大庆喇萨杏油田水力压裂人工裂缝形态研究

水力压裂裂缝形态对于判断压裂增产效果及研究压裂与套管损坏的关系是极为重要的。回顾了大庆油田压裂裂缝形态研究的历史,认真分析了每一次压裂裂缝形态结论的依据与条件。对大庆长垣地应力的系统分析和研究表明,大庆喇萨杏油田的地应力状态是处于两种类型地应力的过渡带上,即垂向应力居中与最小这两者并存,且垂向应力居中比例略高。依据水力压裂的基本原理,也不难得出水力裂缝形成的垂直缝比例略大的结论。     

富县探区中生界油藏储层压裂裂缝形态研究

水力压裂裂缝形态是油层压裂设计首先要考虑的问题针对中原油田富县探区中生界油藏储层埋藏深度浅,跨度大(300～1100 m),储层三向地应力变化大,压裂裂缝形态复杂的情况,通过对区域构造特征、岩芯地应力、岩石抗张强度、瞬时停泵压力、压裂时缝内净压力、岩石横向非均质性等综合分析,得出该区人工裂缝以水平缝为主,垂直缝及高角度斜交缝也有可能存在,而且人工裂缝在延伸过程中还可能发生转向。     

水力压裂裂缝形态和破裂压力的研究

本文论述了用二维和三维模拟水力压裂试验的结果,包括:1.压裂所形成的裂缝特点的分析和研究;2.破裂压力与地应力的关系;3.裂缝形态随地应力的变化关系;4.对我国某些油田部分油层岩石力学参数的测定方法和测量结果。本文根据试验结果提出了“震动压裂”的概念,初步探讨了提高压裂增产效果的新途径。     

井下微地震监测技术在公003-H16井水力压裂中的应用

井下微地震监测技术是目前国际上公认的最先进的裂缝监测技术,利用该技术对公003-H16井水力压裂裂缝形态进行了监测。井下微地震监测结果与压裂施工曲线进行紧密结合后,对及时优化压裂参数、实时调整施工方案提供了重要依据。井下检波器监测到的最远微地震事件信号距离检波器达到950m,监测结果清晰地反映了压裂井地层地应力方向与大小,地层非均质性,水力压裂产生的裂缝方位、缝长、缝高、缝宽等参数,为该区块以后油井的部署与储层改造提供了重要参考。     

地应力测量技术在营11断块开发中的应用

地层地应力的大小和方向是油田勘探开发中经常用到的参数。低渗透油藏的开发需要压裂和油层改造，地层最大水平主应力的方向就是水力压裂后裂缝发育的方向。营11断块沙三属于高压低渗透油藏，要在该区块取得高产，必须实施水力压裂及其它增注措施。利用地应力资料设计整体开发方案，取得了明显的成效。     

压裂“X”形裂缝提高单井措施效果的新方法

为了提高特低渗透油藏新井的压裂效果,提出了采用定向射孔技术进行转向压裂从而形成"X"形水力裂缝的新方法。基于有限元三维应力分析,研究了定向射孔下水力裂缝的起裂机理。根据断裂力学理论,建立了基于复合应力强度因子的裂缝延伸和转向判据模型,推导确定了缝内压力分布、复合应力强度因子及裂缝扩展方向角的计算公式,编制了定向射孔转向压裂裂缝延伸形态的模拟软件,分析了射孔方位角、最大水平主应力和最小水平主应力差值对转向裂缝形态的影响程度,采用定向射孔和限流法压裂的施工方式,形成了在单个油层中压开"X"形裂缝的改造方法。现场试验了6口井,通过裂缝监测,证明该技术是可行的。     

吉县区块煤层气U形水平井水力压裂裂缝形态监测与模拟实验

为准确获得吉UX井开采层位水力压裂裂缝的形态及方位,利用地面测斜仪水力压裂裂缝监测技术,对吉UX井9段开采层位进行水力压裂裂缝监测,获得了水力压裂裂缝的形态;利用真三轴水力压裂模拟系统,模拟吉县区块地应力状态,对煤岩进行了水力压裂模拟。监测和实验结果都表明,裂缝扩展以水平缝为主,用水平井在一个小层内压裂,纵向上难以有效沟通多个小层。据此认为,吉县区块采用水平井压裂沟通多个小层的开采方式,具有极大的投资风险。     

地应力扰动场研究及其对人工裂缝形态的影响初探

油层中水动力场变化及构造应力场的扰动,严重干扰了油层原始地应力场,会导致水力压裂人工裂缝形态的判断错误.以大庆长垣萨南地区为例,在考虑油田注水开发不同阶段油层地应力与流体压力耦合效应的基础上,建立描述油层流一固耦合非线性渗流模型和岩石破裂力学模型,运用数值模拟技术模拟地应力场性质及分布规律,并依此探讨水力压裂人工裂缝分布、形态特征及与应力场的关系.     

页岩储层中同步压裂形成复杂缝网可行性研究

同步压裂能够更好地利用2个井筒中裂缝诱导应力干扰,降低地应力差异系数,使页岩油气藏产生更加复杂的裂缝形态。文中运用位移不连续理论,建立了二维平面裂缝诱导应力场数学模型,讨论了页岩储层形成复杂缝网所需要的地应力条件,分析了裂缝净压力、裂缝参数和原地应力场等因素对同步压裂形成裂缝网络复杂程度的影响规律。结果表明,裂缝净压力越大、裂缝长度越长、原地应力差异越小,页岩储层形成复杂缝网的可行性越大。研究结果对判断我国页岩油气藏能否应用同步压裂形成复杂缝网具有一定的理论指导意义。     

裂缝性地层水力裂缝复杂形态延伸分析

多种研究表明,在裂缝性地层中,水力裂缝由于受天然裂缝作用的影响可能延伸为多分支、非平面的复杂裂缝体系.从矿场试验、室内实验、数字实验和图貌监测4个方面分别论证裂缝性油气藏压裂过程中天然裂缝的存在对水力裂缝延伸的影响,并分析裂缝性地层水力裂缝沿天然裂缝的非平面延伸规律.矿场相交试验结果表明,在地质非连续体地层中,压裂后的水力裂缝多以分支缝的方式延伸;室内相交实验发现,在一定的逼近角和水平主应力差条件下,天然裂缝会改变水力裂缝的延伸形态和扩展模式;数值模拟方法和微地震监测证实,裂缝性储层水力压裂后所形成的裂缝体系是复杂的缝网系统.裂缝性地层中水力裂缝呈复杂的非平面延伸,与均质地层压裂产生的对称双翼平面裂缝有很大差异.     

层间应力差对水力裂缝扩展影响的大尺度实验模拟与分析

储隔层水平地应力差是水力裂缝高度延伸的主控因素,采用大尺寸全三维水力压裂实验系统模拟储隔层地应力条件,对长庆长6砂岩进行水力压裂裂缝垂向扩展模拟实验,并实现对大尺度岩样内部裂缝扩展的全三维实时声波监测。通过声波监测结果与实际裂缝形态对比,讨论了层间应力差、施工参数(排量、黏度)、施工压力对裂缝垂向延伸的影响。结果表明:缝高受层间应力差控制明显;同时施工参数也会影响裂缝的垂向延伸,高黏流体压裂有利于缝高延伸;对于均质致密砂岩岩样,实时声波监测技术能够对裂缝扩展动态进行有效监测。本研究为缝高延伸机理研究提供了实验手段,也为现场微地震监测提供参考。     

水平井多裂缝同步扩展数值模拟

为探究页岩气藏水力压裂复杂裂缝网络的形成机理,开展了水平井多裂缝同步扩展的数值模拟研究。考虑井筒和裂缝内流体流动,耦合岩体变形,建立了多裂缝同步扩展数学模型,利用裂缝尖端渐近解隐式求解裂缝扩展步长,并采用扩展有限元方法对模型进行了求解。通过与经典模型计算结果比较,验证了数学模型与算法的正确性,并将数值算法运用于2个算例。多裂缝同步扩展时,两侧裂缝的长度和宽度比中间裂缝的大。裂缝间距越小时,两侧裂缝偏离初始最大主地应力方向角度越大,中间裂缝宽度越小;地应力差越小时,两侧裂缝偏离初始最大主地应力方向角度越大。研究结果表明,应力阴影作用对多裂缝同步扩展轨迹和几何形态具有重要作用,且裂缝间距越小,地应力差越小,应力阴影作用越强,裂缝形态越偏离单裂缝扩展形态。     

一种页岩体积压裂复杂裂缝的量化表征

基于典型页岩压裂复杂裂缝分布形态,在考虑裂缝复杂程度、裂缝分布和裂缝对产量贡献的基础上,建立了复杂裂缝表征方法,提出了裂缝潜能指数的概念,作为定量对比复杂裂缝优劣的参数之一。使用上述裂缝表征方法计算裂缝在距离改造点不同位置处的分布密度,以判断裂缝系统的增产有效性。根据4种典型裂缝分布形态的表征结果,相对于裂缝分布曲线先缓慢上升后急剧增加的内疏外密裂缝系统,分布曲线先急剧增加后缓慢上升的内密外疏的裂缝增产效果更好。开展了页岩水力压裂物理模拟实验,进行了裂缝形态表征对比。结果表明,与高水平地应力差条件相比,低水平地应力差下形成的裂缝网络的潜能指数和单位复杂程度对应的潜能都明显较大,说明低水平地应力差下的裂缝网络具有较大的提高产量潜力。研究结果显示,建立的裂缝表征方法综合体现了裂缝复杂程度、裂缝分布特征和裂缝对产量的贡献,可用于评价和描述页岩压裂复杂裂缝的增产有效性。     

水力压裂力学机理新探索

引入分形理论、岩石损伤力学和岩石断裂力学等相关领域的最新研究成果，综合采用理论分析、试验研究和数值分析等手段，主要对油气藏水压裂缝的分形特征、水力压裂裂缝起裂延伸的损伤力学模型和裂缝几何形态模拟的损伤力学模型等方面进行分析研究，力图对上述水力压裂力学机理研究中关心的问题进行深入细致地理论分析与探索，分析了相应的力学模型和计算方法，并进行了探索性的算例分析，为水力压裂力学机理的研究提供了新的方向和新的思路。     

地应力剖面在储层开发中的应用

地应力剖面的研制为测井资料开辟了新的应用领域。通过对川西XL气田4口井的地应力剖面分析,川西XL气田沙溪庙组储层岩石力学参数、三向主应力、水平应力场方向、工程常用压力及出砂指数有如下特征孔隙、裂缝的发育程度能够对储层的力学性质产生影响;三向主应力一般满足关系式σ     

川西凹陷新场气田三维地应力场反演分析

根据川西凹陷新场地区及邻区已有的地层岩性、地质构造及其演化等资料,结合深部岩体钻井岩心裂缝发育特征编录、完井报告、录井测井地应力和裂缝分析成果,建立了研究区的地质模型。利用已有的井孔崩落、钻井诱导缝分析、水压致裂曲线分析、岩石Kaiser效应测试等技术所获得的地应力资料,作为计算模型的应力边界条件和地应力场反演的井段现今地应力参考值,采用三维数值模拟技术对川西凹陷新场气田进行了三维地应力场反演分析。研究结果表明,总体上最大水平主应力以近NEESWW向为主,但在断层附近主应力方向发生明显偏转,主体方位与区域构造应力作用主方向一致。各主地应力值总体上随深度的增加而变大,与深度之间有较好的线性相关关系,由于新场须二段各目的层均发育较多断裂构造,因此其应力场表现出明显的不连续性,使地应力值和方向发生局部变化,在断层端部和转折部位表现出较明显的最大主应力和剪应力集中现象,而在断层两盘部位则出现应力消散特点。     

页岩油气藏水平井井间干扰研究现状和讨论

低渗页岩储层难以自然形成工业油气流,常采用水平井和水力压裂建立人工缝网以保证商业化开采。然而,随着大规模加密布井和压裂,水平井间距缩小、储层改造体积增加,井间出现人工裂缝导致的干扰,影响邻井的井口压力和产量,甚至诱发井控、套损和支撑剂侵入等问题,严重时导致水平井报废,极大地影响生产效率。此外,老井亏空会导致储层地应力在原位地应力的基础上发生动态演化,形成复杂地应力状态,继而影响加密水平井和重复压裂井的储层改造效果,限制井平台产能表现。我国准噶尔盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等地的页岩油气资源开发已进入小井距和加密布井阶段,井间干扰已对正常生产产生明显影响,急需开展针对性研究。本文对国内外页岩油气藏的井间干扰现象、机理以及诊断方法进行全面、详细的介绍,并提出干预对策。研究认为:准确表征与预测压裂水平井井间干扰需要在地质工程一体化的框架下展开;对天然裂缝、断层、原位地应力和储层岩石力学特征的准确认识是评价井间干扰的前提;地层亏空诱发的动态地应力和复杂人工缝网的建模与表征是定量评价井间复杂缝网交互与连通的关键手段,也是定量预测井间干扰对于井平台最终可采储量(EUR)影响的有效方法;关井、老井注液、重复压裂、优化井距和压裂优化都是干预或减小井间干扰的手段。     

渤海变质岩潜山油藏储集层综合评价与裂缝表征

综合利用岩心、薄片和成像测井等资料,对渤海JZ25-1S油田变质岩潜山油藏进行了储集层评价和裂缝表征研究。将JZ25-1S潜山储集层纵向上划分为风化壳、半风化壳和基岩3段以及裂缝-孔隙型、孔隙-裂缝型和微裂缝-致密型3种储集层,并利用原油包裹体检测技术、区域地应力方向及声波全波列测井资料评价了裂缝的有效性。分析结果表明,研究区半风化壳储集层最为发育,孔隙-裂缝型储集层为主要产层,裂缝的主要走向与潜山主断层走向大致平行,以与现今最大地应力方向基本保持一致的晚期开启的倾斜裂缝最为有效。最后综合成像测井精细解释与生产实际应用,确定出定性-半定量的储集层划分标准,将潜山储集层划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个级别。图10表1参16     

激波掠过后岩石相对损伤度与裂缝渗透率关系模拟实验研究

为了将岩石动载损伤的研究成果应用于爆炸增产技术优化设计和施工中,开展了激波作用下岩石相对损伤度与裂缝渗透率的定量关系研究。依据激波作用后试样的损伤实验结果,建立了激波掠过后试样的相对损伤度模型,并定义了无量纲弹性波速。依据无量纲弹性波速,求得了相对损伤度与裂缝孔隙度的定量关系。利用实验数据和理论模型,得到了裂缝孔隙度随裂缝渗透率的变化规律,并求得了裂缝的平均宽度。依据裂缝孔隙度,求得了相对损伤度与裂缝渗透率的定量关系。定性地对地层条件与实验条件下的渗流强化结果进行了对比,并预测了爆炸压裂技术在低渗透油藏的增产效果。