大庆低渗透油藏注水动态裂缝开启机理及有效调整对策

大庆长垣外围低渗透油藏水驱开发受注水动态裂缝影响,水驱开发效果差。为改善水驱效果,需首先明确注水动态裂缝开启规律,进而才能提出开发调整对策。综合利用地质力学、油藏工程及数值模拟等方法,建立了注水动态裂缝开启压力计算方法,揭示了其开启机理和延伸规律,并针对裂缝开启不同情况,形成了相应的调整对策。研究表明：当注水压力超过储层现今最小水平主应力时,裂缝首先沿现今最大水平主应力方向开启;随着注水压力继续增加,裂缝沿与现今最大主应力方向夹角较小的注采井连线方向开启。根据裂缝开启压力计算方法,结合大庆外围A油藏条件,其裂缝开启的临界注水压力为9 MPa。油藏注水压力为12～14 MPa,当注水井排与现今最大水平主应力方向一致时,油藏沿现今最大水平主应力方向开启单方向裂缝,剩余油主要沿裂缝呈条带状分布;当注水井排与现今最大水平主应力方向呈一定夹角时,油藏开启多方向裂缝,剩余油被多方向裂缝切割呈零散分布。基于不同井网与裂缝匹配油藏剩余油分布模式,提出了“限压注水控制多方向注水动态裂缝开启、沿现今最大水平主应力方向裂缝线性注水、侧向基质驱替”的开发新理念,给出了注水压力界限与井网加密调整模式,现场应用效果显著。     

安棚油田深层系水平主应力方向及其对开发的影响

在泌阳凹陷安棚油田深层系低渗透油藏中,对地层水平最大主应力方向认识上一直存有争议。根据岩心观察和定向取心资料认为:该深层系储集层天然裂缝较发育,为两组呈“x”相交的裂缝,一组走向为20~40°,另一组为80~100°,力学性质为剪性或张剪性,并据此推断裂缝形成时水平最大主应力方向为北东60°左右。由于布井时受地层水平最大主应力方向为东西观点的影响,目前深层系水平最大主应力方向已成为注入水单向突进的方向,造成油井水淹加速。因此,提出调整措施:通过油井转注或补打新的水井将原来东西向的注水井排调整为北东向的注水井排,抑制含水上升速度,提高注水波及体积系数,以改善开发效果。     

长庆特低渗透油藏注水动态裂缝及井网加密调整模式研究

为改善长庆特低渗透油藏中高含水期水驱开发效果,进一步提高采收率,综合运用储层地质力学、油藏工程及数值模拟等方法,研究了注水动态裂缝开启机理及延伸规律,给出了不同方向裂缝开启压力界限。当注水压力超过现今最小水平主应力时,单方向注水动态裂缝开启;注水压力越高,现今最大、最小水平主应力差越小,注采井连线与最大水平主应力方向夹角越小,越容易产生多方向注水动态裂缝。根据不同缝网匹配油藏剩余油分布规律,采取了不同的井网加密调整模式,限定注水压力控制多方向裂缝开启,沿现今最大水平主应力方向注水动态裂缝线性注水、侧向基质驱替等措施,改善了水驱效果,提高了油藏水驱采收率,为提高特低渗透油藏水驱采收率提供了新思路。      

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。
     

安棚低渗透油藏水淹特征及控制因素分析

生产井强水淹导致安棚浅中层系低渗透油藏整体开发效果变差。通过对生产井见水响应特征的分析及安棚地应力场、天然裂缝和压裂裂缝的综合研究,认为安棚地区最大水平主应力方向为北东向,而并非先前认为的东西向;现有注采井网与天然裂缝不匹配是造成目前生产井见水的主要原因。这些认识为油藏下步开发部署提供了调整方向。     

低渗透油藏注水诱导裂缝特征及形成机理——以鄂尔多斯盆地安塞油田长6油藏为例

以鄂尔多斯盆地安塞油田长6油藏为例,在分析低渗透油藏注水开发动态特征的基础上,阐明了注水诱导裂缝的基本特征并研究其形成机理,最后利用数值模拟技术对该区注水诱导裂缝的主要形成机理进行了模拟。注水诱导裂缝指低渗透油藏在长期的注水开发过程中,当注水压力超过各类裂缝开启压力或地层破裂压力而形成的以水井为中心的高渗透性开启大裂缝或快速水流通道。它是低渗透油藏长期注水开发过程中所表现出的新的开发地质属性和最主要的非均质性,对于长期水驱的低渗透油藏来说具有普遍性和必然性。注水诱导裂缝有3种形成机理,当注水压力过高,超过天然裂缝的开启压力使天然裂缝张开、扩展和延伸,或超过地层破裂压力使地层中不断产生新的破裂,或使注水井周围因射孔、压裂等生产或增产措施所导致的不同类型的人工裂缝张开等均可形成注水诱导裂缝。安塞油田长6油藏普遍发育与现今最大水平主应力方向近一致的以雁列式排列的高角度构造剪切裂缝,当注水压力超过这类裂缝的开启压力并使裂缝张开、延伸扩展并相互连通,是该区注水诱导裂缝的主要形成机理。油藏数值模拟表明,随着注水诱导裂缝规模的不断扩大,注水井井底压力相应的表现出连续的不规则的周期性变化。     

特低渗透油藏水驱规律及最佳驱替模式

为了进一步改善特低渗透油藏开发效果，提高水驱采收率，通过大量特低渗透油藏水驱开采特征研究，揭示了特低渗透油藏的水驱规律：在注水开发过程中，特低渗透油藏会首先沿现今最大水平主应力方向注、采井间开启注水动态裂缝，随着注水压力的升高，或将开启与之成最小角度的注采井连线方向裂缝，导致注入水沿裂缝方向注采井无效循环，造成油藏水驱开发效果很差。等值渗流阻力法计算结果也证明了面积驱替径向渗流转为裂缝线性侧向驱替平行流后可大大降低渗流阻力。由此提出了“沿现今最大水平主应力方向注水动态裂缝线性注水、侧向基质驱替”的井网转换模式。井网模式的转换避免了注水动态裂缝导致的注入水无效循环，消除了动态裂缝对储层非均质性的影响，减小了渗流阻力，扩大了水驱波及程度。现场应用效果显著，单井产能增加了一倍，平面波及系数提高了43.2%，水驱采收率提高了19.3%。     

王场背斜构造裂缝性油藏注水开发特征研究

江汉油田王场背斜构造储层裂缝发育方向受油藏构造形态及邻近断层的影响,天然裂缝为北东40~70°,人工裂缝为北西40~70°。注入水水线推进受其裂缝发育及油水井所处位置的影响,油井远离注水井裂缝线,注水水线推进均匀,水驱效率高,注水开发效果好;油井靠近注水井裂缝,注入水首先沿裂缝方向朝近距离油井方向推进,该方向油井见效快,水淹快,水驱效果差。在裂缝特征及其对注水开发影响研究基础上,通过注采井网调整、把握注水时机,掌握合理的注采比及采用不稳定注水、高压注水等工艺,提高了油藏的产量和采收率,取得了较好的开发效果。     

鄯善油田地应力、裂缝系统与油田开发

以吐哈鄯善油田为例,分析地应力对低渗透砂岩油田裂缝(包括天然裂缝和人工压裂裂缝)的控制作用,研究地应力对低渗透砂岩油田井网部署和注水开发的影响。认为,古构造应力场与天然裂缝的形成、分布及发育程度有关,现今应力场则不仅影响天然裂缝在地下的赋存状态及有效性,而且控制了人工压裂裂缝的形态和延伸方向。低渗透油田的合理开发,应考虑现今地应力状态下的天然裂缝和人工压裂缝的综合影响,开发时,注水压力应低于地层破裂压力,不应沿天然裂缝方向和最大水平主应力方向部署注采井。     

彩南油田彩9井区西山窑组油藏应力场及裂缝分布特征

方法利用岩心测试、地层裂缝描述、现场测试及数值模拟方法．研究彩南油田西山窑组裂缝性低渗透油藏的应力场及裂缝分布特征。目的提高该油藏的开发效果。结果彩9井区西山窑组三向主应力的关系为σV＞σH＞σh，水平两向主应力之差约为5MPa．水平最大主应力方向为110°；在平面上．最小主应力梯度变化范围为0．01138～0．01446MPa／m，且与地层压力的递减速度成正比；在彩9井区西山窑组油藏中．NWW向裂缝分布广、规模大，且与水平最大主应力方向和彩9井断裂带走向一致．是造成水淹、水窜的主导因素。结论根据裂缝分布，可选择射孔段裂缝不发育或未引起水淹（窜）的注水井，进行高强度注水．以补充油层亏空；根据水平最小主应力梯度分布状况，选择注水压力。     

裂缝性低渗透砂岩油藏合理注水压力——以鄂尔多斯盆地安塞油田王窑区为例

以鄂尔多斯盆地安塞油田王窑区长6油层为例,利用相似露头、岩心及测井资料,在评价天然裂缝发育特征的基础上,求取了不同组系裂缝开启压力及地层破裂压力,分析影响裂缝开启压力的各种因素,进而探讨如何合理确定低渗透油藏注水压力界限。安塞油田王窑区长6油层以发育高角度构造裂缝为主,其主要方位依次为NEE-SWW、近E-W、近S-N和NW-SE向,不同组系裂缝开启压力差异较大,主要受埋藏深度、裂缝产状、孔隙流体压力及现今地应力等因素影响。合理注水压力的确定要根据各井组天然裂缝发育情况。在不发育天然裂缝的井组,注水压力不应大于地层破裂压力,避免地层发生大规模破裂而形成裂缝型水窜通道;对于发育天然裂缝的井组,若裂缝开启压力小于地层破裂压力,合理注水压力界限不应大于裂缝开启压力,以防止裂缝大规模开启和延伸;若裂缝开启压力大于地层破裂压力,则要以地层破裂压力厘定合理注水压力,以防止地层发生新的大规模破裂。     

川东北碳酸盐岩层系现今应力场与裂缝特征

川东北的普光、元坝、通南巴地区三大重点勘探海相碳酸盐岩层系经历了多期构造运动叠加改造,不同程度发育裂缝,研究现今应力场和裂缝特征对滚动勘探和开发有积极意义。利用密度测井曲线和压裂资料分别计算垂向和水平地应力大小,并利用成像测井和地层倾角测井确定现今最大水平主应力方向和裂缝走向。研究表明,不同地区地应力类型也有所差异：通南巴和元坝区块主要以Ⅲ型地应力为主;普光地区5 500 m以上为Ⅲ型地应力,以下为Ⅰ型地应力。现今最大水平主应力方向与裂缝走向大都一致,对天然裂缝具有次生改造作用,有利于天然裂缝保持开启状态和高效的导流能力。     

煤层气藏水力裂缝扩展规律

由于水力压裂改造措施是煤层气藏增产的主要手段,故研究水力裂缝在煤层的扩展规律是高效开发煤层气的重要内容。煤层强度低且天然裂缝发育,其水力裂缝的扩展不同于常规天然气储层,为此应用损伤力学的方法研究了在流、固、热共同作用下的裂缝扩展规律。研究结果表明：与天然裂缝相遇后,水力裂缝会发生迂曲转向,部分水力载荷将消耗在非主裂缝的路径上,但迂曲一段距离之后,主裂缝仍会沿着平行于最大水平主应力方向延伸;主裂缝发生迂曲转向的临界条件随着天然裂缝数量、天然裂缝与最大水平主应力方向的夹角以及天然裂缝长度的不同而发生改变。该研究成果对煤层气藏进行水力压裂具有指导作用。     

不同相态二氧化碳前置酸压碳酸盐岩裂缝形成规律

选取延安气田下古生界马五1亚段碳酸盐岩露头,开展了清水、液态CO_2、超临界CO_2作用下的真三轴压裂实验,同时采用CT扫描技术,分析了碳酸盐岩中压裂裂缝的起裂和扩展规律。研究表明,超临界CO_2黏度低,扩散性强,压裂过程中滤失量大,有利于提高井筒周围岩石孔隙压力,明显降低碳酸盐岩的破裂压力,但压裂过程中井筒压力上升缓慢,致裂岩石所消耗的超临界CO_2体积远大于清水;天然裂缝不发育的碳酸盐岩,采用清水、液态CO_2压裂易发生张性破坏,压裂裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,采用超临界CO_2压裂易发生剪性破坏且水平应力差对压裂裂缝形态影响较小,近井筒处压裂裂缝扩展方向与最大水平主应力方向呈45°夹角,随扩展延伸距离的增加,在离井筒较远处逐渐转向最大水平主应力方向,裂缝迂曲度与前者相比有所增加;天然裂缝发育的碳酸盐岩,清水易沟通低逼近角天然裂缝,压裂后易形成"阶梯状"裂缝,裂缝形态相对简单,液态CO_2黏度低,易沟通高逼近角天然裂缝,压裂后易形成多方向缝,裂缝形态相对复杂,沟通高逼近角天然裂缝是碳酸盐岩压后形成复杂裂缝的关键。图9表3参29     

非均匀应力场作用下水力裂缝扩展特征数值模拟研究

由于各种影响因素的存在,储层中的局部应力场会发生变化,这些变化会使储层中的应力分布不均匀。水力裂缝在延伸过程中极有可能会穿过这些应力分布不均匀的区域,而水力裂缝的扩展形态与其所处的应力状态密不可分。本文以天然裂缝周围应力场分布为例,基于有限元软件ABAQUS建立了非均匀应力场下水力裂缝扩展模型,分析了水力裂缝穿越不同应力区域时的扩展特征。研究发现:在天然裂缝附近,水平主应力的大小和方向上不同于区域构造应力;当水力裂缝扩展至最小水平主应力减小的区域时,水力裂缝的延伸速率会增加,注入点的缝宽和注入压力均会不同程度下降;当水力裂缝扩展至最小水平主应力增加的区域时,水力裂缝的延伸速率会减小,注入点的缝宽和注入压力均会不同程度增加。论文分析了非均匀应力场对水力裂缝扩展特征的影响,为现场水力压裂施工提供了理论基础。     

潜山地层地应力方向识别方法及其对裂缝有效性的影响

在对潜山地应力方向识别原理进行了介绍的基础上,提出了三种利用成像测井新技术结合常规测井信息,判断现今最大水平主应力方向的方法。根据天然裂缝走向与现今最大水平主应力方向之间的关系,可以评价现今最大水平主应力对天然裂缝的保存和次生改造作用,从而判断裂缝的有效性。     

大庆长垣X71区块扶余油层现今地应力研究及应用

为了研究X71区块扶余油层现今地应力与人工裂缝的关系,指导注采井网部署,利用波速各向异性法和无源微地震法确定现今地应力方向,并通过声发射法和水力压裂法测量井点现今地应力。建立有限元模型,对X71区块扶余油层现今地应力场进行数值模拟。研究结果表明:扶余油层最大水平主应力为NEE—SWW方向,最小水平主应力为NNW—SSE方向,断层位置为应力低值区,构造低部位为应力高值区;人工裂缝沿最大水平主应力方向延伸,因此按最大水平主应力方向进行注采井网布置比较合理。     

水平缝发育低-超低渗透油藏注水开发特征

针对延长东部油田浅层水平缝发育油藏注水开发中存在的问题,根据矿场实践及测试统计结果,研究了该类储层裂缝分布规律,总结了不同于高角度裂缝和垂直裂缝发育油藏的注水开发特征。研究结果表明：该类储层中天然裂缝在物性较好的区域更易连续、成片集中分布。天然裂缝发育集中和连续区域的油井压裂破裂压力也相对较低,更易形成水淹区域;水平缝发育油藏注水开发中,裂缝发育区域周围的油井注水易形成多方向连片水淹,治理难度大,水驱效果较差。实践表明,水平缝发育油藏单靠平面井网优化难以有效避免注入水沿油井水窜,需寻求注采位置与沉积韵律和裂缝系统的纵向优化配置。研究成果对浅层水平缝发育低-超低渗透油藏有效注水开发具有积极指导作用。     

胶结型天然裂缝对水力压裂裂缝延伸规律的影响

为确定致密砂岩储集层中天然裂缝在水力压裂裂缝网络形成中的作用,采用渗流-应力-损伤耦合方法建立数值模型,并运用Monte-Carlo模拟方法,在数值模型中生成裂隙网络模型,研究天然裂缝方向、天然裂缝强度、水平主应力差、压裂液注入速率以及压裂液黏度对水力压裂裂缝延伸规律的影响。结果表明,天然裂缝与最大水平主应力夹角为30°~60°时,形成的水力压裂裂缝最为复杂。天然裂缝强度增大不利于分支裂缝和转向裂缝的产生,低水平主应力差条件下,天然裂缝展布方向主导水力压裂裂缝的延伸;在高水平主应力差条件下,应力主导裂缝网络的延伸;当水平主应力差为3.0~4.5 MPa时,水力压裂裂缝复杂程度最高,延伸范围最大。增大压裂液注入速率,会促进复杂水力压裂裂缝网络的形成;适当提高压裂液黏度,可以促进裂缝的扩展,但是当黏度过高时,裂缝仅在射孔周围有限范围内形成复杂裂缝网络。     

大庆油田葡南地区葡萄花油层裂缝定量预测

 应用单井交叉式多极子阵列声波测井、岩心的差应变和声发射地应力测试资料对葡南地区的构造应力场进行了定量研究，并应用3D Move软件对该区储层裂缝进行了定量研究。古应力场研究表明，该区燕山晚期的构造应力场为近E—W向水平挤压应力为主，平均最大主应力值为584MPa；喜马拉雅期的构造应力场为NNE—SSW方向水平挤压应力，平均最大主应力值为48.1 MPa；葡萄花油层现今最大水平地应力的范围在24~37MPa之间，最小水平地应力的范围在21.1~28.7MPa之间，最大主应力方向分别为NEE—SWW向。3D Move的裂缝预测和开启性研究表明，研究区裂缝发育呈近南北向条带状分布，裂缝主要分布在Pu381井—Ao356 67—Ao402-61一带、Ao344-14井区、M701井区、M6井区、M403-M405井区，裂缝发育方向以NNE、NWW两组；NE方向发育的裂缝开启性好于其他方向的裂缝；Pu381井区、Ao402-61井区及M403-M405井区以南区域裂缝开启性最好。预测的结果与实钻结果吻合较好。