低渗透砂岩油藏注水诱导裂缝发育的主控因素——以鄂尔多斯盆地安塞油田W区长6油藏为例

低渗透油藏在长期注水开发过程中会产生注水诱导裂缝,严重影响油藏开发特征。以鄂尔多斯盆地安塞油田W区长6油藏为例,利用地质、测井、分析测试及生产动态等资料,对注水诱导裂缝形成及发育的主控因素进行了研究。注水诱导裂缝在形成和发育过程中主要受地质和工程两大因素综合控制,其中地质因素包括天然裂缝、现今地应力、储层构型及储层岩石力学性质等,工程因素主要包括人工裂缝和注采参数（如注水时长、注水量、注采比或注采量）等。天然裂缝和人工裂缝为注水诱导裂缝的形成提供了物质条件;现今地应力控制了注水诱导裂缝发育的优势方向,并间接影响其延伸过程中的难易程度;不同级次构型单元控制注水诱导裂缝的规模,不同级次的构型界面影响注水诱导裂缝的持续延伸;储层岩石力学参数一定程度上影响了注水诱导裂缝的延伸路径;注采参数则直接控制了注水诱导裂缝的形成和延伸速度。     

裂缝性油藏注水开发水淹力学机理研究

裂缝性低渗透油藏发育着复杂的裂缝网络,随着注水开采程度的加深,过高的注入压力和过量的注水会引起微裂缝开启、起裂、扩展和相互贯通,在注采连线形成高渗透带,导致注入水单向突进,油井含水上升快,造成油井水淹和窜流严重,降低了油田的最终采收率。针对注水开发过程中储层裂缝系统的演化贯通给油田开发带来的困难,研究分析了天然裂缝内注入水渗流对裂缝起裂的影响,应用岩石断裂力学理论分析了天然裂缝性储层在注水开发过程中裂缝系统的相互作用,研究了注入压力作用下天然裂缝的开启、扩展延伸和相互贯通的力学机理,对天然裂缝性储层注水开发过程中研究裂缝的分布规律、确定合理的注水方式和注水压力、延缓注水 开发过程中油井方向性水窜和水淹速度具有重要的理论指导意义。
     

复杂水力裂缝网络延伸规律研究进展

随着天然裂缝性储层、煤层气、页岩气、致密砂岩气、致密油和复杂岩性低渗透油气藏勘探开发进程的加快,大规模体积压裂实践及微地震裂缝实时监测技术对水力裂缝延伸模拟提出了巨大挑战。复杂网络裂缝延伸受储层岩性、岩石力学性质、地质力学和天然裂缝特征等影响,文中综述了天然裂缝对水力诱导裂缝延伸影响的国内外研究进展。水力诱导裂缝与天然裂缝相交前、相交时和相交后的复杂力学行为决定了水力诱导裂缝的复杂延伸规律：水力裂缝尖端逼近时,诱导应力场会导致胶结天然裂缝张性或剪性脱粘;相交时,天然裂缝可能出现剪切破裂导致压裂液大量滤失、或水力裂缝穿过天然裂缝沿原方向延伸、或转向沿天然裂缝延伸并在其端部或弱结构点起裂;相交后,可能出现多个裂缝尖端同时延伸的情况,形成复杂网络裂缝。真三轴压裂测试系统结合工业CT扫描、声发射装置、X-衍射等是研究复杂网络裂缝形成机理的主要试验手段;而非常规裂缝模型和扩展有限元方法（XFEM）是模拟复杂网络裂缝延伸的主要数值手段。XFEM是处理含裂纹等不连续问题的最有效方法,并具有有限元方法的所有优点,考虑到裂缝内流体压力是水力裂缝延伸的驱动力,故基于XFEM的渗流-应力-裂缝延伸全耦合研究是未来体积压裂复杂网络裂缝延伸模拟的重要发展方向。     

松辽盆地北部深层致密火山岩气藏天然裂缝分布特征及控制因素

天然裂缝系统控制了松辽盆地北部徐家围子断陷深层致密火山岩储层天然气的运移、聚集和成藏。明确致密火山岩储层天然裂缝主控因素是准确预测裂缝分布规律的基础。通过野外露头区裂缝描述、岩心和微观薄片裂缝分析，结合成像测井裂缝解释，对松辽盆地北部深层致密火山岩气藏中天然裂缝的发育特征进行了精细表征，并深入分析了裂缝分布特征及控制因素。研究结果表明，研究区致密火山岩中发育有原生和次生两大裂缝类型，其中次生构造裂缝最为发育，其线密度主要分布在1.0~5.0条/m，平均为2.45条/m。裂缝发育强度主要受岩石类型、岩石力学性质、岩石脆性和构造部位等因素控制。天然裂缝方位复杂多变，是受古构造应力、断层和岩石非均质性（面理）共同作用的结果。     

致密砂砾岩储层裂缝预测方法及应用

裂缝是致密、低渗透油气藏的重要储集空间与运移通道。准噶尔盆地腹部D井区二叠系属于致密砂岩油藏,针对致密砂岩储层裂缝分布非均质性强、难以预测的问题,开展了致密砂砾岩裂缝分布预测研究,并提出了井震结合的地震属性裂缝预测方法。该方法首先利用成像测井解释成果得到的储层段裂缝孔隙度,然后用平均孔隙度与方差、倾角等叠后地震属性预测的裂缝分布结果进行交会,分别确定出这些属性的有效范围,再将有效范围内的属性值进行融合得到叠后大尺度裂缝分布特征;采用叠前分方位CRP道集计算频率衰减属性进行小尺度裂缝预测,并将预测结果与成像测井裂缝孔隙度进行交会得到小尺度裂缝分布;最后融合两种预测结果,得到储层裂缝综合预测结果。     

川西坳陷大邑构造须三段储层裂缝类型及控制因素

川西坳陷大邑构造须家河组三段储层岩性以中细粒碎屑石英砂岩为主,孔隙度、渗透率很低,为典型的低渗透砂岩储层,裂缝对储层的储集和渗透能力具有重要影响,因此,该区裂缝发育特征及其控制因素的研究在储层油气资源的开发和评价中起着重要作用。文中以岩心裂缝观测和岩石力学实验数据为主要依据,对该区须三段储层的裂缝类型及发育特征进行描述和分析,探讨了构造裂缝发育的控制因素。研究表明,该区须三段低渗透砂岩储层主要发育构造裂缝、成岩裂缝和异常高压裂缝3种类型,其中构造裂缝最发育,主要受构造应力场、构造位置和岩石力学性质等因素控制,对油气的形成与分布影响最大。     

碳酸盐岩储层渗透率应力敏感性实验研究

储层的渗透率应力敏感性在油气勘探开发领域有着重要的研究价值。实验样品选自4类典型的碳酸盐岩储层,制取Φ2.5cm×5cm的基块、天然裂缝和人工裂缝圆柱体样品,开展渗透率应力敏感性及岩石力学实验研究,并分析岩石物性及岩石力学性质对碳酸盐岩储层渗透率应力敏感性的影响。实验表明,碳酸盐岩渗透率应力敏感性可以选用应力敏感性系数法评价,方便于不同区块、不同层位、不同岩性储层应力敏感性的对比;碳酸盐岩基块、天然裂缝和人工裂缝岩样的应力敏感性系数均值为0.22、0.49和0.63,应力敏感程度逐渐增强;碳酸盐岩的应力敏感性系数与渗透率的相关性较差,但整体呈减小的趋势;劈裂法制取的人工裂缝岩样的应力敏感性随机性较大,较难真实地反映天然裂缝岩样的应力敏感性;应力敏感程度与岩石力学性质相关,岩石弹性模量越大应力敏感性越弱;建议加强应力敏感性微观机理及数值模拟研究。     

渤海油田潜山储层岩石力学参数研究——以蓬莱油田和锦州南油田为例

岩石力学参数表征岩石力学性质,在裂缝性潜山储层中表现为不同于砂泥岩储层的特征。有效裂缝的发育程度对纵波、横波测井值有一定的影响,由此计算得到的岩石力学参数也有相应的变化。研究发现,岩石力学参数在潜山储层不同岩生、不同储层类型中有不同的响应特征;在裂缝发育段岩石力学参数表现为"高泊松比、高体积压缩系数、低杨氏模量、低剪切模量"的特征。     

页岩储层复杂裂缝扩展研究

页岩储层孔隙度和渗透率低,岩石脆性大,天然裂缝发育。大规模水力压裂过程中,页岩储层易发生张性破坏和剪切破坏相结合的复合破坏,形成复杂网状裂缝,而网状裂缝的展布形态关系到页岩压裂方案的设计和压后产能的评估。针对页岩储层网状裂缝扩展问题,基于流-固耦合方程和损伤力学原理,建立了二维网状裂缝扩展有限元模型。综合研究认为:水平主应力差增大,压裂裂缝分布长度增加,分布宽度降低,长宽比增大;压裂施工排量降低,压裂裂缝复杂程度降低,压裂裂缝分支数减少,分布长度增加,分布宽度降低,长宽比增大;水平井"多段分簇"压裂可能出现多裂缝干扰问题,部分压裂裂缝在延伸过程中止裂或者沟通两端射孔簇的压裂裂缝;水平井"多段分簇"压裂过程中,各个射孔簇形成的压裂裂缝分支长度差别较大,部分裂缝分支长度明显大于其他裂缝分支。     

低渗透裂缝性油藏压裂施工工艺技术

裂缝性低渗透油藏由于裂缝的发育程度、 产状、 力学性质及充填性的不同, 在水力压裂中会表现出不同的压力行为。老新地区地层隐性裂缝发育, 是导致压裂施工难度大的主要原因。裂缝性低渗透油藏水力压裂并不需要高砂比, 适当地增加规模, 有效地沟通储层的天然裂缝是保证油井高产稳产的关键。裂缝性低渗透油藏水力压裂需解决的关键性问题是有效控制压裂液向天然裂缝的滤失, 有效的降滤措施（ 加大降滤失剂的量） 、 控制排量施工、 增加前置液量可以提高施工成功率。通过研究, 结合现场施工情况, 对裂缝性低渗透油藏施工机理进行分析, 对施工参数进行优化, 取得了较好的效果。     

不同脆性致密砂岩裂缝扩展规律实验

岩石的脆性与致密油气储集层压裂改造效果密切相关,但致密岩石的脆性对裂缝扩展规律的影响仍不明确。基于真三轴压裂模拟实验系统,对鄂尔多斯盆地东部3种不同脆性致密砂岩开展了压裂模拟实验,分析了脆性、压裂液类型和层理对裂缝扩展规律的影响。研究表明,山1段致密砂岩脆性最强,长7段致密砂岩次之,盒8段致密砂岩脆性最弱;在层理不发育的条件下,相比于中等脆性的盒8段致密砂岩,强脆性的山1段致密砂岩采用滑溜水压裂形成的单条裂缝扩展更充分,液态CO₂压裂形成的分支裂缝数量更多;在层理发育的条件下,长7段致密砂岩采用滑溜水压裂和液态CO₂压裂形成的裂缝的形态均较复杂;相比于滑溜水压裂,液态CO₂压裂形成的裂缝宽度更小;液态CO₂压裂更适用于脆性较强、层理发育的长7段致密砂岩储集层压裂改造。     

低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

随着低渗透油气藏的大量开发,迫切需要具有一套适用于现场实际使用的三维水力裂缝几何形态的预测软件。通过力学分析,依据流固耦合效应、岩石材料的非线性效应以及裂缝扩展的动态效应,建立了低渗透油层水力压裂三维裂缝动态扩展力学模型,运用有限元方法进行求解,实现了低渗透油层三维裂缝形成过程的动态描述。对肇38-271井进行了模拟计算。计算的裂缝形态与现场测试的裂缝形态对比表明,模拟计算平均误差率为10.7%,能满足工程精度要求。建立的低渗透储层三维水力裂缝的模拟方法和技术,可对低渗透储层条件下的水力压裂设计提供准确的预测手段,提高了低渗透储层水力压裂措施的成功率。     

脆性低渗透砂岩破裂准则研究

在裂缝的定量研究中,通常需要选用一定的破裂准则来确定岩石在应力作用下裂缝形成时间以及裂缝的方向。构造裂缝往往不是以单一的形态出现,有张裂缝,也有共轭剪裂缝,甚至还有介于二者之间的张剪缝,因此,实际研究中要综合运用张裂缝准则和剪裂缝准则。在莫尔-库仑与格里菲思破裂准则的基础上,结合岩石力学实验,建立了适于低渗透砂岩储集层的岩石破裂判断准则,张裂缝准则选用格林菲斯准则,剪裂缝准则选用莫尔-库仑准则。     

天然裂缝性储层的特征

天然裂缝性储层给开采带来了一个矛盾难题。这类储层包括低油气采收率储层,这些储层最初可能表现出高产,但产能下降得非常快。此外,这类储层还经常出现早期见气或见水等问题。而另一方面,一些天然裂缝性储层也是全球最大、产量最高的储层。这类储层的这种矛盾特性激发业界尽力去深入了解其特征,以便更有把握地对其进行模拟分析。     

低渗透油气储集层裂缝空间分布的定量预测

根据控制裂缝发育的内外因素,提出了定量预测低渗透油气储集层裂缝空间分布的三维有限元数值模拟方法。从岩石的脆性破裂理论出发,在建立合理的地质模型、力学模型和数学模型的基础上,通过构造应力场的数值模拟计算,并结合实际的岩石破裂准则,可定量地预测裂缝的空间分布规律。经过多个油田应用和实践证明,该方法具有较高的符合率,对指导隐蔽性油田的勘探具有重要的意义。     

吉木萨尔凹陷页岩油密切割压裂多簇裂缝竞争扩展模拟

针对吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层地质特征,建立了重点改造井的密切割体积压裂裂缝扩展三维离散元数值模型,模型依据成像测井资料设置了随机分布的天然层理和高角度裂缝,依据纵向分层数据设置了小层及层间界面.模型模拟了不同分簇数和簇间距下的复杂裂缝扩展过程,分析了密切割体积压裂改造过程中多簇裂缝竞争扩展规律和改造后裂缝系统的立...     

渤海湾盆地高尚堡深层低渗透断块油藏缝网系统及其主控因素

渤海湾盆地高尚堡深层低渗透断块油藏油气资源丰富,储层实施压裂后,人工裂缝与天然裂缝构成的缝网系统控制着油藏的渗流。开展缝网系统及其主控因素分析,对于油藏压裂方案制定和开发效果提升具有重要意义。综合应用岩心、成像测井、地层倾角测井和微地震监测等资料,分析了高尚堡深层低渗透断块油藏天然裂缝、人工裂缝和地应力的发育特征,揭示了研究区缝网系统的分布模式和主控因素。结果表明：研究区天然裂缝较为发育,高角度构造剪切裂缝是其主要类型。裂缝在古近纪和新近纪末期两期构造作用下形成。发育有NEE-SWW向、NW-SE向和近EW向3组裂缝,其中以NEE-SWW向裂缝最为发育。现今最大水平主应力优势方位为N75°~85°E,受现今地应力影响,NEE-SWW向天然裂缝开度大,是油藏渗流的优势方位。人工裂缝近似为垂直缝,延伸的优势方位为N80°~90°E,平均缝长136 m,平均缝高17.4 m。高尚堡深层断块油藏缝网系统的分布模式受控于人工裂缝与地应力和天然裂缝的耦合关系,缝网系统的主要控制因素是天然裂缝、地应力和断层。     

泌阳凹陷安棚鼻状构造的沉积成因及裂缝分布

泌阳凹陷安棚深层系储层胶结致密,属于特低孔隙度和特低渗透率储层。储层中天然裂缝较发育,以高角度或垂直裂缝为主,裂缝性质为张性破裂和剪切破裂。采用先进的定向取心和声电成像测井等天然裂缝识别技术,定量确定了裂缝组系产状及分布。通过研究应力场在平面上的变化规律,确定了裂缝在平面上的分布特征。提出了安棚鼻状构造的沉积成因机制,并分析了鼻状构造与裂缝形成的关系。     

体积压裂水平井三线性流模型与布缝策略

低渗透致密储层进行大规模压裂改造在地层中形成多条裂缝及复杂裂缝网络是获得经济产能的主要手段,通过有效的方法对压裂水平井裂缝分布评价、压裂改造体积及压裂后产能预测对压裂施工效果分析具有重要意义。为此,在充分结合致密油储层特点和压裂改造设计思路的基础上,针对压裂措施后形成的分级多簇的裂缝排布及裂缝有限导流渗流特征,建立了水平井体积压裂三线性流数学模型,应用Laplace变换,求得定产条件下封闭边界单条裂缝的拉氏空间解;通过Stehfest数值反演及多裂缝叠加原理,得到了体积压裂水平井井底压力和产量的表达式;同时,结合美国巴肯致密油储层生产特征参数对模型的正确性进行了验证。对产能影响因素研究结果表明,裂缝排布方式对储层改造体积影响较大,级簇比越大累积产油量越高;增加裂缝条数可以有效提高储层动用效率,在进行水平井体积压裂措施设计时应充分考虑裂缝级数或簇数增加导致产量下降问题。研究结果对致密油储层水平井体积压裂设计及产能评价具有重要意义。