BZ油田水力裂缝在天然裂缝界面延伸行为

BZ油田沙三段低渗储层天然裂缝发育,水力裂缝垂向上与天然裂缝面相遇时的裂缝延伸方式直接影响水力压裂优化设计。基于岩层垂向上最小水平主应力分布近似相等的特征,将界面附近岩石简化为双层岩层受力分布;依据线弹性断裂力学理论,给出远场有效应力作用下垂直于水平岩层压裂裂缝的缝尖应力场;结合裂缝张性破坏和剪切破坏准则,建立了考虑岩层界面内聚力、摩擦系数(内摩擦角)及抗张强度影响下的水力裂缝滑移判据;根据储层原地应力场和岩石力学计算,分析了相应参数对水力裂缝穿越与滑移的影响。结果表明,BZ油田沙三段储层水力裂缝延伸到天然裂缝界面时表现为穿越现象,这对压裂优化设计具有重要指导意义。     

煤系页岩储层水力裂缝穿层扩展规律

深部煤系页岩储层纵向上连续发育多套产层,由于对裂缝扩展形态认识不清,缝高延伸距离短,一体化水力压裂作业无法沟通不同产层.为了提升水力裂缝纵向延伸能力,基于有限元计算平台,采用最大主应力起裂准则,考虑压裂液沿裂缝面横向和纵向流动规律,建立了煤系页岩层状储层水力裂缝三维穿层扩展模型,并研究了层间渗透率差异、主应力条件及岩性界面等多因素对裂缝穿层规律的影响.研究结果表明:根据与岩性界面作用方式的不同,水力裂缝呈现出T形缝、穿层缝、钝化缝和十字缝等4种典型形态;随着层间渗透率差异系数的增大,水力裂缝穿层能力不断降低;层间应力差越小,裂缝穿透岩性界面进入相邻层位的概率越大;当高渗透率隔层和低渗透率储层的渗透率差异系数高于5,或者层间最小水平主应力差高于4 MPa时,缝高延伸至岩性界面,停止扩展.     

页岩油致密储层一体化压裂裂缝穿层扩展特征

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷纵向上连续发育多套致密砂泥岩产层组,采用穿层压裂技术改造时,对水力裂缝垂向扩展规律认识不清,因此,文中基于水力裂缝三维穿层扩展模型,研究了应力差和岩性界面强度对水力裂缝扩展的影响.结果 表明:根据水力裂缝与岩性界面作用方式的不同,裂缝呈钝化缝、T形缝、鱼骨缝和穿层缝等4种扩展形态;当垂向应力差异系...     

裂缝性储层水力裂缝扩展机理试验研究

采用大尺寸真三轴实验系统,探讨了天然裂缝与水力裂缝干扰后水力裂缝走向的宏观和微观影响因素,分析了压力曲线,提出了天然裂缝破坏准则,分析了不同地应力状态下裂缝的形态。试验结果表明,在常规应力状态下,水平主应力差和逼近角是水平裂缝走向的宏观影响因素;天然裂缝界面摩擦系数和缝内净压力无因次量是微观影响因素。给出了确定天然裂缝破坏边界线的回归公式,揭示了裂缝性油气藏水力裂缝与天然裂缝的干扰机理。局部构造应力状态对水力裂缝扩展的影响大于对天然裂缝的影响。     

应用岩层层间滑移模型模拟水力压裂

当水力压裂遇到较弱地层或天然裂缝时,层间滑移是改变水力压裂强度的机理之一。在浅地层或超压地层,当地层层间的有效正应力很低时地层的层间滑脱就有可能发生。当垂向水力压裂裂缝在这样的地层中延伸时,岩层层间滑移将阻碍或停止裂缝高度的增长。现在研究出一种层间滑移模型,已将其应用于虚拟三维水力压裂模拟系统中。该模型用不连续位移法来计算层间滑移引起的裂缝宽度形变,用界面交叉点准则来判定压裂裂缝高度增长过程中裂缝是否穿过了特定的岩层。模型规定了所需要的摩擦系数和抗剪强度这两种界面性能,应用了Renshaw and Pollard判定准则并解释了不连续位移法。产生层间滑移直接影响裂缝高度的增长和宽度的变形,但是由于水力压裂的耦合作用,层间滑移还将影响裂缝的几何形状和地层破裂压力。将层间滑移模型的模拟结果与示踪测井压裂测量的裂缝高度和压力,以及压裂后的产能分析进行了比较。在现场实例中,根据实际现场测量,地层将产生一种T形裂缝,裂缝的高度、宽度和压力与用层间滑移模型模拟的结果和测量数据拟合得很好。     

水力裂缝在地层界面的扩展行为

采用岩石断裂力学的方法,分析了水力裂缝与地层界面相交时水力裂缝沿其高度方向可能发生的3种扩展行为:1裂缝停止扩展;2裂缝沿地层界面转向扩展;3裂缝直接穿过地层界面进入隔层内,并给出各种行为发生的判断准则。该模型中考虑了分层地应力、分层岩石力学参数、地层界面效应、储层厚度及施工参数的影响。研究表明,对于水力裂缝与地层界面相交后停止扩展的情况,裂缝存在一个临界长度。裂缝超过临界长度后,将沿地层界面转向扩展或穿过地层界面进入隔层内。得出临界裂缝长度的计算方法。对于水力裂缝与地层界面相交后穿过地层界面进入隔层内的情况,分段计算应力强度因子并将其叠加,给出了裂缝在隔层中延伸距离的计算方法及验证实例。     

陆相页岩储层水力裂缝穿层扩展规律

陆相页岩储层垂向非均质性强,层间岩性与应力差异大,层间弱界面发育,水力裂缝穿层扩展困难,导致压裂改造效果不佳。基于有限元+黏聚力单元法建立了陆相页岩水力裂缝穿层扩展流固耦合模型,与解析解和室内实验结果对比验证了模型的准确性。基于此模型,采用单因素和正交实验分析法开展算例研究,揭示了各项地质与工程参数对陆相页岩储层水力裂缝穿层扩展行为的控制机理与影响规律。研究结果表明,层间界面剪切滑移改变水力裂缝垂向扩展路径,限制缝高增长;水力裂缝宽度较大,削弱缝高扩展能力。高层间界面胶结强度、高垂向应力差、低层间应力差、低抗拉强度差、低弹性模量差、高压裂液黏度、高注入排量,有利于水力裂缝实现穿层扩展,各因素影响程度的主次顺序为层间界面胶结强度>层间应力差/抗拉强度差>压裂液黏度/注入排量>垂向应力差>弹性模量差。研究成果进一步完善了陆相页岩储层水力压裂穿层扩展基础理论,为陆相页岩储层水力压裂选井、选层和施工方案优化设计提供了理论依据。     

考虑页岩弱层理的水力裂缝扩展路径三维数值模拟

页岩弱层理界面是其区别于其它油气储层的典型特征,弱层理界面的存在决定了页岩体积压裂所形成缝网的复杂程度,影响着最终的体积压裂效果。以威远地区页岩气体积压裂为背景,基于粘聚力模型(Cohesive),建立了弱层理页岩储层水力裂缝扩展的三维有限元模型,计算分析了地应力差、层理面性质、注液速率对水力裂缝在弱层理面扩展路径的影响规律。结果表明,地应力差是影响裂缝扩展路径选择的重要因素,地应力差越大,弱胶结层理界面越难以开启,垂直裂缝越容易穿过页岩层理;层理面胶结强度越小,垂直裂缝容易在层理界面处发生偏折,影响裂缝高度;忽略压裂液缝内滤失,注液速率越大,垂直裂缝穿过弱胶结层理界面的可能性越大。     

深层缝洞型碳酸盐岩储层水力裂缝扩展机理研究

为了准确掌握深层缝洞型碳酸盐岩油藏压裂过程中水力裂缝的扩展规律,基于弹性力学、断裂力学和流–固耦合理论,建立了适用于缝洞型储层的水力裂缝扩展数学模型,采用数值模拟方法分析了水力裂缝扩展过程与缝洞体的相互作用规律,并对“沿缝找体”压裂技术的适用性进行了深入探讨。数值模拟结果表明：溶洞周围发育天然裂缝时,会影响缝洞体周围局部诱导应力场,使水力裂缝更容易沟通缝洞体;采用大排量注入低黏压裂液或中小排量注入高黏压裂液,仅能沟通与水力裂缝初始扩展方向夹角较小的溶洞,而对与水力裂缝初始扩展方向夹角较大的溶洞,则需考虑采用强制转向技术进行沟通。研究结果表明,基于井眼与缝洞体的配置关系,采用“沿缝找体”压裂技术可以实现直接沟通、定向沟通和沿缝沟通3种缝洞体沟通模式,显著扩大储量动用范围。     

四川盆地不同埋深龙马溪页岩水力裂缝缝高延伸形态及差异分析

四川盆地不同埋深龙马溪页岩储层地质特征及应力状态不同,水力裂缝缝高形态及其延伸规律差异显著.本文基于石柱县中深层与武隆县深层龙马溪页岩露头的真三轴试验结果,总结不同埋深页岩水力裂缝的缝高延伸形态及差异,明确主控因素;在此基础上,建立水力裂缝与层理面交叉作用的三维有限元模型,定量表征层理强度与地应力两大主控因素对缝高扩展...     

水力压裂缝动态非对称延伸过程数值模拟

从"人工油气藏开发"的角度,采用全缝长压裂缝模拟技术,结合储层精细地质建模技术对低渗透储层水力压裂过程中形成的原位储层-支撑剂复合体的动态延伸过程及其变化特征进行探索,提出以水力压裂缝动态非对称指数来表征水力压裂缝动态非对称延伸特征,构建原位储层-支撑剂复合体的评价参数,探索水力压裂缝动态非对称指数在常规测井曲线中的响应特征,并据此建立基于常规测井曲线的水力压裂缝动态非对称延伸特征的方法。研究结果表明,全缝长压裂缝模拟技术优于仅基于常规测井数据的半缝长非对称压裂缝模拟技术,便于开展储层非均质性研究。水力压裂缝动态非对称指数可以反映水力压裂缝在某一压裂时长的非对称延伸规模水平,结合储层物性与目前开发动态可为实现储层的充分动用提供指导。水力压裂缝动态非对称延伸特征剖析是提高采收率的重要研究方向。     

裂缝性储层缝网压裂机理研究分析

本文基于弹性力学、岩石力学及线弹性断裂力学中相关理论,建立水力裂缝与天然裂缝相交、非相交力学作用准则,为研究水力裂缝相交天然裂缝后的延伸路径提供手段。     

煤层气近井煤缝壁面滤饼的结构与硬度特征及工程意义

煤层气近井部位钻完井液侵入形成的煤缝壁面滤饼结构,对压裂裂缝的起裂和延展具有较为复杂的制约关系。为了弄清煤缝壁面滤饼的结构与力学性状及其对压裂裂缝起裂延展的控制作用机制,基于矿井解剖、界面区微观结构SEM及元素EDS分析、矿相XRD测试以及界面硬度压痕法试验等手段,分析研究了煤层气近井煤缝壁面滤饼的组合方式、界面搭接结构、界面力学性状等制约压裂裂缝延展的关键因素。研究结果表明:①煤层气近井煤缝壁面与滤饼界面主要有煤岩—固井水泥滤饼搭接型、固井水泥滤饼—钻完井液滤饼—煤岩搭接型两种形式,前者界面结合相对更为紧密;②上述两种滤饼界面区的基材没有发生显著的物理化学变化,界面清晰、分界明显,均属于惰性接触界面;③压痕结果显示,煤岩—固井水泥滤饼搭接型界面材料维氏硬度规律为固井水泥滤饼煤岩搭接界面,而固井水泥滤饼—钻完井液滤饼—煤岩搭接型界面材料维氏硬度规律为固井水泥滤饼钻完井液滤饼搭接界面,硬度值能够较好地指示界面组合中的力学薄弱面;④从矿井解剖现场采集的样品证实,水力压裂期间压裂裂缝优先突破煤岩—钻完井液滤饼的界面。结论认为,该研究成果可以为煤储层水力压裂裂缝延展机制理论深化、压裂裂缝起裂延展模式的精准构筑、压裂效果评价等提供新的思路。     

基于离散元数值法的页岩压裂复杂网络裂缝研究

页岩气藏天然裂缝发育,非均质性强,连续介质模型不能准确表征页岩储层特征。基于离散裂缝网络模型(DFN)和渗流-应力耦合数值算法,建立了水力压裂裂缝与天然裂缝相互作用的数值计算模型,利用该模型开展了相邻多裂缝间距、力学特性参数等对缝网扩展及连通性影响规律研究。结果表明,无论天然裂缝网络如何分布或者水力裂缝长短,次生人造水力裂缝的形成可稳定先压水力裂缝顶端天然裂缝的剪切破坏区域。水力裂缝尖端处的天然裂缝开度较大,裂缝间距越大,剪切破坏面积越大,缝距在一定范围内可实现远井带网缝贯通的可行性;内摩擦角对天然网络裂缝连通面积影响较大,较小的内摩擦角,易于形成复杂网络裂缝;不同天然裂缝倾角组合条件下复杂网络裂缝连通面积不同。研究结果可为页岩气井复杂网络裂缝形成预测提供理论依据。     

水平井定向射孔裂缝起裂与穿层特征数值分析

为了探索水力裂缝的起裂形式和受控因素影响以及水力裂缝扩展至产层隔层界面处的穿层特征,运用基于有限元的数值模拟方法建立数值模型对其进行分析和研究,重点探讨了压裂双裂缝形成的可能性和条件,模拟了裂缝延伸至产层与隔层界面处的穿层现象。结果表明,地应力差和射孔方位角对压裂裂缝的起裂形式影响显著,地应力差越大,则裂缝从射孔方向起裂的可能性越小,方位角越大,从射孔方向起裂的可能性也越小,此时若水泥环失效,裂缝可从井壁大主应力方向起裂;若满足岩层物理力学与压裂条件,裂缝同时从射孔方向和井壁大主应力方向起裂的双裂缝起裂形式是可能的;在裂缝延伸过程中,产层与隔层弱胶结界面可使裂缝钝化或滑移成“T”型裂缝,弹性模量较小的隔层有利于裂缝穿层并继续延伸。数值分析结果可对水平井射孔参数优化及水力压裂施工提供些许参考。     

煤层水力压裂网状裂缝形成条件分析

为确定煤层水力压裂形成网状裂缝力学条件,应用弹性力学理论,将煤岩体的面割理和端割理简化为贯通和断续裂缝,基于裂缝张性断裂和剪切破坏准则,建立了缝内临界净压力计算模型。应用模型计算表明：缝内临界净压力随贯通裂缝倾角增加呈周期性变化,倾角从0～90^。为1个变化周期,当倾角为0、90^。时,缝内临界净压力值最大为水平最大主应力与最小主应力差值;裂缝壁面内摩擦系数对缝内临界净压力最大值基本无影响,而缝内临界净压力最小值随裂缝壁面内摩擦系数的增加而增大。     

页岩储层中水力裂缝穿过天然裂缝的判定准则

为了准确预测页岩储层水力压裂过程中水力裂缝是否会穿过天然裂缝及其穿出方向,基于最大周向应力理论,建立了沿任意方位延伸的水力裂缝穿过天然裂缝的判定准则,给出了水力裂缝穿过天然裂缝时穿出角度的计算方法。将该准则与实验结果进行对比,吻合度较高。现有的判定准则只能判断沿水平最大主应力方向延伸的水力裂缝能否穿过天然裂缝,新的判定准则在现有准则的基础上对其拓展,使之更加适用于页岩储层。研究结果表明：在高水平主应力差、高水平主应力比值、高逼近角和高天然裂缝壁面摩擦系数的条件下,水力裂缝更易穿过天然裂缝;水平主应力差是主控因素且有一个临界值,大于该值时,水力裂缝才可能穿过天然裂缝,反之在任何条件下水力裂缝均无法穿过天然裂缝。同时还认识到,在低逼近角、高水平主应力差情况下,水力裂缝也有可能穿过天然裂缝。     

考虑尖端塑性的垂直裂缝延伸计算

基于断裂力学、弹塑性力学,对水力压裂裂缝延伸过程中的尖端塑性区进行了研究,给出了裂缝尖端塑性区的定量表达式,推导了缝尖塑性区影响下的缝高扩展方程,建立了考虑缝尖塑性屈服的裂缝三维延伸数学模型,模拟分析了缝尖塑性屈服对水力裂缝扩展的影响.研究表明,在缝尖塑性屈服影响下,缝长延伸略有增加,缝高延伸得到比较明显的遏制;缝尖塑性屈服导致裂缝扩展所需作业压力增加,作业压力增加的同时会导致缝宽方向扩展的增加,越靠近裂缝端部,缝尖塑性屈服对作业压力及缝宽扩展的影响越明显.     

水力压裂油井产能计算模型

利用油藏渗流理论,基于裂缝为有限导流能力,建立了水力压裂油井产能计算模型及其求解方法,并编制软件计算分析了低渗透油藏水力裂缝参数对油井产能的影响。结果表明,当裂缝半缝长一定时,裂缝的导流能力对油井IPR曲线的影响较小;而当裂缝的导流能力一定时,裂缝半缝长对油井IPR曲线的影响明显,提高裂缝半缝长能显著增加油井的产量;对于一定的裂缝半缝长,存在最佳的裂缝导流能力。     

缝洞型碳酸盐岩储层水力裂缝扩展机理

应用损伤力学的方法,建立了缝洞型碳酸盐岩储层水力裂缝扩展的物理模型和数学模型,探讨了在渗流场、应力场和温度场共同作用下水力裂缝受到天然裂缝和缝洞体干扰后其走向的影响因素,研究了不同条件下裂缝的形态,分析了缝内压力的变化趋势。模拟结果表明,水力裂缝遇到天然裂缝和缝洞体后,一部分水力载荷损失在非水力裂缝路径上,但迂曲一段距离后仍会沿着平行于最大水平主应力方向延伸。水力裂缝迂曲转向的临界条件随天然裂缝与最大水平主应力方向夹角以及天然裂缝和缝洞体规模的不同而发生改变。由于迂曲转向引起的摩阻增加,使得缝内压力下降明显。