应力条件制约下不同埋深煤储层物性差异演化

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,采用水力致裂法获取地应力参数,同时利用实验室模拟技术,结合现场测试数据,从煤储层储集性和渗透性两方面开展应力条件下煤储层物性演化机理研究。随着煤层埋深的增大,地应力增高,煤岩孔隙受压闭合,煤储层孔隙度在应力作用下呈指数规律降低;不同煤阶煤岩各级孔径的孔隙在应力作用下的变形特征存在较大差异,随着应力增大,低煤阶煤岩大中孔体积下降明显,而中、高煤阶煤岩微小孔体积的下降幅度要高于大中孔。不同埋深和应力作用下的煤体变形和渗透率变化可分为3个阶段:埋深在600 m以内,地应力较低,煤岩裂隙发育较好,煤储层渗透率变化范围较宽;埋深在600~900 m,煤层处于三向受压状态,裂隙易受压闭合,渗透率普遍小于0.5 mD;埋深在900 m以下,地应力变强,且煤层受力不均,垂直主应力大于水平主应力,易产生新裂隙,煤储层渗透率出现高值。     

临汾区块上主力煤层地应力场特征

文中对临汾区块33口煤层气探井主力煤层水力压裂获得的地应力数据进行了分析,认为该煤层储层压力、破裂压力和闭合压力均与煤层埋藏深度呈线性正相关关系。1 070 m以上,煤层地应力状态以垂直应力(σv)大于水平最大主应力(σH)大于水平最小主应力(σh)为主,最小主应力小于15 MPa,煤层处于伸张状态;1 070~1 200 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力,约等于水平最小主应力,最小主应力15~20 MPa,煤层由伸张状态向挤压状态过渡;1200~1 500 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力大于水平最小主应力,最小主应力大于20 MPa,煤层处于挤压状态。随着煤层最小地应力的不断增大,煤层的渗透性不断下降,裂缝逐渐减小,趋于闭合;煤层最大水平主应力方向主要为NEE方向。     

山西沁水盆地现今地应力特征

基于沁水盆地内多点地应力实测数据,运用数学计算与回归分析手段,采用有限元数值模拟法,建立地质模型,模拟15#煤层及顶、底板现今地应力分布特征。结合深层地应力资料,编制沁水盆地现今地应力方向、量值的平面分布和随埋深变化的剖面。研究结果表明:沁水盆地的地应力方向和量值分布在平面上具有一定规律性,最大水平主应力方向以NNE—NE为主,应力状态受构造形态、断裂及岩体性质的影响较大;地应力在盆地平面上呈环状分布,构造轴部(背斜轴部和向斜轴部)数值较高,翼部较低,最小水平主应力集中于12.00~31.00 MPa,最大水平主应力集中于26.00~42.50 MPa,垂向应力介于17.00~55.00 MPa;现今地应力特征受深度影响十分显著,埋深越大,各主应力值数值越大,应力系数主要表现为随着埋深的增大,系数值向某一数值逐渐靠拢;应力系数在平面上的展布也存在一定的规律,呈环状或中心对称,并与盆地构造形态及断裂因素有关。     

煤层气储层地应力特征及其对压裂效果的影响

煤储层压裂效果除了与施工措施方面因素有关外,与储层地应力特征也密切相关。文章以国内一商业南部煤层气开发区块为解剖区,探讨了煤储层地应力特征及其对直井压裂效果的影响。研究结果表明,研究区山西组3号煤层的应力状态满足:水平最小主应力(σh)垂向主应力(σv)水平最大主应力(σH)。煤层地应力差异系数(Ki)主要分布在0.26~0.36,随埋深增加,Ki值有略增的趋势。煤层水平方向主应力差(σ_H-σ_h)主要分布在3.2~5 MPa,σ_H-σ_h值每增加1 MPa,相应煤储层压裂改造体积约减少12.5%。煤层σ_H-σ_h值5 MPa时,单井产能较高,而σ_H-σ_h值5 MPa时,单井产能较低。σ_H-σ_h值5 MPa的单井往往其累积产水量也较高,表明较高的σ_H-σ_h值更易于使压裂缝穿透顶底板,增加上下水力缝高,从而引起产水量的增加及天然气的逸散损失。对于具有较高σ_H-σ_h值的煤层气开发区,在重复压裂过程中,宜采用小规模解堵重复压裂,即采用小液量、小排量及低加砂强度的压裂方式。     

库车坳陷深层裂缝性储层现今地应力特征及其对天然气勘探开发的指导意义

为了明确深层复杂背景条件下储层现今地应力的分布特征,基于库车坳陷克拉苏构造带大北12气藏,开展现今地应力研究,探讨地应力非均质分布机理,并据此提出支持井位部署的相关建议.研究结果表明:克拉苏构造带埋深超过4500 m的储层为走滑型地应力机制,大北12气藏最大水平主应力为125～160 MPa,最小水平主应力为118～1...     

玛湖油田致密砂砾岩储层岩心差应变实验北大核心CSCD

为了获得新疆玛湖油田百口泉组致密砂砾岩储层地应力大小数据并指导压裂设计和施工,利用该储层段钻井中获取的砂砾岩和泥岩岩心进行了室内差应变实验,并依据实验数据对储层三向主应力大小进行了分析。实验结果表明,百口泉组储层段水平最大主应力与垂向主应力大小相近,砂砾岩储层水平最大主应力平均为71.8 MPa,水平最小主应力平均为51.1 MPa;泥岩隔层水平最大主应力平均为72.9 MPa,水平最小主应力平均为56.1 MPa。同时,利用压裂、成像测井等工程数据对水平最大、最小主应力进行评价,验证了差应变实验数据解释地应力大小的可靠性,表明通过差应变实验得出的主应力数值能够反映玛湖油田百口泉组致密砂砾岩储层现今地应力状态,可用于钻井、压裂等工程设计。     

玛湖油田致密砂砾岩储层岩心差应变实验

为了获得新疆玛湖油田百口泉组致密砂砾岩储层地应力大小数据并指导压裂设计和施工,利用该储层段钻井中获取的砂砾岩和泥岩岩心进行了室内差应变实验,并依据实验数据对储层三向主应力大小进行了分析。实验结果表明,百口泉组储层段水平最大主应力与垂向主应力大小相近,砂砾岩储层水平最大主应力平均为71.8 MPa,水平最小主应力平均为51.1 MPa;泥岩隔层水平最大主应力平均为72.9 MPa,水平最小主应力平均为56.1 MPa。同时,利用压裂、成像测井等工程数据对水平最大、最小主应力进行评价,验证了差应变实验数据解释地应力大小的可靠性,表明通过差应变实验得出的主应力数值能够反映玛湖油田百口泉组致密砂砾岩储层现今地应力状态,可用于钻井、压裂等工程设计。     

常规测井参数对煤层气储层地应力敏感性分析

较高的资源丰度和良好的渗透性是煤层气富集高产区优选的关键因素,但渗透性相比资源丰度而言,对煤储层产能的影响程度更大。 由于地应力对煤储层渗透性的影响作用显著,因此,对常规测井参数与地应力之间的敏感性进行分析!可以为煤层气富集高产区的优选提供参考依据。文章利用压裂法分析了沁水盆地南部山
西组主力产气煤层地应力特征,对各压裂井段常规测井参数进行了提取,分析了各测井参数对地应力的敏感性。结果表明,深、浅侧向电阻率、电阻率差、纵波时差及伽马 - 个测井参数与煤岩水平最小主应力具有较好的相关性;煤岩水平方向主应力差(σ_H-σ_h)仅与深、浅侧向电阻率及电阻率差3个参数具有较好的相关性。     

低渗透油藏常规水驱与二氧化碳驱井距界限研究

为实现吉林油田低渗透油藏井距优选设计,以吉林油田扶余油层为例,通过开展压力梯度测试实验,绘制了水驱和二氧化碳驱启动压力梯度与渗透率关系曲线,结合“一注一采”模式下储层压力分布规律,建立了水驱和二氧化碳驱的合理井距设计图版。结果表明:低渗透扶余油层的最小启动压力梯度与渗透率呈负幂指数关系,在注采压差为15~25 MPa条件下,同一岩心水驱的最小启动压力梯度为二氧化碳驱的2~4倍;储层渗透率低于0.10 mD时,二氧化碳驱的合理井距上限大于水驱,更具效益开发优势,渗透率为0.05~0.10 mD时对应的合理井距为120~380 m;储层渗透率大于0.10 mD时,水驱成本更低,更具开发优势,渗透率为0.10~0.20 mD时对应的合理井距为70~120 m。该研究成果对吉林油田扶余油层不同介质驱替下合理井距选择有借鉴意义。     

沁水盆地南部地应力特征及高产区带预测

地应力是渗透率的重要控制因素,高产井主要分布在最小主应力相对较小的区域,因此地应力特征对高产区带的预测具有重要意义。分析了泌水盆地南部地区现代构造应力场对煤储层物性的控制机理,指出主应力差增大,渗透率呈指数形式急剧增高,而储层压力呈对数形式上升;试井地应力梯度尽管与渗透率、储层压力之间存在相关关系,但离散性较大。预测了3种有利的煤层气成藏类型,即大宁-潘庄-樊庄区带高主应力差-滞流封闭-浅埋型煤层气藏、沁水-郑庄-樊庄北和沁源-安泽区带中主应力差-缓流封闭-中埋型煤层气藏、郑庄北和沁源东-安泽东区带中主应力差-缓流封闭-深埋型煤层气藏。     

中煤阶煤层气水平对接井开发效果与优化

通过理论分析与数值模拟相结合,分析对比SIS水平井与常规水平井的开发效果,在此基础上从生产制度与井型设计两方面对SIS水平井进行优化设计。研究表明,渗透率在1~40 mD,含气量小于12 m3/m3时,SIS水平井的采出程度是常规水平井的2~7倍。因此对于含气量较低,渗透率中等,割理较发育的中煤阶煤层气藏,SIS水平井具有较大的优势。SIS水平井合理泵排量为60~90 m3/d,合理生产井井底流压应控制在0.15~0.2 MPa.同时SIS水平井分支长度在1 100 m左右,分支夹角在40°~50°,SIS水平井主轴方向与面割理垂直时,SIS水平井开发效果最佳。     

柳林地区煤层气勘探开发模式研究

柳林地区是全国煤层气开发先导示范区,勘探开发技术逐渐完善。基于区域地质规律,分析了煤层气组成、地应力和地温场特点以及不同储层的差异|结合开发方案和技术选择,从开发效果、开发层位、钻完井设计等方面进行了规律探究。山西组煤层气CH₄含量、兰氏体积和含气饱和度均较太原组高;地应力和地温场在垂向上呈现分带,以700～850m埋深最小水平主应力最高,地层呈挤压状态;不同煤层物性差异大,水动力变化是层间矛盾的主要因素。在开发效果上,山西组直井较太原组好,太原组产水量普遍较高;水平井产能效果最好,且产量相对稳定。钻井设计中创新性地采用双煤层多分支水平井,充分调用了资源潜力。在煤层气勘探开发实践中,以平衡产能为导向,由地应力、地温场和储层压力3个要素组成地质能量内循环,激励渗透率、产气量和产水量组成的响应外循环;同时以合理的气水排采制度控制内循环,其中钻井和储层改造是释放产能的驱动,合理的排采方案是维系开发平衡的驱动。     

澳大利亚M区块低煤阶煤层气井产能主控因素及合理开发方式

为了研究低煤阶煤储层资源,结合低煤阶煤层气井的生产特征和气田地质模型资料,建立了低煤阶煤层气井数值模型,并进行了产能影响因素敏感性分析,明确了影响煤层气井产能的主控因素,基于储层物性划分,开展了低煤阶煤层气合理开发方式的优化研究。结果表明：合采井纵向穿过J和T共2套煤层组,纵向储层控制程度高、排水量大,有助于降压解吸,增加单井产量;影响低煤阶煤层气井产能的主控因素有累计净厚度、渗透率、含气量、井距和含气饱和度;埋深< 250 m的储层最优井距为1 500 m,埋深为250～350 m的储层最优井距为1 200 m,埋深为350～400 m和埋深为400～450 m的储层最优井距为1 000 m,埋深450～600 m的储层最优井距为800 m,埋深> 650 m的储层最优井距为700 m。该项研究为气田的有利区筛选和开发优化提供了理论基础和技术支撑。     

太原西山煤田现代构造应力场综合模拟

根据震源机制解分析得出太原西山煤田的区域构造应力场特征,在此基础上,基于有限元分析法对煤田内部2号和8号煤层的地应力分布进行了模拟,并结合煤层水力压裂资料获得验证。综合分析结果显示:与山西地堑系的构造背景一致,西山煤田的构造作用以NW-NNW向的近水平拉张作用为主;2号煤层和8号煤层的地应力分布趋势基本一致,均由四周向内部逐渐增大,2号煤层的水平地应力值介于12.4~39.4 MPa,8号煤层的地应力值介于12.6~38.3 MPa,与水力压裂测量结果的相对误差小于20%,受煤层埋深的影响,8号煤层的地应力整体上高于2号煤层;相同地质构造背景的约束下,两个煤层的应力方向分布基本一致,主应力(拉张力)的方向均以NW和NNW向为主,与水力压裂测量和震源机制解结果基本吻合。拉张构造应力作用下,有利于煤层裂隙的形成和渗透率的提高,但易造成煤层气的散失,因此在煤层气开采过程中应着重寻找有利储集区块。     

海拉尔油田南屯组小型测试压裂地质特征分析

小型测试压裂分析是认识储层特征、优化主压裂设计、提高施工效率的有效举措。采用FracproPT2011压裂软件,对大庆海拉尔油田南屯组20口井的小型测试压裂效果进行了分析;结合地层断层发育特点和三轴岩石力学测定结果,研究了现场压裂施工困难的客观原因。结果显示:南屯组储层压裂井底停泵压力梯度和闭合应力梯度区间分别为0.018 0~0.026 9 MPa/m、0.015 4~0.023 2 MPa/m,平均达到0.021 6 MPa/m、0.019 4 MPa/m;气测渗透率主要集中在(0.1~0.3)×10?3 μm2之间,占比65%,存在天然裂缝和压裂多裂缝;压裂过程中的射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻区间分别为0.85~2.86 MPa、1.42~14.36 MPa。发育断层引起的构造应力主体区间为5.0~10 MPa,最小水平主应力梯度为0.016 4 MPa/m,岩石杨氏模量和泊松比分别为36 090~38 400 MPa、0.24~0.39。附加构造应力、较高的最小主应力、杨氏模量大和泊松比大是南屯组储层压裂施工压力和停泵压力异常高以及低砂比、易砂堵的四大主因。     

射孔相位及地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展影响的实验研究

为了深入研究射孔相位、地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展的影响,采用大尺寸真三轴模拟实验系统进行水力压裂实验,通过扫描裂缝断面描述了水力裂缝扩展和分布状态,分析了射孔相位及地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展的影响,并进行初步的机理分析,为压裂设计和施工提供支持。实验结果表明：①岩心在射孔末端沿射孔方向开裂,随后裂缝转向,沿垂直于最小水平主应力方向扩展;相同地应力下,射孔相位60°时岩心起裂压力最小,初次开裂及压裂过程用时最短,且裂缝扩展或产生新缝数量多、形式复杂。②当垂向主应力与最大水平主应力差较大且水平主应力差较小时,岩心起裂压力较小,裂缝扩展过程平稳,受岩石断裂韧性影响微弱;当垂向主应力与最大水平主应力差较小时,水平主应力差越大,则起裂压力越大,裂缝扩展次数越少,压裂过程用时越短。③当水平主应力差较大时,裂缝沿垂向扩展明显,断裂面平直且垂直于最小水平主应力方向;当水平主应力差较小时,裂缝扩展方向难控制,易产生偏转或横向裂缝。④水力裂缝与结构面相遇时产生支裂缝,以及出现分叉、转向、穿层等现象是形成复杂裂缝网络的必要条件。层理影响裂缝穿层,微裂隙与微空隙对起裂压力和裂缝扩展均有影响。     

射孔相位及地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展影响的实验研究

为了深入研究射孔相位、地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展的影响,采用大尺寸真三轴模拟实验系统进行水力压裂实验,通过扫描裂缝断面描述了水力裂缝扩展和分布状态,分析了射孔相位及地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展的影响,并进行初步的机理分析,为压裂设计和施工提供支持。实验结果表明:①岩心在射孔末端沿射孔方向开裂,随后裂缝转向,沿垂直于最小水平主应力方向扩展;相同地应力下,射孔相位60°时岩心起裂压力最小,初次开裂及压裂过程用时最短,且裂缝扩展或产生新缝数量多、形式复杂。②当垂向主应力与最大水平主应力差较大且水平主应力差较小时,岩心起裂压力较小,裂缝扩展过程平稳,受岩石断裂韧性影响微弱;当垂向主应力与最大水平主应力差较小时,水平主应力差越大,则起裂压力越大,裂缝扩展次数越少,压裂过程用时越短。③当水平主应力差较大时,裂缝沿垂向扩展明显,断裂面平直且垂直于最小水平主应力方向;当水平主应力差较小时,裂缝扩展方向难控制,易产生偏转或横向裂缝。④水力裂缝与结构面相遇时产生支裂缝,以及出现分叉、转向、穿层等现象是形成复杂裂缝网络的必要条件。层理影响裂缝穿层,微裂隙与微空隙对起裂压力和裂缝扩展均有影响。