油田三维构造应力场、裂缝与油气运移

叙述了地应力与裂缝和油气运移的关系。用有限元法对辽河滩海油田进行了三维构造应力场的模拟计算．给出了地应力场的分布特征及其对裂缝发育和油气运移积聚的控制作用，并对油气积聚的有利地区进行了预测。     

南川三泉地区中新生代构造应力特征

通过野外节理的测量统计,得出研究区有3组节理发育:NNW向(320°³50°)、NNE向(15°350°)、NNE向(15°³0°)、NE向(50°30°)、NE向(50°⁷0°)。结合区域构造背景,运用赤平投影法分析了三泉地区中新生代以来的古构造应力场。根据各节理测量点的最大主应力方向,把研究区构造演化分为两个阶段:第一阶段为晚燕山期—早喜山期,主要受到NW-SE方向的应力作用;第二阶段是晚喜山期,主要受到NE—SW方向的应力作用。这两期的构造运动控制了三泉地区龙马溪组页岩中裂缝的发育方向,为页岩气储层物性的研究提供了一定的地质依据。     

大邑构造裂缝与成藏浅析

大邑构造位于川西拗陷中段到南段的过渡带,既是龙门山推覆构造带与成都拗陷的盆山接合部,沉积上又是须家河组相区与香溪群相区的相变带。已有勘探成果研究表明,大邑构造油气成藏的烃源与储集等基础地质条件优越,但多期构造影响显著,形成了三个具不同特征的成藏类型,是一个受多期裂缝控制,经历了多期构造运动改造,地质条件复杂的气藏。     

豫西下三叠统刘家沟组微生物成因沉积构造

微生物成因沉积构造(MISS),是微生物与沉积物相互作用的结果,可作为地质时期微生物群活动的重要标识。至目前为止,MISS主要发育在前寒武纪浅海潮间带上部至潮上带下部及显生宙生物大灭绝后微生物繁盛时期的浅水环境。文中豫西宜阳刘家沟组发育了形态多样的MISS,主要为微生物席破坏相关构造,尤其以多边形网状和纺锤状脱水裂痕最多。该研究区发育的多种MISS类型,指示了该区域的一些古环境特征。     

九龙山构造珍珠冲砾岩裂缝地震预测研究

通过成像测井分析、岩心分析、地震资料处理,对珍珠冲砾岩段裂缝特征、裂缝分布进行研究表明:九龙山构造珍珠冲砾岩段裂缝成像测井上表现为高角度裂缝、低角度裂缝、水平裂缝,充填裂缝和诱导裂缝,岩心裂缝则分为穿砾缝、砾内缝和砾缘缝三种;研究区主要发育北东-南西、北西-南东向、东西向的微断裂/裂缝,北东向的微断裂/裂缝主要分布在工区西北部、东南部及背斜构造较高部位,北西向微断裂/裂缝主要分布在构造的西南部;有效裂缝的方位为北东、北西和东西。     

龙门山北段九龙山构造几何学运动学分析

九龙山构造是川西北地区的重点勘探构造。据地震剖面分析,解析了九龙山的构造几何学特征。研究表明,九龙山背斜受到米仓山构造和龙门山构造的双重影响,主要经历了三期次构造叠加,其叠加组合形成了现今九龙山的复杂构造。通过合理的构造建模,对九龙山构造运动过程、多期构造叠加及油气运移与分布规律等有了新的认识。     

莫尔道嘎地区叠加褶皱特征及其构造意义——覆盖—半覆盖区的构造研究

莫尔道嘎地区位于额尔古纳地块的中北部,属构造面貌出露不完整的褶皱叠加变形区。通过多种方法获取了点上的构造(褶皱)要素、信息资料,构建了褶皱构造的几何形态和几何学解释,开展了(褶皱)构造剖析和综合分析等研究工作。在浅变质的新元古代佳疙瘩组中厘定出3组褶皱构造。第一组(近东西向)褶皱(F1)为露头尺度的同斜紧闭剪切小b型褶皱;第二组(北北西向)褶皱(F2)成紧密线状纵弯褶皱,构成一系列区域上的复式向斜和复式背斜构造;第三组(北东东—北西西向)纵弯褶皱(F3)为中常—开阔褶皱。区域上,第三组褶皱(F3)大角度斜跨在第二组褶皱(F2)之上,形成几何学上类似Ramsy的两类叠加,表明区域构造背景已由前中生代的多块体的碰撞、拼贴环境转换为中新生代板内变形阶段。     

南水北调西线工程区域构造稳定性遥感初步评价

根据断裂构造和环形构造的解译标志和野外考察的结果,在南水北调西线工程区内确定了近200条断裂构造和26个规模和成因不尽相同的环形构造。断裂构造分别沿NW,NE,近SN和近EW向分布,NW向断裂为区域性的断裂构造,控制工程区内地貌、水系等的发育。有22条断裂构造影像特征比较清晰,规模相对较大,而其中有8条NW向区域或主干断裂对工程区输水线路和相关坝址的稳定性影响更加突出一些。但综合分析的结果表明,全新世活动的断裂构造并没有穿越输水线路;而穿过了输水线路的区域性大断裂自晚更新世晚期以来就基本停止活动,区域地质构造分析也说明工程区处于一个相对安全岛内。环形构造多为岩浆热液作用的产物,它们的存在对于工程稳定性起到积极的作用,是改善和提高工程稳定性的一种因素。     

山西新景煤矿节理构造应力解析

在对新景煤矿目标区野外节理构造实际观察及测量的基础上,根据节理组之间的互相切割改造关系,对不同期次的节理组进行了划分,同时把同一地点、同一时期、同一应力作用所产生的节理配成套,以便利用它们与主应力方位的关系来确定和恢复古构造应力场。通过对测量点节理倾向走向的统计,做赤平投影图及节理等密度图,表明该区的构造变形至少受到3期应力场的影响,分别为印支期、燕山期和喜山期。     

山西交城活动断裂带中段地裂缝的构造控制效应研究

交城断裂带是晋中盆地西缘的主控断裂构造,也是地裂缝分布发育带。在野外调查基础上,开展交城断裂带中段地裂缝的构造控制效应研究,为区域地壳稳定性和国土空间开发适宜性评价等提供依据。研究表明,地裂缝沿构造的NEE向正滑段以及其与NE-NNE向构造段的结合部最发育,在NE-NNE向右行张扭段不发育。活动断裂是其旁侧或上覆的新生界沉积层中的地裂缝成生发育的主控因素,地裂缝是相关活动构造的一部分,断裂活动引起的局部应力场变化及相关构造影响控制了地裂缝的孕育、扩展和活动。地裂缝已成为沿线主要的地质灾害,对当地的城乡建设与居民生存环境造成了重大的灾害和威胁。     

Initiation of a secondary hydraulic fracture and its interaction with the primary fracture

Laboratory and field experiments have shown that secondary fracture treatment along a different direction to the primary hydraulic fracture can increase the recovery of gas from tight sands. Success of a restimulation treatment (secondary fracture treatment) is, however, highly dependent on transient stress distribution around the well. In this paper a numerical poroelastic reservoir model is used to provide a more realistic picture of stress field around a stimulated well during post-fracture production. Initiation of a re-oriented hydraulic fracture and its interaction with the primary hydraulic fracture are also studied using a wellbore re-pressurization model that includes a poroelastic formation, a wellbore and a pair of finite conductive hydraulic fractures. Numerical results have shown that during post-fracture production the directions of maximum and minimum horizontal stresses are reversed within a large area around the wellbore and the hydraulic fractures. We have also shown that relatively small areas exist at the wellbore wall where the original directions of horizontal principal stresses remain unchanged. It is shown that the presence of these small areas could act against initiation of a secondary hydraulic fracture along the most desired directions in terms of recovery enhancement. This study also shows that oriented perforations prior to refracture treatment help initiate secondary fractures in a preferred direction before the primary hydraulic fractures start propagation during re-pressurisation of the wellbore.     

交变载荷下固井水泥环完整性研究

目前,我国页岩气的开发方式多采用水平井套管完井和大排量分段压裂工艺技术。通过分段压裂工艺,使水力主裂缝沟通储层天然裂缝及岩石层理,从而形成裂缝网络,实现储层有效改造。由此,大型压裂时水泥环密封完整性问题日渐突出。本文采用G级油井水泥和页岩气固井水泥,分别探究其在不同温度压力及循环载荷条件下的水泥环完整性,进而为交变载荷下固井水泥环的力学完整性提供技术支撑。     

Analysis of fracture propagation behavior and fracture geometry using a tri-axial fracturing system in naturally fractured reservoirs

Hydraulic fracture propagation behavior and fracture geometry in naturally fractured reservoirs are studied through a series of servo-controlled tri-axial fracturing experiments. Three interaction types between induced fractures with pre-fracture were observed. Difference of horizontal stress, angle of approach and shear strength of pre-fracture were considered to control the fracture propagation behavior. With increasing shear strength of these pre-fractures, the area of arrested behavior also increased. The geometry of hydraulic fracture is mainly controlled by in-situ stress and natural fractures in natural reservoir. Two hydraulic fracture patterns were observed in different stress regimes. In a normal stress regime, it was found to cause fractures, with interacting branches because of pre-existing fracture. Tortuous fractures were found along the direction of fracture height when one of the horizontal stresses is the maximum principle stress.     

层理对页岩水力裂缝扩展的影响研究

 层理、裂隙等结构面的存在是实现页岩气藏储层体积改造的前提。为分析层理对页岩水力裂缝扩展的影响,在各向异性材料裂纹尖端应力场分布特征的基础上,开展切口与层理呈不同方位的圆柱形试样三点弯曲试验,研究页岩断裂韧性的各向异性特征,并揭示其断裂机制的各向异性,进而根据真三轴条件下页岩水力裂缝的延伸规律,探讨了层理在页岩网状压裂缝形成过程中的重要作用,结果表明：(1) 各向异性材料裂纹尖端的应力场和位移场不仅由应力强度因子决定,还与材料的弹性常数有关;(2) 切口与层理呈crack-arrester,crack-divider和crack-splitter三种方位时,页岩断裂韧性在crack-arrester时最大,crack-splitter时最小,各向异性显著,而层理面开裂和断裂路径偏移是引起断裂韧性各向异性的主要原因;(3) 页岩层理的弱胶结作用使其断裂韧性较小,阻止裂纹失稳扩展的能力较弱,而在垂直层理方向,断裂韧性较大,阻止裂纹扩展的能力较强,当水力裂缝垂直层理扩展时,在弱层理面处会发生分叉、转向,且在继续延伸的过程中会进一步沟通天然裂缝或弱层理面而形成复杂的裂缝网络,达到体积压裂。研究结果可为深入认识页岩气藏储层体积压裂形成条件及机制提供一定参考。     

鄂尔多斯盆地富县地区延长组长6、长7储层特征及有利区预测

本文在分析研究区大量钻井、测井资料基础上,结合岩心观察、铸体薄片鉴定、扫描电镜等测试分析,展开富县地区延长组长6和长7储层特征的研究,对研究区进行综合评价并预测储层有利区。研究结果表明:长6、长7储层岩性以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主;孔隙类型以残余粒间孔、溶蚀粒间孔为主,其次为组合型孔隙结构;孔隙度与渗透率值较低,属于特低孔、超低渗孔隙型储层。根据储层分布特征将研究区储层划分为3类,长6、长7以Ⅱ_b类和Ⅲ_a类储层为主。综合评价预测长6储层有4个有利区,长7储层有5个有利区。数据表明:长6、长7储层油气分布面积大且相对聚集,因此该研究区具有广阔的勘探开发价值。研究结果可为油田待开发区域的有效开采提供依据。     

地球物理勘探在地热勘查中的应用

研究区地形复杂,在不同地段分别有选择地使用了可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)和大地电磁测深法(MT)。两种方法所揭示的地下构造大体一致,查明6条断裂和研究区内地层变化情况,确定了盖层、热储层的分布范围、深度及变化规律,最后选定F2和F3断裂之间的地堑构造内,作为下一步研究工作的目标靶区。为榆中地热资源的进一步研究和开发利用提供科学依据。     

页岩气藏流固耦合渗流模型及有限元求解

 页岩气渗流模型是页岩气藏动态分析和数值模拟的基础。将裂缝性页岩气藏视为基质孔隙–裂缝双重介质,同时考虑岩石骨架变形对气体渗流场的影响,建立页岩气藏流固耦合渗流模型。模型假设基质孔隙内作克努森流动,裂缝中作达西渗流,综合考虑页岩气壁面滑脱流动与孔内扩散作用、吸附与脱附、应力敏感性等渗流机制。采用有限元法离散控制方程及全隐式耦合求解方法,编制计算机程序。考虑真实页岩参数取值,利用该模型进行算例分析。结果表明,页岩气藏压力下降速率小于常规裂缝性气藏压力下降速率;裂缝渗透率是影响裂缝渗流压力衰减的主要因素,需考虑页岩裂缝导流能力与基质产气速率的匹配关系;原始地层压力越小,裂缝渗流压力衰减越慢。所建模型可为页岩气藏模拟器开发及动态分析提供理论基础。     

双井筒试验下页岩水力裂缝扩展与机制研究

水力压裂是页岩气开采的主要技术,研究水力裂缝的扩展规律有利于促进复杂缝网的形成。为了研究裂缝扩展规律和破裂机制,对页岩进行了真三轴双井筒水力压裂模型试验。结果表明:(1)竖向应力越大,裂缝形态越单一,多条水力裂缝间越不易沟通,页岩破裂压力越大;(2)水平应力差越大,双井筒水力裂缝与天然层理沟通越明显,越易形成垂直于水平最小主应力的裂缝;(3)双井筒出口在不同层理面时,两条水力裂缝形态相似,各自会沟通层理和天然裂缝;(4)双井筒出口在同一层理面时,两条主裂缝容易相交,与天然裂缝的沟通较少,不易产生缝网;(5)通过对上升斜率RA和频度FA值综合分析得到,页岩水力压裂以剪切破坏为主,在不同层理压裂更易产生复杂缝网。     

Propagation and aperture of staged hydraulic fractures in unconventional resources in toughness-dominated regimes

Simultaneous multistage hydraulic fracturing of unconventional gas shale in parallel multilateral wells is an effective technique to raise the connectivity of the reservoir to the wellbore and improve reservoir permeability for an economical production. However, this technique should be accompanied with some optimization procedures to obtain an efficiently fractured reservoir with the highest production and the lowest cost. In unconventional hydraulic fracturing, fracture deviation/collapse and trapping are familiar phenomena which occur when a non-optimized fracturing pattern is used. These problems occur respectively when stress shadow size has not been considered in optimization and fracturing pressure is higher than the available pressure in the sealed section. Therefore, in an optimized hydraulic fracturing, having straight fractures with no deviation or collapse needs consideration of stress shadow effect (SSE). Apart from that, having efficiently propagated fractures to the extent of the reservoir without any fracture trap requires consideration of stress intensity factor (SIF) and aperture. SSE was studied and published by the authors in 2014. For the case of SIF, investigating any change in mode I SIF and aperture with different influencing variables such as fracture geometry and pattern are studied in the current research work. Three different fracturing techniques are assumed as multistage fracturing, simultaneous single-stage fracturing, and simultaneous multistage fracturing techniques. Since obtaining SIF for three-dimensional fractures is a challenging issue, a stress ratio technique is used for calculation of SIF ratios of different fracturing scenarios compared to the case of a single fracture. Therefore, changes of SIF for different fracturing schemes are estimated and analyzed to understand whether or not a fracturing scheme is efficient and all the spaced perforations are activated and change to hydraulic fractures.     

页岩水力压裂裂缝形态的试验研究

为深入认识页岩储层水力裂缝延伸规律及其空间形态,采用真三轴岩土工程模型试验机、压裂泵压伺服控制系统、Disp声发射定位系统和工业CT扫描技术,建立了一套室内页岩水力压裂大型物理模拟试验方法,并通过试验后页岩试样水力裂缝的延伸与空间展布规律,初步探讨了页岩水力压裂网状裂缝的形成机理。结果表明：裂缝延伸时泵压曲线典型的锯齿状波动与裂缝网络的形成密切相关,是页岩体积压裂的一个明显特征。页岩层理面的发育程度、泵压大小和地应力状态对裂缝形态有显著影响,水力裂缝在层理面内的分叉、转向进而沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,而层理面过弱或过强都不利于网状裂缝的形成;对层理面胶结强度适中的地层,地应力对裂缝的延伸有较大影响;在低排量且维持较低泵压时,裂缝易于转向,且更易形成网状裂缝,而达到体积压裂。建立的页岩水力压裂物理模拟试验方法及试验结果可为页岩气压裂优化设计等提供技术支持。