裂缝性储层中复杂压裂缝网形成过程的数值模拟

水力压裂技术是油气田增产的重要措施。页岩、砂岩等储层常发育不同程度的天然裂缝,在对裂缝性储层进行水力压裂改造过程中,储层中天然裂缝的存在对水力裂缝尤其是压裂缝网的形成及其发育程度具有十分重要的影响。基于有限元原理的岩石破裂过程分析系统的数值模拟,通过建立发育天然裂缝的二维平面应变模型,研究在储层水力压裂过程中,水力裂缝及复杂压裂缝网的形成过程,并对其影响因素进行分析,同时引入适合于储层复杂裂缝分形维数测定的统计方法——基于盒数法的网格覆盖法,对数值模拟的压裂效果进行评价。结果表明:天然裂缝的发育程度与压裂改造效果关系密切,水力裂缝遇天然裂缝发生分叉,并沿天然裂缝扩展滑移或直接穿过天然裂缝,形成复杂水力裂缝及复杂压裂缝网;天然裂缝发育密度越大,其迹长越长,水力裂缝的分形维数越大,对裂缝性储层改造效果越好。     

大北气田储层裂缝定量描述

大北气田属于裂缝型致密砂岩储层,裂缝发育程度直接影响了天然气的发现,以及后期产能建设,因而对裂缝的正确描述意义重大。目前一般用裂缝密度描述裂缝的发育程度,但该方法存在着固有的局限性：只能应用于野外露头、岩心和成像测井方面。针对井下裂缝描述,岩心先天具有量少、代表性差的缺陷,而利用成像测井资料解释裂缝,对资料、人员要求高,解释结果随机性相对较大,并且成像测井成本高,资料缺乏。因此,通过实践,在裂缝的研究过程中,引入了分形学的概念。根据分形学的定义,利用常规测井资料,结合大北气田裂缝在常规测井曲线上的反应特征,利用R/S 分析对大北地区目的层段裂缝发育程度进行了定量分析。经钻井、岩心等验证,效果良好,表明在大北气田,应用R/S方法对岩心进行定量描述是一个行之有效的方法。     

页岩裂缝网络的几何特征二维表征及连通性分析

节理、裂缝等弱结构面非常发育是页岩地层的基本结构特征,裂缝网络的有效沟通可以增大压裂改造体积,正确认识和描述裂缝网络形态及连通性对合理有效开发页岩油气藏具有十分重要的意义。为准确描述页岩天然裂缝网络几何特征二维表征及其连通性,以分形几何和拓扑几何为理论依据,建立了页岩裂缝组裂缝尺寸、裂缝数量的分形描述模型,给出了裂缝网络连通节点类型、分支数、裂缝平均连通点数和分支平均连通点数等的计算模型,并对裂缝网络连通性进行了二维模拟,分析了分形维数、裂缝组数和裂缝组交角对裂缝网络连通性的影响。研究发现:天然裂缝分布的数量与发育程度受分形维数、组数和初始数量控制,随分形维数增大而增大;在其他参数不变的条件下,裂缝平均连通性和分支平均连通性对分形维数、裂缝组数、裂缝组交角等参数敏感,随分形维数的增大呈现降低趋势,随裂缝组数增加而升高,随裂缝组交角增大而升高。该研究结果可为合理制定页岩储层开发方案提供理论支撑。      

古潜山灰岩裂缝分布的分形特征

相似维数对于定量评价储层裂缝平面分布的非均质性和裂缝的发育程度，是一种实用性很强的非线性统计方法，并对平面上裂缝发育程度具有很强的定量描述能力。裂缝发育的线性分布曲线表明，裂缝分布具有分形几何特征。运用变尺度分形统计方法，统计了储层裂缝发育区平面分布的相似维数，理论和实际资料都证实该充填空间能力较差，裂缝发育程度不是很强，这与目前该油气藏的地质特征及产能情况比较吻合。     

渭北油田浅层油藏产能预测方法

针对渭北油田浅层油藏天然裂缝对油井产能影响较大的问题,基于渗流理论及分形理论,通过引入分形维数来表征天然裂缝发育程度,建立了考虑天然裂缝的低渗透油藏垂直裂缝井产能预测数学模型,并结合实际矿场数据验证了该模型的准确性,分析了天然裂缝发育程度对米采油指数的影响,揭示了渭北油田浅层油藏的产能特征。结果表明:天然裂缝有效改善了低渗储层整体的渗透性,压裂后油井产能随天然裂缝的发育程度近似呈指数式增加。因此,在对渭北油田浅层油藏进行储层改造时,在天然裂缝发育区适当提高压裂规模可大幅提高产能,同时应最大限度地减少对天然裂缝的破坏及污染。研究结果对合理开发同类油藏具有借鉴作用。     

二维条件下天然裂缝对压裂裂缝影响的分形分析

由于天然裂缝系统分布十分复杂,造成裂缝性储层水力压裂施工砂堵、多裂缝延伸等复杂情况时有发生,施工失败几率增多。从裂缝性储层压裂数值分析的难点入手,引入分形几何理论系统分析断裂和裂缝分布的分形维数,建立大、小尺寸裂缝分形维数之间的回归关系式,并编制可视化软件研究天然裂缝的二维迹线分布和分形参数对天然裂缝孔隙度及渗透率等参数的影响,并在二维PKN和KGD模型的基础上分析了分形参数对压裂缝几何特征的影响规律。研究结果表明：大尺寸断裂与小尺寸裂缝在分布上具有相似性,天然裂缝分布的孔隙度和渗透率随着裂缝发育程度的变化呈正增长趋势,PKN、KGD模型计算的缝长、缝宽都随分形维数的增大呈递减趋势。     

压裂火山岩气井不对称裂缝产能模型研究

随着松辽盆地徐深气田火山岩气藏投入开发,急需开展压裂火山岩气井产能的研究,从而指导气田开发。基于气体单相稳定渗流规律,针对压裂后不对称裂缝特征,引入保角变换和等值渗流阻力原理,建立了压裂火山岩气井不对称裂缝产能模型,同时分析了火山岩气井压裂裂缝的不对称性对产能的影响。结果表明：火山岩气井单条裂缝产能与不对称性没有关系,随着裂缝长度的增加,产能增加幅度相同;对于压裂双裂缝气井来说,随裂缝长轴长度增加产能增加的幅度最大,随裂缝短轴长度增加产能增加的幅度最小;对称裂缝产能模型是不对称裂缝产能模型的特例,不对称裂缝产能模型具有更广泛的适用性。     

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。     

页岩气藏压裂缝网模拟及沟通效果评价

通过缝网模拟及压裂沟通效果评价模型的建立,为页岩气藏压裂水平井裂缝系统描述提供了简洁优化分析方法。在综合模型中,对单井控制区域内的不同类型天然裂缝组进行模拟,构建了天然裂缝模拟模型;与分段压裂参数相结合,提出了裂缝网络与天然裂缝相交后延伸走向计算方法,建立了人工缝网模拟模型;在原有压裂评价参数的基础上,增设了６ 个缝网沟通效果评价指标,用以更深入研究压裂过程中的参数影响程度。在实例分析中,进行了模型缝网模拟与微地震监测、模型压裂效果与数模产能评价２ 个方面的对比,结果具有较高的一致性,验证了模型的适用性。     

和田河气田碳酸盐岩岩心裂缝分维数及与物性的关系

世界60％的油气可采储量赋存在碳酸盐岩储集层中,而我国已探明的碳酸盐岩油气储量还不到总储量的10％,研究碳酸盐岩储集层裂缝的发育和分布极其重要,研究表明,岩石的破裂过程具有随机自相似性,岩石裂缝的分维数反映其分形分布特征^[1-4],直接影响着岩石的力学性质和渗流能力,因此分形分析对裂缝性油气藏的勘探开发十分重要,和田河气田是塔里木盆地已发现的大型碳酸盐岩气田,奥陶系为主要产层,储集空间主要是裂缝也孔洞,笔者以该气田为例,尝试性地应用分形理论分析气田岩心资料,定量描述裂缝的发育程度,5寻找裂缝分维数与碳酸盐岩物性的关系,希望能对我国碳酸盐岩储集层研究和勘探有所帮助。     

裂缝性油藏压裂井产能数值模拟模型研究与应用

研究的裂缝性油藏渗流介质包括人工压裂裂缝和天然微裂缝、大裂缝及基质，将大裂缝与基质的物质交换在微裂缝系统中加以描述，建立了含大裂缝的多重介质渗流数学模型，研制了裂缝性油藏压裂后生产动态模拟器，结合塔里木盆地塔河奥陶系裂缝性油藏参数，综合研究了天然裂缝、人工裂缝对压裂后产能的影响。研究表明：天然裂缝渗透率是影响压裂后产能的重要因素之一；人工裂缝的导流能力随生产时间递减对压裂后产量有重大影响。压裂可能导致天然裂缝污染，应采用低伤害压裂液体系。最大限度地减小对天然裂缝的伤害；增加人工裂缝长度可以改善流体沿裂缝向井底的流动性能，但随着压裂液滤失量的增大对天然裂缝的污染会加重、加深，应确定合理的压裂施工规模以获得合理的裂缝长度，避免导致裂缝长度增加而产量下降。裂缝系统连通差、渗透率较低的油藏，实施压裂也难以获得理想的增产效果；含有大裂缝的井压后产量明显高于不含大裂缝的井，但易形成水窜，可导致油井压裂后含水上升较快。图3表1参9     

裂缝性油藏压裂井产能数值模拟模型究与应用

研究的裂缝性油藏渗流介质包括人工压裂裂缝和天然微裂缝、大裂缝及基质,将大裂缝与基质的物质交换在微裂缝系统中加以描述,建立了含大裂缝的多重介质渗流数学模型,研制了裂缝性油藏压裂后生产动态模拟器,结合塔里木盆地塔河奥陶系裂缝性油藏参数,综合研究了天然裂缝、人工裂缝对压裂后产能的影响.研究表明天然裂缝渗透率是影响压裂后产能的重要因素之一;人工裂缝的导流能力随生产时间递减对压裂后产量有重大影响.压裂可能导致天然裂缝污染,应采用低伤害压裂液体系,最大限度地减小对天然裂缝的伤害;增加人工裂缝长度可以改善流体沿裂缝向井底的流动性能,但随着压裂液滤失量的增大对天然裂缝的污染会加重、加深,应确定合理的压裂施工规模以获得合理的裂缝长度,避免导致裂缝长度增加而产量下降.裂缝系统连通差、渗透率较低的油藏,实施压裂也难以获得理想的增产效果;含有大裂缝的井压后产量明显高于不含大裂缝的井,但易形成水窜,可导致油井压裂后含水上升较快.图3表1参9     

渗透率依赖于压力的压裂水平缝气井产能模拟

油气藏开发过程中地层有效应力的改变,会导致渗透率的变化,进而影响井的产量。为了更准确地预测低渗、特低渗气藏中压裂水平缝气井的产量,建立了一套考虑渗透率随应力变化及裂缝导流能力随时间和位置变化等因素影响的二维径向渗流数学模型,编制相应的数值模拟程序,对影响气井产量的水平裂缝导流能力、裂缝半径、有效应力等进行了计算分析。     

R/S分析在储层垂向非均质性和裂缝评价中的应用

R/S分析是一种描述及评价一维时间序列复杂性的分形方法,文中通过理论分析及实际实验,讨论了R/S分析对储层垂向非均质性和裂缝发育程度的描述能力,并从不同的测井参数序列所反映的储层地质特征不同出发,论证了运用声波时差与自然伽马两种参数序列的分维差值进行层段裂缝发育程度评价的可行性。该方法可以有效地排除岩性的影响而突出裂缝的特征,较之单序列分析理论上更新颖,实际评价效果更好。      

火山岩储层裸眼水平井压裂裂缝复杂程度的定量诊断

为提高松辽盆地北部徐深气田二、三类火山岩储层的开发效果和单井产量,经多年探索,逐步形成了以裸眼管外封隔器多级滑套分段压裂工艺为主体的水平井多段压裂技术。但裸眼水平段压裂过程中裂缝起裂位置随机、压开多条裂缝概率大等因素会导致裂缝系统更加复杂,极易产生砂堵风险,以往的分析诊断方法也表现出了一定的不适应性。为此,针对该区火山岩气藏裸眼水平井开展了裂缝复杂性机理研究,在原有直井诊断分析方法基础上,建立了裸眼水平井复杂裂缝物理模型和数学模型,确定用等效裂缝数、等效裂缝宽度、等效滤失系数来定量表征裂缝的复杂程度,开展了缝间应力干扰及附加净压力研究,最终形成了通过测试压裂诊断分析来定量识别裸眼水平井裂缝复杂性的方法和指标,并提出相应的现场控制措施,在实践应用中获得了较好的效果,确保了徐深气田裸眼水平井压裂的成功实施。该方法也可用于其他类似储层复杂裂缝的诊断分析。     

压裂气井产能模拟研究

非达西效应在压裂气井生产过程中必然存在 ,引入与气水流动速度相关的非达西流动校正系数 ,建立了一套压裂井气水两相数值模拟模型 ,考虑了地层非均质性以及裂缝导流能力随位置和时间变化 ,并研制了预测压裂气井生产动态的数值模拟软件。应用研制的软件对影响压裂气井产能的地层及裂缝参数进行了大量的实例对比计算 ,模拟结果对于气井压裂方案优化设计具有重要的指导意义     

水力压裂关键技术分析与研究

传统的水力压裂分析一般是基于岩石的抗拉强度、断裂力学的破坏准则或是Mohr-Coulomb准则的线弹性断裂力学理论（LEFM）,很难对大型水力压裂中观测到的多缝起裂和分支延伸等方面进行合理的解释和模拟。为此,系统分析和讨论了基于岩石断裂力学强度理论的水力压裂研究存在的问题和不足,运用分形理论、岩石损伤力学、细观岩石力学、非线性动力学和岩石断裂力学等相关领域的最新研究成果,结合水力压裂现场实践,从一个崭新的视角对水力压裂岩石破裂机理、裂缝延伸规律和裂缝真实形态描述等方面进行了分析和对比,分析了水力压裂双翼对称裂缝和多裂缝起裂延伸机理、压裂对天然裂缝系统的影响、压后产量变化特征和重复压裂作用增产机理,提出了若干新问题和新思路,为压裂优化设计的进一步改进和完善具有重要的意义。     

巴喀油气田八道湾组气藏储集层裂缝定量分析

根据分形学原理,运用常规测井资料,通过变尺度(R/S)分析计算,对吐哈盆地巴喀油气田下侏罗统八道湾组储集层裂缝发育程度进行了定量分析,并将其结果与该地区同层段裂缝在常规测井曲线上的响应特征及试气等资料上的裂缝识别结论进行了对比验证,有一定吻合度,表明运用常规测井资料的R/S分析进行裂缝发育段识别,在巴喀油田是一个可以尝试的简便新方法。     

基于各向异性扩散方程的页岩气井改造体积计算模型

超低渗透率页岩储层需要通过分段多簇大规模体积压裂形成水力裂缝与天然裂缝相互交织的复杂裂缝网络实现气井产能最大化,且微地震反演裂缝证明,许多页岩储层可以形成裂缝网络。页岩气藏的矿场压裂实践表明,储层改造体积是影响页岩压后效果的重要参数。基于流体扩散方程和岩石破坏准则,建立了一种针对均质各向异性孔隙弹性介质的改造体积计算模型。基于实例井,运用解析模型对改造体积进行了计算。结合微地震监测结果与离散裂缝网络法,进行计算对比分析。结果表明,所提方法的计算误差小,可运用于页岩压裂矿场改造体积计算评价,对完善页岩改造和压后评价理论具有重要意义。