地应力对爆炸压裂影响规律的数值模拟研究

为了揭示地应力场对井内爆炸压裂作用下裂缝形成及分布的影响规律,进行了井内爆炸压裂室内模拟试验。基于弹塑性损伤理论建立了井内爆炸压裂数值计算模型,在借助试验结果验证模型准确性的基础上,研究探讨了地应力场对爆炸压裂作用下裂缝扩展规律的影响。研究结果表明:试验条件下,炮眼内炸药爆炸后并未对炮眼造成粉碎性破坏,且裂缝沿曲线扩展;爆炸压裂作用下井壁围岩中将产生长而宽的主裂缝和短而细的次裂缝;主裂缝扩展方向受地应力场控制,垂直于最小水平地应力方向;不同地应力场条件下,裂缝扩展范围及密度亦随之发生改变。 研究表明,准确掌握地应力大小及方位,有利于控制主裂缝的扩展及分布形态。      

大庆外围油田地应力特征及人工裂缝形态分析

通过分析大量的试验资料,简要论述了地应力研究的方法和手段,搞清了大庆外围油田部分区块的地应力分布规律。研究结果表明,井点地应力大小以最大垂向主应力为主,水力压裂裂缝为垂直缝;最大水平主应力方向以近东西向为主,水力压裂裂缝的延伸方向也以近东西向为主;但受断层影响的平面地应力大小和方向差异较大,导致水力压裂裂缝的延伸方向有所改变,大量的现场微地震人工裂缝方位监测结果也说明了这一点。     

由非完整压裂曲线解释地应力的方法

水力压裂的地破试验是测量深部原位地应力的有效方法,从完整地破试验曲线可以解释出地应力,但现场地破试验大多得到非完整地破试验曲线,无法从中解释出地应力。利用弹性力学方法,提出了裂缝扩展压力与两个水平主应力的关系,结合裂缝起裂压力与两个水平主应力的关系进行地应力解释。琼002井4 340 m处地应力解释结果表明:由非完整压裂曲线解释地应力方法与传统解释方法得到的最大地应力相差0.53%,最小地应力相差0.15%。由非完整压裂曲线解释地应力的方法具有可靠性与准确性。     

页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究

为了给彭水地区页岩气开发提供技术支持,进行了页岩储层水力压裂物理模拟试验研究,建立了一套页岩储层水力压裂大型物理模拟试验方法。利用声发射监测系统实时监测了页岩压裂裂缝的产生与扩展演化过程,观察了水力压裂裂缝形态,并探讨了压裂液黏度、地应力差异系数、压裂液泵注排量等因素对水力裂缝形态及其扩展的影响。试验结果表明,随着压裂液黏度降低、地应力差异系数减小,水力裂缝沿着天然裂缝方向延伸,将原有天然裂缝沟通并形成网络裂缝。根据泵压曲线变化结果,提出在实际压裂施工过程中采用变排量的方式提高压裂改造体积,这可为页岩气压裂优化设计提供依据。      

关于地应力制约裂缝取向及油藏压裂开发几个问题的探讨

本文提出了垂直天然裂缝和水力压裂裂缝的取向,与最大水平地应力方向是一致的,裂缝取向是不可人为的。还讨论了在水力压裂过程中,破裂压力和闭合压力等与水平地应力的关系。因此,要充分利用这些规律,以提高油藏的开发效益。     

转向压裂工艺在长庆油田的适应性分析

长庆油田超低渗透油藏所占比例较高,常规压裂增产幅度有限,为探索提高单井产量的新途径,进行了裂缝转向研究及试验。通过综合分析及现场试验,分析了水力压裂裂缝转向的应力变化条件和诱导储层地应力发生变化的因素,认为诱导储层地应力发生变化的主要因素为采油井生产、注水井注水及水力造缝等。结合长庆油田老井重复压裂、新井储层压裂改造的实际需要,分析了转向压裂工艺对长庆油田老井、新井储层改造的适应性。结果表明:老井由于多年的注水井注水、采油井采油使得地应力发生了较大的变化,在一定条件下能够满足裂缝转向对储层地应力变化的要求;对于新井,储层地应力变化较小,裂缝转向难度大。     

大尺寸致密砂岩露头水力压裂物理模拟实验

针对沙河子组致密砂岩露头,首次系统开展了50 cm×50 cm×50 cm及以上尺寸岩样的真三轴水力压裂物理模拟实验,在进一步弱化边界效应的前提下,探究了天然裂缝、地应力条件、暂堵工艺等因素对裂缝扩展的影响机制,创新了试件压后裂缝三维形态构建方法.研究结果表明:含天然裂缝岩样,当水平地应力差在9 MPa以下时,天然裂缝产状为压后裂缝形态的关键影响因素,当水平地应力差在12 MPa以上时,天然裂缝产状影响弱化,易形成单一裂缝;无天然裂缝岩样,常规压裂均为单一裂缝,高黏压裂液压后裂缝面相对平直;暂堵后,采用高黏压裂液压裂,易在原裂缝两翼均形成封堵,产生新缝;水平地应力差越大,暂堵压裂新裂缝转向半径越小,距离原裂缝位置越近,改造效果越差.研究结果为致密砂岩现场压裂方案设计提供了有效指导.     

松南深层储层人工裂缝特征及压裂对策研究

松南地区深层储层主要分布火山岩和碎屑岩,属低孔特低渗储层,储层分布不稳定,物性变化大,压裂施工中多数井存在砂堵和高压停泵的问题,压裂成功率较低。通过压裂压力分析、地应力试验评价和监测资料分析等,得出松南深层压裂人工裂缝特征主要是:地层弹性模量大,岩石变形困难,破裂压力较高;天然裂缝发育,引起较窄的多裂缝起裂和延伸;储隔层地应力差较小而造成缝高延伸过量。针对压裂裂缝特征和压裂难点进行了相应的压裂工艺技术研究,并进行现场试验,取得了良好的压裂效果,大大提高了压裂的成功率。     

优化反分析方法在地应力与裂缝研究中的应用

应用优化反分析方法建立了基于常规测井资料的地应力及裂缝分析模型,该模型可以利用声波、密度和自然伽马等资料求取井筒附近的岩石力学参数、地应力及裂缝参数的连续剖面,为钻井过程中保持井眼稳定、压裂设计等提供参考.以胜利油田纯化油区几十口井的实际资料为例进行计算分析,获取了相应的地应力及裂缝分布规律,并首次回归拟合了该油区三向地应力随深度变化的关系曲线.大量试验结果和现场应用情况表明,该方法准确可靠,成本较低,适应性强.     

水平井水力压裂裂缝扩展影响因素研究

本文采用大型有限元分析软件建立了水力压裂模型,通过模拟压裂过程,得到裂缝宽度与缝高方向路径关系曲线。为研究实际水力裂缝扩展过程中储层内地应力差异、施工排量和压裂顺序等因素对裂缝扩展规律的影响,本文采用控制变量法对这些因素的影响进行了分析。     

页岩水平井重复压裂现地应力场计算方法

页岩水平井分段压裂改造后产能递减快、稳产期短,需要进行重复压裂以提高页岩气井的产量和最终可采资源量,而重复压裂的成功与否决定于选井选层工作和压裂优化设计,尤其是弄清重复压裂前现地应力场的分布情况以确保满足老缝张开与新缝起裂条件。为此,充分考虑构造运动、储层天然裂缝分布情况及层理关系,基于测井数据和施工压力数据,构建了原地应场计算模型;并依据等效主裂缝理论,采用加权平均法计算缝内净压力,在生产衰竭诱导基础上,通过线性叠加原理建立了页岩多段簇水平井重复压裂现地应力场计算方法。结果表明:①页岩水平井原地应力计算方法中,原地应力场水平应力构造系数由压裂施工数据反演得到,可真实反演原地应力场大小;②根据不同裂缝段簇和孔隙压力降低产生的诱导应力变化特征建立的诱导应力场计算方法,对实例井的计算结果和压后产量变化都显示长水平段多段簇压后裂缝诱导应力已使地应力场发生转向。结论认为:页岩水平井重复压裂现地应力场计算方法能够为现场重复压裂优化设计提供理论支持。     

射孔对水力压裂多裂缝的影响

为了深刻认识射孔方式如何影响水力压裂的多裂缝问题,在对已报道的实验结果及文献的研究基础上,采用了理论模拟、实例剖析、归纳总结等手段,得到以下结果:(1)射孔方式影响人们对压裂施工压力的大小与多裂缝条数多少的判断.不利的射孔深度、射孔方式能够增加施工压力,影响对等效裂缝条数的判断,减小裂缝的有效宽度,造成加砂压裂困难.(2)射孔方位与多裂缝的形成密切相关.对于具有不利的地应力对比的构造或改造目的层而言,能够造成同方位的多裂缝,导致加砂压裂困难,此时应根据地应力状态选择合理的射孔方式;不同的射孔方式还可能直接造成不同方位的多裂缝,影响压裂改造的效果.(3)射孔长度影响多裂缝的条数.对于裂缝性地层而言,射孔长度与多裂缝条数有着直接的关系,同样影响着加砂压裂的成功与否,而适当缩短射孔段长度对石炭系地层的压裂改造有着积极的意义.结论为:射孔对水力压裂改造中的多裂缝现象具有重要的影响和支配作用.     

重复压裂前地应力场预测软件研究及现场应用

综合考虑初次裂缝的存在以及油气井的生产对原应力场的影响,研制了重复压裂前地应力场的预测软件。运用该软件考察了新站油田7口井重复压裂前的地应力场,对其中4口可能发生重复压裂裂缝转向的井实施了转向重复压裂。在现场施工中,用地面测斜仪监测了裂缝的形成和扩展过程,压裂后用数值模拟方法拟合的各井生产历史动态表明,试验井发生了重复压裂裂缝转向,证实了地应力场预测软件的有效性。     

塔河油田二叠系火山岩储集层裂缝参数模拟

基于岩石破裂准则,建立了造缝时期古地应力和现今地应力与裂缝参数之间的关系,通过构造解析确定了造缝时期古地应力的性质和方向,用声速法、水力压裂法和声发射法计算了现今地应力的方向和大小,将裂缝参数计算模型代入古今地应力场的数值模拟结果中,模拟计算了塔河油田二叠系火山岩储集层裂缝的开度、密度和孔隙度。根据岩心观测和测井解释所得的裂缝参数数据编制全区的裂缝线密度与体密度的等值线图来验证模拟结果,表明模拟结果可靠。     

海拉尔盆地凝灰质储层地应力确定及应用

根据黏滞剩磁法、井筒崩落及热弹性应变恢复方法来确定储层地应方向,确定出海拉尔盆地凝灰质储层水平最大主应力方向在NE91°～106°,水平最小主应力方向在NE1°～16°.综合运用差应变法与小型压裂测量确定地应力大小,着重分析了水力压裂时裂缝和地应力的关系,确定了凝灰质储层水力压裂缝为垂直裂缝;继而探讨了地应力在油田注水...     

塔河油田靶向压裂预制缝转向技术模拟研究

塔河油田超深油气资源主要储存于碳酸盐岩天然裂缝、孔洞中,应用预制缝靶向压裂技术可以控制裂缝转向,提高油气产量。采用修正降阻比法计算管柱沿程摩阻,结合裂缝不稳定渗流理论计算缝内压力变化,利用位移不连续法计算裂缝转向距离,建立了裂缝扩展一体化模型。计算分析了缝洞型碳酸盐岩含有预制缝的靶向压裂裂缝扩展方向角度和扩展延伸长度等参数,并将施工参数与压裂裂缝转向距离进行关联,采用有限元法及物理模拟试验进行准确性验证。研究结果表明,压裂液黏度、预制缝角度、地应力差和地层岩石弹性模量等参数与压裂裂缝转向距离呈负相关关系;预制缝长度与裂缝转向距离呈正相关关系;施工排量需要优选,才能得到最优转向距离。靶向压裂预制缝转向技术的模拟研究结果,为塔河油田超深碳酸盐岩储层缝洞储集体的高效开发提供了理论指导和数据支持。      

江汉拖市低渗透油田压裂工艺及机理研究

利用室内岩石力学试验，获取了压裂设计必须的拖市油田产层、隔层的物性参数基础资料，并用Kaiser效应测量了对应地层的地应力大小，结合测井解释资料，计算了地应力剖面，为压裂设计提供了‘基础数据。同时，利用现场小型压裂的试验数据，计算了受地应力影响的进井摩阻。计算结果与实验结果表明，拖市油田的水力裂缝在近井地带发生偏转，此时裂缝的动态缝宽较小，携砂液的吸收能力差。在此计算结果的基础上，提出了符合拖市油田压裂施工设计的基本原则。     

公山庙油田沙溪庙组油藏压裂裂缝形态研究

公山庙油田沙溪庙组储层天然裂缝较为发育,通过对储层天然裂缝特征、地应力状态、施工资料和微地震资料的综合分析,研究了该区压裂形成的人工裂缝形态。研究表明该区压裂形成的人工裂缝形态主要受地应力状态控制,压裂过程中形成的裂缝以水平裂缝为主;天然裂缝对压裂裂缝形态有重要影响;压裂形成的人工裂缝沟通天然裂缝,形成了复杂的裂缝形态,有效地提高了储层改造体积,实现了对Ⅲ类致密油储层的有效改造。     

储层天然裂缝与压裂裂缝关系分析

方法：运用构造物理分析方法,论述了储层中天然裂缝与压裂裂缝之间的关系。目的：确定天然裂缝对人工压裂裂缝的影响。结果：储层中不同天然裂缝组合及其与最大主应力间的相对方位,决定了压裂裂 方位和裂缝宽度等空间分布规律,结论：天然裂缝在压裂时活动与否,主要取决于地应力差,岩石和天然裂缝的抗张强度及裂缝与最大主应力方向间的夹角等因素,在压裂造缝时要充分考虑现今应力场特征,岩石和天然裂缝的力学特征及其组合规律。     

定向射孔对水力压裂多裂缝形态的影响实验

定向射孔广泛应用于油气井完井措施,其对水力压裂的人工水力裂缝形态有很大影响,定向射孔方向与最大水平地应力方向的夹角、远场水平地应力的差值都会影响到裂缝的起裂部位和整体形态。为此,采用大型(试件尺寸300mm×300mm×300mm)真三轴水力压裂物理模拟实验系统,研究了定向射孔水力压裂人工水力裂缝起裂和形态的影响因素。结果表明:定向射孔方位角和水平地应力差影响很大;定向射孔水力压裂形成的人工水力裂缝可能不是理想的平直双翼裂缝,而是双翼弯曲裂缝,在水平应力差和定向射孔方位角较大的情况下,容易形成由定向射孔方向和最大水平地应力方向多点同时起裂的非对称多裂缝系统或穿过微环面的双翼裂缝;提高原场地应力测量的精度和定向射孔的定向精度,将定向射孔方位角控制在较小角度,有利于避免产生形态复杂的人工水力裂缝,降低压裂施工难度和砂堵风险,从而达到改进压裂增产效果的目的。最后,还对完井和压裂施工提出了建议。