际封堵层渗透率小于等于临界渗透率时,裂缝性储层封堵承压能力等于裂缝封堵层承压能力;当实际封堵层渗透率大于临界渗透率时,裂缝性储层封堵承压能力等于封堵层承压能力和裂缝延伸压力中的较小值。凝练了裂缝性储层封堵材料选择原则。根据裂缝性储层封堵承压能力预测模型,形成了封堵层承压能力和裂缝延伸压力强化方法,确立了优选参数和优化参数。研制了高温高压全直径岩心裂缝堵漏仪,开展了封堵材料优选、封堵参数优化和裂缝封堵效果评价实验,凝练了裂缝性储层封堵材料选择原则。一级原则为酸溶性刚性颗粒、纤维、弹性颗粒相结合;二级原则为封堵材料几何、力学性质优选和浓度匹配优化,优化参数包括颗粒粒度D90降级率、封堵层—裂缝面摩擦角、封堵层弹性变形率、封堵层长度、封堵层宽度、封堵层孔隙度和渗透率。构建了裂缝性储层封堵承压能力强化策略。基于裂缝性储层封堵承压能力预测模型,分析了提高裂缝封堵层承压能力和提高裂缝延伸压力的应用条件,明确了其二者与裂缝性储层封堵承压能力强化的整体关系。进一步根据裂缝封堵层承压能力强化方法、裂缝延伸压力强化方法和封堵材料选择原则,形成了裂缝性储层封堵承压能力强化策略,构建了裂缝性储层封堵承压能力强化路线图。研究成果可应用于致密砂岩、碳酸盐岩和页岩等裂缝性油气藏,提高其封堵承压能力,控制钻井完井、完井试油试气、修井等勘探开发过程中的工作液漏失,有效保护储层,避免储层损害,为裂缝性油气藏的及时发现和高效开发打好基础,有效提高油气资源的开发进程和经济效益。
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