重复压裂裂缝起裂角模型研究

考虑流固耦合下重复压裂井周围注/采孔隙压力分布,建立重复压裂井周围孔隙压力诱导最大主应力和主应力方位角数学模型;考虑初次人工裂缝内充满弱可压缩流体,引入流体影响因子,建立初次人工裂缝诱导应力场模型;根据线性叠加?理,建立重复压裂井周围应力场分布模型;根据裂纹破裂准则,建立了重复压裂裂缝起裂角数学模型,得出重复压裂裂缝起裂角范围,并通过两口重复压裂井计算结果与生产结果进行对比,表明模型计算结果准确,且计算方法实用。     

低渗透油气田重复压裂诱导应力场模拟研究

重复压裂井中新裂缝重定向的主要影响因素有人工裂缝、孔隙压力变化、地层温度变化。应用弹性力学、孔隙弹性理论以及热弹性理论建立三者相应的诱导应力场数学模型,并用ANSYS软件进行诱导应力的计算。结果表明：诱导应力在最大水平主应力方向和最小水平主应力方向的改变量不同,在最大水平主应力方向上应力变化值高于最小水平主应力方向上的变化值;如果诱导应力差大于初始水平应力差,则初始最大水平应力方向将变为目前最小水平应力方向,重复压裂新裂缝将垂直于初始裂缝方向起裂。     

气井重复压裂前应力场分析

重复压裂是针对初次压裂作用失效,或具备提高油气产量潜力的井进行再次压裂改造的工艺措施。研究重复压裂造缝机理及裂缝转向机理可以提高重复压裂的成功率和大幅度提高油气井产量。四川盆地川西地区作为重要的天然气生产基地,目前有相当多的压裂井失去了增产功能,需要重复压裂提高气井产能。为此,基于应力场分布理论,以川西地区某井为例,结合气井地质特征,采用有限元分析方法建立模型对井筒周围应力场、初次人工裂缝产生的诱导应力场以及生产过程中孔隙压力改变产生的诱导应力场进行仿真。结果表明:(1)诱导应力集中位于裂缝尖端,离裂缝越远诱导应力越低;(2)不考虑流固耦合情况下,孔隙压力增大,应力转向距离减小;(3)井眼周围应力场转向范围随着原地应力差的增大而减小;(4)生产压差越大越容易产生地应力转向;(5)缝宽越大、裂缝越长越容易发生地应力转向。本模型可快速模拟井筒及裂缝周围应力场转向范围,确定重复压裂是否产生新裂缝和重复压裂的最佳时机,对优化压裂施工设计、提高重复压裂成功率具有十分重要的作用。     

重复压裂气井三维诱导应力场数学模型

重复压裂新裂缝的重新定向分析是具有相当难度和应用价值的核心问题,也是制约重复压裂优化设计的关键。重复压裂产生的裂缝方向取决于地应力状态,垂直裂缝井重复压裂前储层中的应力分布,尤其是水平主应力方向控制着重复压裂裂缝的起裂方位和延伸方向。系统研究了垂直裂缝井重复压裂前应力场的分布特征及影响应力大小和方向变化的主要因素,在此基础上应用弹性力学、流固耦合、孔隙弹性理论等建立了重复压裂气井诱导应力场的数学模型,实现了垂直裂缝气井重复压裂前应力场的定量分析与模拟。     

重复压裂气井热—固耦合应力场拟三维模型

初次人工裂缝周围的应力场变化是影响重复压裂气井裂缝转向的关键因素。为研究人工裂缝和低温液体热—固耦合作用下应力场的变化情况,采用位移不连续法(DDM)与热源函数理论,考虑远场地应力作用、缝内压力非均匀分布及热效应,建立了重复压裂气井热—固耦合拟三维模型并得到其半解析解,可用于重复压裂气井的裂缝扩展模拟,计算结果明确了压裂液注入后裂缝周围应力场的分布及参数的影响情况。模拟计算表明,垂直裂缝面方向最小水平主应力增加值与增加范围均大于最大水平主应力,使应力转向区主要分布在裂缝壁面附近,有利于应力场发生转向,但同时该区域的破裂压力也相应增加。压裂液的注入在裂缝周围产生了很小的张性应力,对新裂缝的起裂与转向帮助不大,应力重定向的关键影响因素是缝内净压力。因此,封堵初次裂缝尖端不仅能阻止新裂缝沿原裂缝方向延伸还能提高缝内净压力,为重复压裂气井的定向射孔及缝内暂堵技术提供了理论依据。     

重复压裂造缝的应力场分析

通过对重复压裂造缝的应力场进行分析,推导出满足重复压裂产生新裂缝的条件。主要分析了一次压裂的 裂缝、储层压力等多种因素对当前地应力场的影响,可以看出诱导应力改变了原地应力场,当原应力场最小水平主 应力大于原最大水平主应力时,重复压裂裂缝可能重新定向。     

重复压裂裂缝转向的ANSYS有限元模拟

运用ANSYS10．0软件对重复压裂的应力场进行了模拟计算,结果表明初次人工裂缝的存在,引起近井眼处应力极大值与极小值发生转向,重复压裂将产生垂直于初次裂缝方向上的新裂缝。根据断裂力学应力强度因子准则对重复压裂新裂缝的转向过程进行了有限元模拟,绘出了新裂缝转向的轨迹;重复压裂新裂缝开始垂直于初次人工裂缝,在延伸过程中进行不断地转向,最终基本和水平最大主应力方向平行。     

考虑气井生产影响的重复压裂裂缝重定向研究

生产引起的地层流体压力变化和原有的人工裂缝都将引起储层应力变化，其迭加结果共同决定了重复压裂裂缝方位。首先基于孔隙介质渗流的质量平衡、达西定律和状态方程建立了流体运动模型，并根据小变形弹性介质的应力平衡、应力-应变关系和应力-应变-压力方程，得到基于位移和孔隙压力控制的三维流固耦合数学模型和计算模型，从而得到孔隙压力变化引起的地应力变化；然后将压裂裂缝简化为平板中央的直线贯穿裂纹，根据弹性力学原理结合Fourier变换，导出了计算压裂裂缝在重复压裂时产生的诱导应力场模型；再结合最小主应力原理，确定重复压裂裂缝方位。计算结果表明：重复压裂井的确可能发生应力重新定向，并在距井轴一定距离处（应力各向同性点）应力再次重新定向，逐渐恢复到初始应力水平。重复压裂裂缝重新定向是完全可能的。     

长庆低渗透油田重复压裂技术研究

从理论研究了低渗透油藏重复压裂的造缝机理,通过模拟实验分析了长庆低渗透油藏重复压裂的造缝现象,研究结果表明：产层经初次水力压裂后,近缝地层孔隙压力变化和支撑裂缝产生的诱导应力场将改变原始地应力场,从而导致重复压裂改向;重复压裂裂缝的启裂会改向,但其延伸扩展方向依然取决于地应力状态。通过重复压裂的理论计算及模拟试验,可为合理改造低渗油藏提供科学依据。     

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。     

重复压裂裂缝周围应力场计算新方法

重复压裂技术是低渗透油田增产增效的主要措施,造裂缝有利于打开储层的油气通道,新裂缝的延伸轨迹一直是压裂设计的核心问题并具有很大难度。从力学角度分析,裂缝的延伸主要受周围应力的控制,为此,考虑初次人工裂缝内流体的可压缩性,引入流体压缩因子,建立了初次人工裂缝诱导应力场模型;根据势的叠加原理,建立了重复压裂井周围孔隙压力模型,根据W right的多孔弹性理论,计算了孔隙压力诱导应力场;考虑温度的影响,建立温度诱导应力场模型,根据线性叠加原理计算重复压裂前总应力场,给出裂缝转向的力学条件。计算了受3口水井影响的1口油井周围应力,其理论计算结果与现场实测结果吻合较好。     

燃爆诱导水力压裂多裂缝耦合起裂规律

为了明确多相位裂缝组合下的应力干扰作用及其对后续水力压裂裂缝起裂压力的影响,基于原有预存单条诱导裂缝的应力场计算模型建立预存多条诱导裂缝的耦合应力场计算模型,分析诱导应力影响下的井周周向应力场变化规律,再结合断裂力学判据计算后续水力压裂预存裂缝的起裂压力,并对预存裂缝长度、相位、水平主应力差异系数及预存裂缝条数等4个因素对预存裂缝起裂压力的影响进行了分析。研究结果表明:(1)预存裂缝后近裂缝区域周向应力差明显增大,甚至出现水平主应力反转;(2)随新增预存裂缝长度增加,原预存裂缝起裂压力先增后降,在新增预存裂缝长度增加到原预存裂缝长度时,原预存裂缝起裂压力迅速降低,而后下降趋势变平缓;(3)高相位裂缝的起裂压力大于低相位裂缝的起裂压力;(4)随着裂缝条数的增加,新增预存裂缝起裂压力逐渐降低,但起裂压力差减小的趋势不明显;(5)多相位裂缝的应力干扰作用影响裂缝的起裂压力,较长高相位裂缝和较短低相位裂缝均有利于多相位裂缝的同时起裂;(6)多裂缝同步延伸会产生更为复杂的应力干扰作用,激发水力压裂复杂缝网的演化,实现均衡的压裂改造。结论认为,该研究成果可为燃爆诱导压裂射孔相位、诱导裂缝规模及后续水力压裂施工泵压等压裂施工设计提供理论指导。     

人工压裂形成多裂缝的可能性研究

人工裂缝形太对压裂效果至关重要，压裂设计中首先要考虑的就是裂缝裂态。随着固井质量提高和射孔深度加大，井周应力集中变得复杂，射孔壁的应力集中已不容忽视，每一个射孔都能成为一个独立的破裂源，射孔方位不同，应力集中也不同，这可能影响人工裂缝的形成与形态，并存在出现多条人工裂缝的可能性，分析套管射也壁的应力集中状态，讨论裂缝延伸的阻力和每一次射孔诱发人工裂缝的优先顺序，并讨论应力状态对裂缝形态的影响和初裂缝缝态与射孔方位的关系。依据大庆喇萨杏油田应力测试结果，分析深射孔条件下的人工裂缝裂，结论是：若射忆方位随机，800－1200m深度出现人工直立初裂缝或水平初裂缝的概率大体相同，所需破裂压力也相近，一次压裂可能出现多条裂缝；控制射孔方位可以控制人工初裂缝形态；由于该水平最小主主应力与垂向主应力相近，初裂缝可以保持原来的形态独立延伸。图3表2参5（刘建中摘）。     

泥页岩井壁稳定流固化耦合模型

考虑泥页岩-钻井液体系电化势渗透产生的流体流动和离子运移、泥页岩-钻井液体系中流体流动和溶质扩散过程的非线性、流体流动和离子运移对固体变形的影响,建立泥页岩井壁稳定流-固-化耦合模型。应用建立的模型计算实例井井眼周围地层随时间变化的孔隙压力、应力以及破坏指数。结果表明,若不考虑泥页岩膜离子选择性形成的扩散电势,计算的孔隙压力和应力偏小,而线性模型过高地预测了井壁周围的孔隙压力场和应力场。根据破坏指数可以看出,坍塌破坏首先发生在井壁附近地层,坍塌压力随时间延长增大且变化较明显,破裂压力随时间延长减小但变化不显著,钻井液密度窗口随时间变窄。     

Estimating Formation Pore Pressure in Tectonic Compression Zones

Abstract

Accurate knowledge of formation pore pressure is a key requirement for safe and cost-effective drilling in overpressured formations. Tectonic compression is an important type of overpressure mechanism, in addition to undercompaction and fluid expansion. However, there is not a valid approach for overpressure estimation in tectonic compression zones. Actually, two lateral stresses are too large to be ignored in tectonic environments. As a consequence, the conventional overpressure estimation methods are not accurate enough for tectonic compression mechanism. This article presents a new approach called the root mean square (RMS) principal stress method that modifies the estimation of pore pressure for tectonic compression zones. The RMS method better considers the characteristics of a 3D stress state. It has been tested in the Kuqa thrust belt of Tarim oil field where significant tectonic compression commonly exists. Pore pressure estimation of this region shows that the RMS method provides more precise pore pressure estimates than conventional methods.     

鄂尔多斯盆地延长组下组合油气来源及成藏模式

通过生物标志化合物对比、流体包裹体分析及盆地模拟研究,对鄂尔多斯盆地延长组长9与长10油层组的油源、成藏期次及成藏模式进行了探讨。陇东与姬塬地区长9油层组的原油分为2种类型,第Ⅰ类来源于长7烃源岩,第Ⅱ类来源于长9烃源岩;陕北地区长10油层组的原油主要来源于长9烃源岩。陇东与姬塬地区长9油藏均发生过2期油气充注,但前者在第1期(中侏罗统直罗组沉积期)就达到了油气充注的高峰期,而后者在第2期(下白垩统志丹组沉积期)才达到油气充注高峰期;陕北长10油层组也存在2期成藏,但2期油气呈连续充注,大致从中侏罗统直罗组沉积早期一直持续到下白垩统志丹组沉积中后期。长9与长10油藏有"上生下储"、"侧生旁储"及"自生自储"3种成藏模式。     

油田构造应力场驱动油气运移的理论和方法研究

依据连续介质力学的理论,采用有限元数值模拟方法,通过平均应力将固体应力场与流体压力场有机结合,并以辽河油田现今构造应力场为例,探讨了构造应力与构造热应力对多孔介质中油液不同的驱移作用.研究表明:具挤压特征的构造应力场对盆地油气宏观分布有重要意义,油液有从高应力区向盆地内以主干断裂和软弱带为代表的低应力区迁移的趋势.温差引起的局部应力相当于孔隙压力的作用,能较好地模拟低洼带的油气向周围高点迁移的特点,也是重要的驱动因素.二者联合作用驱动的流体运移速度场能更好地解释现今油田的分布特征,并对预测油气聚集的优势区有指导意义.