超深裂缝性砂岩气层体积压裂的可行性分析

对于超深裂缝性气层由于研究及认识程度不够而难以确定合理的压裂改造工艺。为此,以塔里木盆地大北、克深气田的储层天然裂缝分布规律为基础,采用理论和室内分析以及现场实验相结合的方法进行相关研究:通过实验及地应力建模等来确定区块符合走滑应力机制;应用莫尔库伦准则分析研究天然裂缝剪切破裂机理,建立施工压力与天然裂缝孔隙压力增量之间函数关系;结合现场实例进行数值模拟,对发育不同程度的多条天然裂缝开启及扩展规律进行定量研究。结果表明:作用在天然裂缝孔隙上的压力与地面施工压力呈正相关关系,该压力增量达到临界应力值后,天然裂缝易发生剪切破坏,但无法实现全部开启;目前工况的条件下,压裂不能实现岩石本体破裂,人工裂缝只能沿着部分能够开启的天然裂缝扩展,而部分处于有利方位的天然裂缝也无法开启,天然裂缝不发育储层难以进行加砂压裂。最后,以最新研究成果优化分层压裂工艺,确定合理压裂参数,取得了较好的现场应用效果。     

水力压裂裂缝应力场变化规律

水力压裂过程中裂缝周围应力场对裂缝的转向、扩展有重要影响,研究裂缝周围应力分布影响因素对压裂参数优化设计具有指导意义。基于裂缝扩展有限元方法,建立了裂缝扩展的数学模型,利用Abaqus软件研究了不同裂缝倾角（裂缝与最小水平主应力方向夹角）、主应力差（最大水平主应力与最小水平主应力之差）对裂缝壁面正应力和剪应力的影响;不同射孔角度（射孔方向与最小水平主应力方向夹角）对裂缝延伸轨迹和裂缝壁面剪应力、切向位移的影响;不同射孔簇间距对裂缝几何形态、剪应力、孔隙压力的影响。研究表明：当裂缝倾角增加时,裂缝壁面的正应力逐渐减小,剪应力呈先增大后减小的趋势,且在裂缝倾角为45°时达到最大;当裂缝倾角不变时,裂缝壁面正应力和剪应力随主应力差的增加而增加;裂缝转向半径随着射孔角的增加而减小;在主应力差高于6MPa时,45°射孔角有利于裂缝入口岩石产生剪切破坏;在多裂缝同时扩展过程中,当裂缝间距减小时,应力干扰区域内的剪切应力逐渐变大、裂缝周围流体分布逐渐减少;对于高应力差储层改造,采用缩小簇间距和45°方向射孔的密切割射孔方式有利于岩石产生剪切破坏。     

高应力差裂缝储层缝网压裂技术可行性研究及应用

柴达木盆地内多个油田储层具有主应力差值大、天然裂缝发育等特点。针对上述储层,文章提出了高应力差裂缝储层缝网压裂的可行性研究。采用应力分析方法,研究了天然裂缝的起裂条件,同时建立了天然裂缝张性起裂和剪切起裂的数学模型。通过模型计算和单因素分析方法,给出了主应力差、缝内净压力对天然裂缝剪切破起裂影响规律:水力裂缝遇到天然裂缝时,提高缝内净压力可以促使更广泛角度的天然裂缝开启;随着最大、最小应力差增加,使天然裂缝发生剪切破坏所需要的缝内净压力降低。根据上述结论,在某高应力差裂缝发育储层,采取多级脉冲暂堵提高缝内净压力的工艺措施。施工结果和压降曲线G函数分析显示,压裂施工过程出现了多裂缝开启的现象,验证了高应力差裂缝储层进行缝网压裂的可行性。     

大庆低渗透油藏注水动态裂缝开启机理及有效调整对策

大庆长垣外围低渗透油藏水驱开发受注水动态裂缝影响,水驱开发效果差。为改善水驱效果,需首先明确注水动态裂缝开启规律,进而才能提出开发调整对策。综合利用地质力学、油藏工程及数值模拟等方法,建立了注水动态裂缝开启压力计算方法,揭示了其开启机理和延伸规律,并针对裂缝开启不同情况,形成了相应的调整对策。研究表明：当注水压力超过储层现今最小水平主应力时,裂缝首先沿现今最大水平主应力方向开启;随着注水压力继续增加,裂缝沿与现今最大主应力方向夹角较小的注采井连线方向开启。根据裂缝开启压力计算方法,结合大庆外围A油藏条件,其裂缝开启的临界注水压力为9 MPa。油藏注水压力为12～14 MPa,当注水井排与现今最大水平主应力方向一致时,油藏沿现今最大水平主应力方向开启单方向裂缝,剩余油主要沿裂缝呈条带状分布;当注水井排与现今最大水平主应力方向呈一定夹角时,油藏开启多方向裂缝,剩余油被多方向裂缝切割呈零散分布。基于不同井网与裂缝匹配油藏剩余油分布模式,提出了“限压注水控制多方向注水动态裂缝开启、沿现今最大水平主应力方向裂缝线性注水、侧向基质驱替”的开发新理念,给出了注水压力界限与井网加密调整模式,现场应用效果显著。     

特低渗透砂岩油藏动态裂缝成因及对注水开发的影响——以安塞油田王窑区长6油组为例

安塞油田王窑区长6油组主要发育北东—南西向、近南北向2组天然裂缝,在注水开发过程中,注入水水淹方向与天然裂缝发育方向并不完全一致。在分析天然裂缝发育特征的基础上,结合不同开发阶段的油水井生产动态、吸水剖面和时间推移试井等资料,利用库伦破裂准则和格里菲斯裂缝扩展理论研究动态裂缝成因。结果表明,随着注入水压力的升高,原本无效的天然裂缝选择性开启和方向性扩展、延伸、沟通而形成的动态裂缝造成水淹,研究区动态裂缝的开启压力为20~23 MPa,延伸方向为北东65°~75°,与现今最大水平主应力方向一致。动态裂缝加剧了储层非均质性,造成现今最大水平主应力方向的快速水淹、水窜,降低了平面上和纵向上的动用程度,从而影响了油藏开发效果。     

基于分形方法的水力压裂分支裂缝分布模拟

对水力压裂裂缝分布位置的准确描述是进行压裂设计及压裂效果评价的重要前提,而在人工裂缝分支的描述方面,尚未开展有关裂缝位置和形态等描述研究。运用分形L-系统建立树枝模型,建立岩石天然薄弱面分布规律的平面模拟描述方法。应用分形相似原理,将天然薄弱面分级,得出各级天然薄弱面剪切、张开判别条件和天然薄弱面起裂后裂缝内压裂液压降梯度。依据天然薄弱面分布模型及裂缝剪切、张性断裂准则,提出水力压裂分支裂缝分布模拟计算方法。计算结果表明,水力压裂分支裂缝数量与井壁处缝内净压力、储层最大与最小主应力差值密切相关。主裂缝附近存在较多分支裂缝,分支裂缝数量随井壁处缝内净压力增加而增多;储层最大与最小主应力差值越小,细小分支裂缝开启数量越多,裂缝沟通面积越大。运用该计算方法能够模拟具有分形特征的裂缝平面形态和开启状况,并为复杂裂缝形成机理分析提供依据。     

提高砂岩储层人工裂缝复杂度的压裂技术及其应用

提高裂缝复杂度是提高储层改造体积的重要组成部分。为明确砂岩储层复杂裂缝形成的控制因素及实现方法,在物理模拟实验结果的基础上,建立了天然裂缝储层形成复杂裂缝的数学模型,采用数值模拟方法研究了应力场,提出并试验了多种施工工艺。研究结果显示砂岩储层形成复杂裂缝的必要条件包括改变应力场、发育天然裂缝或提高缝内净压力。其中天然裂缝是砂岩储层能否形成复杂裂缝最重要的因素,储层最大最小主应力差越大,天然裂缝与人工裂缝夹角越大,形成复杂裂缝所需缝内压力越大;多缝应力干扰可有效改变应力场。现场监测及压后分析证实试验井形成了复杂裂缝。该技术为低渗尤其是致密砂岩油气藏的经济开发提供了有效手段。     

火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积模拟方法

火山岩储层压裂对天然裂缝的有效激活可改善储层渗流能力,提升压裂效果。因此,火山岩储层水平井分段压裂的天然裂缝剪切破裂体积和剪切位移的模拟与表征,对量化储层改造充分程度、优化压裂工艺设计具有重要意义。针对裂缝性火山岩储层水平井分段压裂水力裂缝的动态延伸行为,考虑扩展裂缝对应力-压力场的干扰作用,以此触发天然裂缝的剪切破裂机制,建立了火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积模拟方法。研究表明:剪切破裂体积随着水平应力差、天然裂缝逼近角、弹性模量、压裂液总量及注入排量的增大而增大,随着天然裂缝内聚力的增大而减小;泊松比对剪切破裂体积的影响不明显。该方法实现了对火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积的定量模拟与表征,对提高火山岩储层压裂的优化设计及压后效果评估具有重要的理论指导意义和矿场应用价值。     

页岩气水平井压裂改造多角度分析研究

我国致密气、页岩气等非常规天然气资源储量是常规天然气的5倍,开发潜力巨大。高效开发页岩气资源的最大难点之一是如何形成复杂裂缝,沟通天然裂缝、微细孔隙空间。从水击效应、压力波动等角度综合分析能够快速定性判断压裂改造效果。裂缝复杂程度越高,压力水击振幅越大(大于60 MPa),衰减时间越短(小于30 s),响应事件越多;粉砂段塞打磨,压力降低约3. 5 MPa,陶粒段塞支撑新缝,压力波动大于2 MPa。基于后期产能数据进行反演,页岩气储层改造有效动用储层厚度薄(6～10 m),纵向未得到有效延伸,有效裂缝半长较短(100m左右),储层非均质性强,水平渗透率4. 2×10~(-5)～2. 9×10~(-4)m D。通过多角度快速有效分析现场施工情况,后期产能评价,正确认识改造效果与储层特性,为后续施工达到高产目的奠定基础。     

碳酸盐岩缝内暂堵转向压裂裂缝扩展规律实验

溶洞是塔河油田缝洞型碳酸盐岩储层的主要储集空间,且井周许多发育储集体位于非水平最大主应力方向上,采用暂堵转向压裂可以实现非水平最大主应力方向上的储层改造。采用30 cm×30 cm×30 cm的天然碳酸盐岩露头进行缝内暂堵转向压裂模拟实验,通过CT扫描技术对一次压裂和暂堵压裂后的裂缝形态进行观测,探究了地应力差、天然裂缝和压裂液黏度对裂缝形态的影响,并进行暂堵起裂理论分析。研究结果表明:岩样天然裂缝或层理发育以及足够的暂堵压力是实现缝内暂堵转向压裂的必要条件;不同水平应力差下,均能实现缝内暂堵转向,并且地应力差越小,裂缝形态越复杂,改造越范围越大;暂堵剂进入裂缝内是保证转向压裂成功的重要条件,压裂液黏度过低时携砂能力差,形成的一次裂缝开度相对较小,易导致暂堵剂难以进入。研究结果为塔河油田缝洞型碳酸盐岩储层压裂方案设计提供了理论依据。     

超深裂缝性碎屑岩储层天然裂缝激活研究

针对塔里木油田白垩系巴什基奇克组超深裂缝性碎屑岩储层天然裂缝激活方法不明确的问题,根据摩尔-库伦破坏准则,对研究区储层天然裂缝发生剪切激活和张性激活条件进行分析,模拟测试了水力压裂和酸化压裂中的裂缝导流能力。研究结果显示:水力压裂中存在相互错动的裂缝导流能力是无错动裂缝的100~1 000倍,无错动裂缝加砂后导流能力超过1 000倍,缝网压裂过程中天然裂缝剪切滑移也会实现增产改造效果,加砂对无错动裂缝改造效果具有重要影响;在加砂条件下,裂缝是否存在错动对导流能力无本质影响。缝网酸化压裂中充填性天然裂缝在较低闭合应力下(小于20 MPa)酸岩反应时间对导流能力影响不大,在较高闭合应力下,酸岩反应时间越长,充填物溶蚀量越大,导流能力保持程度越高;充填性天然裂缝可以通过酸蚀获得有效导流能力,而非充填性天然裂缝不能通过酸蚀获得有效导流能力。研究成果为库车山前超深储层缝网改造提供了技术支持。     

超深裂缝性砂岩气藏增产地质工程一体化关键技术与实践

为解决超深裂缝性气藏增产难题,研究发展了以地质力学为枢纽的地质工程一体化增产关键技术体系,形成从井位优选—井型、井轨迹优化—改造方案精细设计的多维度超深储层增产工作流程.结果 表明:超深储层具有高温高压高应力条件,裂缝发育且非均质性强,增产机理异于中—浅储层,激活天然裂缝是超深裂缝性气藏改造提产的关键;地质工程一体化增...     

深层—超深层裂缝性致密砂岩气藏加砂压裂技术——以塔里木盆地大北、克深气藏为例

目前国内对于深层—超深层裂缝性致密砂岩气藏实施压裂改造的技术瓶颈主要是耐高温加重压裂液的性能和分层改造技术。为此,以塔里木盆地大北、克深气藏为例,在开展天然裂缝开启条件、垂向地应力和裂缝性砂岩暂堵转向等压前评价的基础上,研制了耐高温加重压裂液,研发了针对深井与超深井的常规加砂压裂技术以及以提高长井段储层纵向动用程度为目的的暂堵转向复合压裂技术,并进行了现场应用实验。结果表明:(1)在天然裂缝的激发阶段,应提高净压力,采用小粒径支撑剂降滤或暂堵等技术措施,改造天然裂缝且使其保持一定的导流能力;(2)在主裂缝的造缝阶段,应调整排量控制净压力,采用冻胶造缝的连续加砂模式,沟通天然裂缝;(3)压裂液选用KCl和NaNO_3无机盐加重,其中NaNO_3加重压裂液最高密度达1.35 g/cm~3,最高耐温180℃;(4)常规加砂压裂技术应用在天然裂缝发育一般或不发育的储层,压裂管柱以直径88.9 mm的油管为主,使用KCl或NaNO_3加重压裂液,压裂后的产气量比压裂前可提高2~5倍;(4)暂堵转向复合压裂技术应用在天然裂缝较发育的长井段储层,压裂管柱以直径114.3mm的油管为主,使用NaNO_3加重压裂液,压裂后的产气量比压裂前可提高1~3倍。结论认为,所形成的加砂压裂系列技术能够为塔里木盆地深层—超深层裂缝性致密砂岩气藏的高效开发提供技术支撑。     

川东北元坝地区长兴组礁滩相储层裂缝特征及主控因素

四川盆地东北部元坝地区是我国天然气勘探开发的重要区域。该区长兴组礁滩相储层天然裂缝普遍发育、控制因素复杂,是影响储层物性和气藏开采效果的关键因素。综合利用岩心、薄片、成像测井等资料,对该区长兴组储层天然裂缝的成因类型和发育特征进行了系统研究,在此基础上阐明了裂缝发育的主要控制因素。研究结果表明：①元坝地区长兴组礁滩相储层主要发育构造裂缝和成岩裂缝,根据力学性质构造裂缝可进一步划分为剪切裂缝和张性裂缝;成岩裂缝主要包括溶蚀裂缝、构造—溶蚀裂缝及压溶裂缝3类;②构造剪切裂缝为主要天然裂缝类型,裂缝走向以NW—SE向为主,主要为高角度裂缝和斜交裂缝,绝大多数裂缝高度小于30cm,裂缝总体有效性较好;③天然裂缝的发育主要受构造与应力、岩性、层厚和沉积微相等因素综合控制,受构造与应力影响,裂缝走向具有明显优势方位;白云岩类较灰岩类裂缝更为发育;高角度裂缝和斜交裂缝规模和发育程度受层厚控制明显;不同沉积微相中构造裂缝发育程度存在较大差异。     

基于电成像资料的裂缝有效性评价和储集层品质分类——以鸭儿峡油田白垩系为例

酒泉盆地鸭儿峡油田柳北地区K₁g₀段为扇三角洲前缘亚相的砂砾岩裂缝性油藏,有效裂缝是主要的储集空间和渗流通道,也是产能的主控因素。为了研究K₁g₀段裂缝的有效性和储集层的品质分类方法,综合利用电成像和试油试采资料,分析了裂缝宽度、密度和倾角这3项关键参数对裂缝有效性的影响;通过关键参数和裂缝发育厚度构建了裂缝发育度和裂缝开启度用以定量表征裂缝的有效性,并建立了这2项表征参数和米采油量指数的定量评价图版。结果表明：裂缝发育度和裂缝开启度指数能较好地评价研究区裂缝的有效性;裂缝有效性指数和储层产油量的评价图版可实现定量、快速的裂缝性砂砾岩储层品质分类。这为研究区裂缝性储层的老井复查和新井产量预测提供了参考依据。     

裂缝性储层缝网压裂技术研究及应用

裂缝性储层压裂井生产能力主要受主裂缝沟通的天然裂缝系统控制区域的大小影响。裂缝性储层压裂改造后,短期产量来自高导流能力的主裂缝,长期产量则主要来自天然裂缝网络。常规压裂以抑制天然裂缝扩展形成主裂缝为主,其控制的渗流区域较为有限,这与压裂增产形成矛盾。因此,要提高压裂井改造效果,需要保证压裂形成的裂缝形态为网络裂缝,沟通更大的渗流区域和更远的裂缝作用距离,充分发挥主裂缝和天然裂缝网络的增产优势。在研究水力压裂裂缝网络形成条件的基础上,对缝网压裂的关键参数进行了分析研究。现场应用结果表明,缝网压裂的增产效果远远高于常规压裂。     

宝北区块构造应力场模拟及裂缝预测

以焉耆盆地博湖坳陷宝北区块为例,对由冲起构造模式控制的致密砂岩储层的裂缝发育特征进行系统研究,并在此基础上,对古应力场进行模拟,进而对研究区裂缝发育区进行预测.结果表明:宝北区块致密砂岩储层中裂缝发育,主要为天然构造缝,包括剪切裂缝、张性裂缝和挤压裂缝.采用三维有限元法进行精细地质建模和古构造应力场模拟,恢复了目的层在...     

Visualization of drained rock volume (DRV) in hydraulically fractured reservoirs with and without natural fractures using complex analysis methods (CAMs)

The drainage areas (and volumes) near hydraulically fractured wells, computed and visualized in our study at high resolution, may be critically affected by the presence of natural fractures. Using a recently developed algorithm based on complex analysis methods (CAMs), the drained rock volume (DRV) is visualized for a range of synthetic constellations of natural fractures near hydraulic fractures. First, flow interference effects near a single hydraulic fracture are systematically investigated for a variety of natural fracture sets. The permeability contrast between the matrix and the natural fractures is increased stepwise in order to better understand the effect on the DRV. Next, a larger-scale model investigates flow interference for a full hydraulically fractured well with a variety of natural fracture sets. The time of flight contours (TOFCs) outlining the DRV are for all cases with natural fractures compared to a base case without any natural fractures. Discrete natural fractures, with different orientations, hydraulic conductivity, and fracture density, may shift the TOFC patterns in the reservoir region drained by the hydraulically fractured well, essentially shifting the location of the well’s drainage area. The CAM-based models provide a computationally efficient method to quantify and visualize the drainage in both naturally and hydraulically fractured reservoirs.     

天然裂缝储层压裂时套压大幅度增加的新解释

通常对裂缝性储层进行水力压裂改造时,套压在加砂过程中大幅度增加,当它们增加到一定程度时就无法继续加砂.一种解释是,在压裂过程中阻力多裂缝的不断开启,条数增加,净压力不断增加,裂缝吃砂宽度狭窄,无法接受高砂比.研究认为,延伸压力的增加源于:1)高滤失导致砂浆浓缩加快;2)周边或局部砂堵部位增多后造成憋压;3)闭合应力增加;4)砂浆流动阻力增加;5)裂缝条数有限增加.搞清楚这种机理有利于采取针对性措施提高改造水平.