天然裂缝对水力压裂的影响研究

在对石炭系天然裂缝发育地层进行水力压裂施工时，常会遇到异常高压及脱砂现象，有时导致施工的失败，而多裂缝是产生这些现象的根本原因。从裂缝的微观延伸出发，理论上剖析了井壁附近天然微裂缝在裂缝连接、裂缝延伸方面的作用：在水力裂缝延伸沿程的天然裂缝会改变水力裂缝的传播方向，从而导致裂缝的连接性能变差，产生多条水力裂缝；在射孔边缘的天然裂缝，虽然在方位上对裂缝连接极为不利，但仍可能成为水力压裂裂缝的最初通道，直接改变裂缝的延伸方向，使得裂缝自然连接的过程变缓或失败。针对上述情况，作为应对措施，一是加入细陶或微陶，封堵部分狭窄裂缝，兼降滤作用；二是，前置液中加入柴油，降低滤失：三是缩小射孔段的长度，减少裂缝的起裂点。     

天然裂缝对水力压裂的影响研究

从裂缝的微观延伸出发,从理论上剖析了井壁附近天然微裂缝在裂缝连接、裂缝延伸方面的作用:在水力裂缝延伸沿程的天然裂缝会改变水力裂缝的传播方向,从而使裂缝的连接性能变差,产生多条水力裂缝;在射孔边缘的天然裂缝,虽然在方位上对裂缝连接极为不利,但仍可能成为水力压裂裂缝的最初通道,直接改变裂缝的延伸方向,使得裂缝自然连接的过程变缓或失败.应对措施,一是加入细陶或微陶,封堵部分狭窄裂缝,兼降滤作用;二是在前置液中加入柴油,降低滤失;三是缩小射孔段的长度,减少裂缝的起裂点.     

天然裂缝对干热岩水力压裂裂缝扩展的影响规律

地热能是一种清洁、环保的可再生能源,具有低碳环保、稳定高效等特点,水力压裂技术是有效开发干热岩地热资源的重要技术手段。目前高温花岗岩水力压裂时天然裂缝对水力裂缝扩展的影响未进行广泛地研究,对其水力裂缝扩展规律的认识尚不清楚。为此,以常见的干热岩类型（花岗岩）为研究对象,开展了实时高温下真三轴水力压裂实验,探究两种类型花岗岩在不同温度下的裂缝扩展特征及导流能力,揭示了干热岩水力裂缝在天然裂缝影响下的扩展规律,评价了压后裂缝的导流能力。研究结果表明：(1)随着花岗岩温度的上升,其起裂压力降低,裂缝面迂曲度提高,水力裂缝扩展路径更加随机;(2)不同温度下花岗岩压裂后裂缝的导流能力不同,随着花岗岩温度的上升,水力裂缝的导流能力也随之提高;(3)相同条件下,裂缝型花岗岩起裂压力低于致密型花岗岩的起裂压力,且压裂后裂缝型花岗岩的裂缝导流能力显著高于致密型花岗岩的裂缝导流能力。结论认为,寻找天然裂缝发育的干热岩储层是高效开发利用地热能的关键地质因素,实验结果对指导干热岩储层水力压裂提供了理论支撑,有助于我国地热资源的有效开发。     

压裂时天然裂缝对储层温度分布的影响

水力压裂中前置液除了具有造缝作用,在高温储层中还有不容忽视的降温作用,从而影响水力压裂开采的效果。为研究天然裂缝对前置液降温过程的影响,基于有限体积法模拟了裂缝储层水力压裂温度场,分析了天然裂缝对注液过程中裂缝温度场的影响,在此基础上探讨了天然裂缝参数对储层温度分布及前置液降温效率的影响规律。模拟结果表明：(1)其他条件相同时,天然裂缝的密度越大、缝宽越宽、与人工裂缝的夹角越小,改造时储层温度降低幅度越大,前置液降温效率越高,储层降温到相同温度时所需前置液用量更少;(2)天然裂缝密度对裂缝性储层温度场的影响最大,当裂缝密度为0.66条/m时前置液用量仅为0.16条/m时的三分之一。(3)对于深层裂缝性储层水力压裂可以考虑从降温的角度来优化前置液用量及排量,从而降低经济成本。     

天然裂缝影响下的复杂压裂裂缝网络模拟

水力压裂缝与页岩储层中的天然裂缝沟通后,多因素影响下的起裂与延伸变化规律将决定裂缝网络的几何尺寸及复杂程度。根据断裂力学基础理论,引入裂缝起裂与延伸判定准则来研究裂缝延伸过程中角度变化趋势及延伸压力影响因素。在此基础上建立页岩气压裂复杂裂缝数学模型,分析不同岩石力学参数、地应力分布、裂缝物性参数以及施工参数对裂缝网络形态的影响。求解过程中以等压力梯度值划分裂缝延伸方向上的计算节点,能在迭代拟合流量分布之前显式求解裂缝几何参数,加快求解速度;将起裂与延伸准则作为分支缝扩展依据,能避免常规拟三维裂缝模拟中对缝长延伸的拟合,减少迭代次数。模拟结果表明,优选天然裂缝发育、地应力差较小的储层是形成缝网的充分条件;通过暂堵、转向等方式保持较高的缝内压力有利于分支缝以较大的曲率半径延伸更远的距离,扩大增产作用区域;模拟得到的缝网形态能够与现场微地震测试数据点的存在范围、分布密度实现较好地吻合,佐证了上述模型的准确性。     

二维条件下天然裂缝对压裂裂缝影响的分形分析

由于天然裂缝系统分布十分复杂,造成裂缝性储层水力压裂施工砂堵、多裂缝延伸等复杂情况时有发生,施工失败几率增多。从裂缝性储层压裂数值分析的难点入手,引入分形几何理论系统分析断裂和裂缝分布的分形维数,建立大、小尺寸裂缝分形维数之间的回归关系式,并编制可视化软件研究天然裂缝的二维迹线分布和分形参数对天然裂缝孔隙度及渗透率等参数的影响,并在二维PKN和KGD模型的基础上分析了分形参数对压裂缝几何特征的影响规律。研究结果表明：大尺寸断裂与小尺寸裂缝在分布上具有相似性,天然裂缝分布的孔隙度和渗透率随着裂缝发育程度的变化呈正增长趋势,PKN、KGD模型计算的缝长、缝宽都随分形维数的增大呈递减趋势。     

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。     

水力裂缝分形扩展对压裂效果的影响

为深入认识裂缝分形扩展对压裂效果的影响,研究了裂缝扩展分形性对裂缝延伸净压力及裂缝尺寸的影响规律。分析裂缝分形几何形态及其尖端应力场特征,并应用分形断裂力学理论对线性扩展净压力模型进行修正,得到了分形扩展净压力模型;在此基础上,结合力平衡模型及Sneddon最大裂缝宽度模型,建立了裂缝分形扩展与线性扩展的裂缝高度比模型和裂缝最大宽度比模型。数值分析结果表明:裂缝的分形扩展增加了裂缝高度、最大缝宽以及延伸所需的净压力;当50 m缝长处的裂缝扩展形态的分形维数由1.20增大至1.80,净压力比由1.50增大至6.30。在给定地层力学参数条件下,当分形维数由1.30增大至1.60时,20 m缝长处的裂缝高度比由1.04增大至1.11,裂缝最大宽度比由1.70增大至2.70。研究表明,分形扩展对裂缝几何尺度的影响明显,裂缝分形扩展程度越剧烈,裂缝高度和裂缝最大宽度的增量越大。      

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。     

在压裂改造中加深对砂岩储层天然裂缝发育状况的认识

结合河南泌阳凹陷安棚地区深层系不同类型的低孔、低渗，天然裂缝较发育的储层压裂所表现的不同的施工压力及工程特征，分析了不同的施工压力及工程特征的形成原因，提出了压裂不同砂岩储层应该采取不同的工艺技术措施，从而实现提高复杂砂岩储层压裂改造成功率和增产效果的目的。     

高温天然裂缝性凝析气藏压裂

在埋藏深度为３３００－３８００ｍ，地层温度达１８０－１９５℃，天然裂缝发育的凝析气藏中进行了１１井次的压裂施工。本文着重介绍了在完井和压裂设计、施工及效果评价等方面的一般方法及压裂液在高温下的粘度稳定及在此类裂缝发育地层内的防漏技术。压裂效果分析表明：（１）采用颗粒防滤失剂可以控制压裂液的漏失；（２）延迟交联是进行压裂的唯一途径；（３）压裂可大大改善裂缝性气藏的生产能力。     

天然页岩压裂裂缝扩展机理试验

采用大尺寸真三轴试验系统对页岩露头开展了水力压裂裂缝扩展模拟试验,并利用高能CT扫描观测压后岩心内部裂缝形态,研究了多种因素对页岩水平井压裂裂缝扩展规律的影响。试验条件下的研究结果表明：排量对裂缝复杂度的影响存在一定的范围;当水平地应力差小于9 MPa时,水力裂缝易沿天然裂缝转向,形成网状缝。随着应力差的增加,主裂缝（横切缝）的产生有利于沟通更多的天然裂缝,形成相对更复杂的裂缝;相同水平应力差条件下,水平应力差系数大于0.25时,有明显形成单一主裂缝的趋势;排量和压裂液黏度对水力裂缝几何形状的影响可用参数qμ表达,该值较低或较高都不利于缝网的产生;页岩层理的发育和胶结强度严重影响压裂缝网的复杂度。     

人工裂缝方位偏转对整体压裂效果影响研究

受储层非均质性等因素的影响,人工裂缝方向可能偏离井网方向,影响整体压裂效果。为此以白豹油田长6储层菱形反九点注采井网为例,建立了整体压裂和人工裂缝方位偏转时的压裂数值模拟模型,进行了整体压裂裂缝参数优化,研究了人工裂缝方位偏转对生产动态的影响程度。结果表明,人工裂缝方位偏转后采出程度大幅降低,特别是最有可能的裂缝小角度偏转采出程度降低最多,经分析建议裂缝方位发生偏转时应进行局部 注采井网调整或减小裂缝缝长。     

压裂参数对煤储层水力压裂裂缝的影响

以沁水盆地南部为研究对象,以流体连续性方程和裂缝内的压降方程为依据,以有限元软件ANSYS为平台,模拟了注入压力和压裂液黏度等压裂施工参数对煤储层水力压裂起裂压力和裂缝扩展的影响。模拟发现,裂缝起裂瞬间,射孔尖端受到的张应力等于煤岩的抗拉强度,且随着远离裂尖而逐渐减小;最大缝长和最大缝宽都随着注入压力的增大而近似线性增大;随着压裂液黏度的增大,最大缝长逐渐减小,最大缝宽逐渐增大,裂缝的起裂压力不变化。     

致密储层人工裂缝与天然裂缝夹角对水驱油效果的影响

为研究人工裂缝与天然裂缝夹角对水驱油效果的影响,考虑重力和裂缝对水驱油效果的影响,建立了非活塞式水驱油油水两相单向渗流模型,利用有限元分析方法,通过产量和含油率定量分析人工裂缝与天然裂缝夹角处于0°~90°时对水驱油效果的影响。研究表明:人工裂缝与天然裂缝夹角越大,油井产量越高,当人工裂缝与天然裂缝夹角为90°时,油井累积产量最高,且油井产量递减速度最小;人工裂缝与天然裂缝夹角增大,扩大了注入水波及基质系统的范围,驱油效果显著,当人工裂缝与天然裂缝夹角为90°时,裂缝系统和基质系统的驱油效果显著优于其他角度的裂缝分布,注入水波及范围最广,剩余油最少,但水驱油效率整体较低。该研究结果有助于认识裂缝分布对于水驱开发效果的影响,并预防水窜的发生。     

天然裂缝对气井产能影响研究

基于稳态渗流理论,采用等值渗流阻力法,建立了裂缝性气藏稳态渗流理论模型,推导了考虑天然裂缝时气井产量提高幅度的表达式,分析了天然裂缝渗流参数对气井产能的影响。研究结果表明:裂缝越靠近井筒,裂缝长度越大,气井产能提高越明显;裂缝开度和裂缝渗透率均存在合适的范围,即存在最佳裂缝导流能力;裂缝密度对气井产能的影响仅在裂缝导流能力较小的情况下才会表现出来。从理论上证明了对于裂缝性低渗透气藏,选择在天然裂缝发育区布井能够较大幅度提高气井产能。     

裂缝参数对水平井压裂产能的影响

选择一种便于常规应用的水平井压裂产能公式，设定一组具有一定代表性且范围较宽的裂缝参数进行计算和分析，以便对各参数的作用和特点有较具体和明确认识。     

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.     

压裂改造裂缝网络构建技术及其应用

微地震监测技术通过接收储层压裂改造时岩石破裂的震源信号获取破裂点的空间位置,但是如何基于监测结果刻画裂缝的空间展布形态则是微地震解释面临的一个技术难题。为此,首先研究了基于时距交会分析的无效压裂事件识别和基于"点缝"连接准则的裂缝网络构建技术,在此基础上建立了裂缝网络构建技术流程,并利用某压裂段的监测资料进行了方法测试,最后,利用该方法对某工区压裂井进行了裂缝网络构建,并结合地层属性特征对压裂改造效果进行了评价。最终形成了压裂改造裂缝网络构建技术,建立了微地震定位结果与裂缝网络之间的桥梁,通过无效事件识别,提高了裂缝网络的合理性。四川盆地某微地震地面监测资料裂缝网络构建应用结果表明,利用压裂改造裂缝网络构建技术所构建的裂缝网络能够直观展示裂缝空间展布形态及其复杂度,揭示裂缝生长发育过程,为结合储层特征进行压裂改造效果评价提供了可靠依据。     

裂缝转向对低渗地层水平井压裂的影响

水力裂缝转向作为压裂过程中的一种重要现象,可造成近井筒裂缝的弯曲,对于裂缝中支撑剂的传输和流体的流动规律具有很大影响,可最终影响水力压裂的成败和人工裂缝的导流能力。统计了长庆油田水平井压裂施工的部分资料,分析了长庆油田水平井压裂的特点。结合二维裂缝的平面应变模型,建立了裂缝转向的曲率半径与地层物性参数和压裂施工参数的关系,并针对性地分析了不同参数对于裂缝曲率半径的影响。结果表明,水平应力差对裂缝的转向距离有决定性的影响,压裂施工排量对水力裂缝高度的增长贡献显著,控制排量、延长注液时间能有效增加裂缝长度。结论对于压裂参数优化设计和水力压裂施工具有参考意义。