基于岩石破裂特征及能量演化的致密砂岩脆性指数优选

脆性参数是致密油“三品质”评价中完井品质评价的重要敏感参数之一。采用岩心三轴岩石力学参数测试方法,基于岩石破裂特征及岩石破裂过程中的能量演化优选出适用于鄂尔多斯盆地定边油田长7段致密砂岩储层的脆性指数计算方法。首次应用裂缝体积密度计算方法对岩石破裂复杂程度进行了定量表征,表征结果与岩石的弹性模量、抗压强度呈正相关;与泊松比、峰值应变呈负相关。通过对岩石力学参数各向异性系数C1和C2的分析,认为弹性模量和泊松比对各向异性更为敏感,两者构建的脆性参数更能体现岩石的脆性特征。基于岩石破裂的能量演化过程,将峰值强度前后能量变化大小与变化速率相结合,构建脆性评价新指标BEC,其与裂缝体积密度及前人提出的脆性评价指标均具有较好的相关性。以BEC为衡量标准优选出适合研究区致密砂岩储层的脆性指数E/μ,该指数与研究区直井试油试采的初周日产液呈正比关系。研究结果为研究区水平井水力压裂施工时指示有利压裂层段提供了科学依据。     

致密砂岩Ⅰ型断裂行为的温度效应研究

致密砂岩裂缝复杂程度对于提升致密气储层压裂改造效率、增大资源动用程度具有实际意义。本文利用三点弯曲加载手段结合SEM分析对致密砂岩半圆弯曲(SCB)试样在室温、液氮低温条件下的力学特性、断裂行为、断裂路径规律及断裂能特征进行表征,讨论液氮低温作用下的致密砂岩预裂机制。研究结果表明:①液氮低温处理后致密砂岩试样断裂荷载、断裂韧度较室温状态均明显降低,而层理平行加载方位试样上参数略有增大,推测与液氮低温对层理面增强有关;②液氮低温处理后试样裂缝扩展路径复杂度提升,裂缝条数增多并出现裂缝分叉汇聚等现象,液氮预裂对致密砂岩断裂复杂度提升效果显著;③液氮预裂后致密砂岩断裂能显著降低,最大降幅达46.98 %;④室温下致密砂岩断裂路径主要沿矿物晶界发展,形成沿晶裂缝,岩石改造程度低;液氮低温处理后砂岩试样以沿晶断裂、穿晶断裂及颗粒断裂形成复杂裂缝形式,促进了穿晶裂缝与复杂缝网形成。综上,致密砂岩储层压裂中低温预处理能有效降低储层破裂压力,实现裂缝端部岩石韧-脆转换,提升压裂裂缝复杂程度。     

煤岩与顶底板岩石力学性质及对煤储层压裂的影响

基于不同地区煤岩及顶、底板岩石样品的力学性质数据,总结了主要岩石类型的力学性质特征,重点对两者力学性质的差异进行了对比研究,分析了决定岩石力学性质的主要控制因素,如岩性、孔隙特征和含水率.以此为基础讨论了两者力学性质差异对煤储层水力压裂的影响.研究表明,岩石的强度随孔隙度的增大而减小;岩石的软化性取决于岩石的矿物组成与孔隙性,水分对不同岩性岩石强度的影响方式和影响程度存在差异.力学性质的差异,影响了煤层中地应力场的分布,使得煤层气井水力压裂表现出与常规储层水力压裂不同的特点.     

压裂过程中储层压力场变化对水力裂缝扩展的影响

非常规油气资源开发过程中,通过水力压裂形成复杂裂缝网络是实现高效开发的关键技术之一,压裂过程中储层压力场的变化对裂缝扩展具有重要影响。本文基于扩展有限元理论,建立耦合损伤-滤失-应力的水力压裂裂缝动态扩展模型,研究储层压力分布对同步压裂和顺序压裂过程中裂缝动态扩展、起裂压力和延伸压力影响,对比了不同储层压力增量条件下水力裂缝偏转程度和压力变化情况。研究结果表明:(1)压裂液滤失诱发的局部孔隙压力增加会引起储层压力场发生变化,使得水力裂缝在延伸过程中的偏转程度增加,同时水力裂缝的延伸压力和起裂压力也会增加,算例显示裂缝的起裂压力和延伸压力将分别增加27.49%和27.58%;(2)对比同步压裂和顺序压裂下裂缝扩展动态,发现采用顺序压裂时裂缝偏转程度更大,且裂缝延伸压力更高。研究成果可为致密砂岩储层的有效开发提供理论依据和技术支持。     

裂缝性油气藏区块的岩石可压性分析

油田地层的可压性评价是油田水力压裂施工中重点关注的问题,它直接关系到最终的增产效果。对某油田区块的深层岩石开展可压性评价,通过定义裂缝描述指数,结合岩石力学参数和残余应力2种方法计算的脆性指数,共同定量表征脆性指标;利用塑性应变能和岩石力学参数2种方法计算的塑性指数,来共同定量表征塑性指标;在脆性指标和塑性指标相互验证的前提下,基于这2种影响因素,给出了可压性指数的计算公式,利用7组试验岩心的计算结果,给出了油田目标区块的水力压裂施工指导性建议。     

基于Griffith强度理论的煤储层水力压裂有利区评价

水力压裂有利区评价是煤储层压裂改造施工设计的基础。通过对沁水盆地西南部3号煤储层42个水力压裂地应力测试数据统计,系统分析了研究区煤储层地应力分布规律。采用378口水力压裂井资料,基于格里菲斯(Griffith)强度理论计算了研究区煤储层单轴抗拉强度,建立了煤储层破裂压力与最小水平主应力和抗拉强度之间关系和模型,揭示了研究区煤储层可压裂性特征,建立了基于Griffith强度理论的煤储层水力压裂有利区评价方法,对煤储层水力压裂有利区进行了评价。研究结果表明,研究区块3号煤层最大水平主应力14.67~45.05 MPa,平均为29.31 MPa,最大水平主应力梯度为2.00~4.84 MPa/100 m,平均为3.27 MPa/100 m;最小水平主应力10.51~29.09 MPa,平均为18.61 MPa;最小水平主应力梯度为1.44~2.85 MPa/100m,平均为2.09MPa/100 m,煤储层应力和压力均随深度的增加呈线性增大的规律。基于格里菲斯(Griffith)强度理论计算的研究区3号煤储层单轴抗拉强度为0.15~1.10 MPa,在平面上存在一定的差异性。根据单轴抗拉强度值将煤储层可压裂性划分为4类,对于较高抗拉强度区和高抗拉强度区(Ⅲ和Ⅳ),煤储层抗拉强度值大,煤层气井水力压裂改造中起裂压力高,难以进行压裂改造。对于低抗拉强度区和较低抗拉强度区(Ⅰ和Ⅱ),煤储层抗拉强度值小,煤层气井水力压裂改造中起裂压力小,易于进行压裂改造,评价结果与实际水力压裂情况相吻合。     

基于数据驱动的长庆油田致密砂岩压后产量预测

超低渗透率的页岩和致密砂岩等非常规油藏已成为长庆油田重要的油气资源。对于该类油气藏开采的关键技术是水力压裂,如何确定当前施工参数对产量的直接影响,准确预测压后产量对于优化压裂参数尤为重要。由于现在对于地层中裂缝增长的内在机理尚不明确,没有合适的物理模型能够准确评估各压裂施工参数对于产量的综合影响。通过分析长庆油田致密砂岩地质属性和压裂施工参数,采用数据驱动的方法来识别压后产量和产量影响因素之间的相关性,建立了从储层性质与压裂施工参数到产量的预测模型。在前期可获取的数据资料有限的情况下,建立了合理预测致密砂岩产量的模型,并且通过使用相应的数据集训练该模型而扩展到其他非常规油田,在实际工程应用上前景明朗。     

大庆油田致密油储层录井评价方法研究

松辽盆地致密油勘探开发已经成为大庆油田增储上产的重点工作,致密油储层具有物性差、非均质性强、储层参数计算难的特点,加上水平井+油基钻井液的钻井工艺给致密油储层评价带来了困难。大庆录井采用岩石热解分析技术、岩屑图像采集技术、岩屑伽马技术、X射线衍射技术等新工艺新技术,开展了岩性、含油性、物性、烃源岩特性、脆性等五性关系的评价,建立适应非常规油气层的录井综合评价方法,在大庆油田32口致密油水平井解释中应用,效果较好,为优选压裂层段提供了准确的地质依据。     

致密砂岩储层胶结指数计算方法研究

致密砂岩储层由于其复杂的孔隙结构和极强的非均质性,导致岩石岩电关系不满足经典的阿尔奇公式,给储层含水饱和度评价带来极大的挑战。通过对国内西部某油田致密砂岩32块岩芯电阻率实验结果进行分析的基础上,研究了胶结指数与孔隙度之间的相关关系,并建立了相应的致密砂岩储层胶结指数估算模型。岩芯处理结果表明,利用所述的方法更能够准确地反映致密岩石孔隙度和地层因素之间的相关关系,估算的胶结指数与岩芯实验结果具有较好的一致性。     

永川煤矿延深区须六段砂岩储层特征及致密气储量估算

永川煤矿延深区煤系地层上覆须家河六段岩层含有大量气体。在实验室对须六段岩芯进行了化验分析,结果显示为长石岩屑砂岩层,结构成熟度为中到低,孔隙度平均3.98%,渗透率平均0.080506×10~(-3)μm~2,岩层内孔隙以微裂隙为主,含气饱和度平均84.3%,属于Ⅲ~Ⅱ类中等复合性储层类型的致密砂岩气藏。应用容积法计算表明该矿延深区须六段致密砂岩气地质储量为12.84×10~8 m~3,丰度为1.712×10~8 m~3/km~2。可在井下应用水力压裂技术对岩层增透,结合瓦斯负压抽采系统,对须六段岩层致密气进行开发。     

致密油藏多级压裂水平井CO2吞吐开发方式研究

我国致密油藏大都采用水平井多级压裂技术进行开发,初期产能较高但产量递减快,亟须补充油藏能量。CO₂吞吐是一种经济有效的增油措施,为致密油藏长期稳定开发提供了新思路。以L致密油藏G油层为例,建立多级压裂水平井单井吞吐模型,用数值模拟的方法研究周期注入量、注入速度、焖井时间等对吞吐开发效果的影响。研究结果表明,在合理吞吐参数下,L致密油藏多级压裂水平井可以获得较好的开发效果。     

砂煤互层水力裂缝穿层扩展机理

临兴地区含煤岩系地层纵向互层发育煤层、致密砂岩层产层组,当砂煤薄层组合开发时,受界面胶结性质、地应力差、压裂选层、煤层厚度、施工参数等因素的影响,难以判断裂缝是否垂向穿层。为了分析砂煤互层水力压裂裂缝穿层扩展规律,通过选取砂煤天然露头岩样进行交错组合,利用大尺寸真三轴水力压裂系统开展了砂煤产层组组合的物理模拟实验,研究了压裂选层、层间胶结强度、煤层厚度、胶液和活性水对水力裂缝穿层扩展的影响。实验结果表明:在煤岩中起裂时,受煤岩层理和自身天然裂缝的影响,裂缝在扩展过程中,容易发生转向,使得裂缝形态复杂多样,不利于裂缝穿层;在砂岩层中起裂时,砂岩中水力裂缝形态简单,形成水力主缝,容易穿层扩展;当界面胶结强度较弱时,裂缝扩展至砂煤界面,容易发生转向,沿界面扩展,形成水平裂缝;煤层越厚越容易耗散水力能量,使得水力裂缝难以穿层扩展;胶液的造缝能力优于活性水,但其对储层伤害较重,压裂液类型的选取需根据现场压裂所需进行甄选。     

致密油藏压裂开发流固耦合数值模拟

为揭示了致密油藏在压裂与开采过程中孔缝介质的变形规律,研究流固耦合作用对致密油藏生产动态的影响,本文基于致密砂岩储层孔缝多重介质变形力学机制,阐述了致密油藏压裂与采出过程中的流固耦合作用,针对不同开发阶段孔缝介质变形及流体渗流特征,建立了相应的物性参数动态变化模型及多相流渗流数学模型,并编制了致密油藏压裂、开采数值模拟软件对典型致密油区块进行了数值模拟。结果表明,压裂液注入过程中,基质孔隙膨胀,孔、渗物性增大;高于开启压力时,天然裂缝开启并逐步延伸;高于破裂压力时,岩石破裂形成人工裂缝,储层渗透率大幅升高。在生产过程中,随着地层流体压力的降低,基质孔隙收缩,裂缝开度变窄;当低于闭合压力时,裂缝闭合导致储层渗透率显著的降低。     

致密砂岩气藏低产低效井治理对策及展望

针对致密砂岩气田开发至中后期,单井产量、压力下降快,产水严重,低产低效井数量逐年增加问题,基于致密砂岩气藏地质特征,分析了低产低效井成因并进行归类,总结了各类低产低效井的治理对策,提出了低产低效井治理建议。研究认为,致密砂岩气藏普遍物性差,连片性差,气井易见水;致密砂岩气藏低产低效井按成因可进一步归类为排水措施井和老井挖潜井;排水采气是治理见水型低产低效井的主体工艺,查层补孔、侧钻水平井、重复压裂等老井挖潜工艺是实现低产低效井提质增效的主要途径;致密砂岩气藏低产低效井治理应集中于完善与升级排水采气工艺;结合数字化管理与自动化设备开展主动性排水采气;完善出水气井治理方式,加强控水根治出水问题;攻关形成更有效的低成本老井挖潜工艺;利用数字化气田开展多维矩阵式气井管理。     

超临界CO_2压裂煤岩储层增产煤层气应用发展前景

超临界CO_2压裂作为新兴渗透率强化技术以其对煤岩储层独特的物理化学力学特性改造,以及对储层近乎零损伤的特点受到了研究者的广泛关注。本文通过分析对比不同压裂介质作用下煤岩体的起裂压力与时间、裂缝扩展规律及渗透率变化,结果发现,水力压裂的裂缝扩展形式单一;液态CO_2压裂的衍生裂隙发育程度不高;超临界CO_2压裂形成的层理裂隙与衍生裂隙复杂程度高。特别地,超临界CO_2压裂煤体起裂压力比水力压裂低约39.48%,起裂时间是水力压裂的1.2倍以上,渗透率变化量是水力压裂的3倍左右。总体而言,超临界CO_2对煤储层的物理化学及力学特性的改造,为煤储层致裂增渗、增产煤层气理论与技术取得突破性进展提供了新思路与方法。     

页岩油气与煤层气开发的岩石力学与压裂关键技术

对于塑性较强的页岩与煤层,水力压裂仍然存在一定的技术挑战。介绍了解决这些难点的一些关键技术。原岩应力与孔隙压力控制着水力压裂裂缝扩展与压裂效果。深部孔隙介质岩层与浅部岩层的原岩应力和孔隙压力的特性差异较大。最大、最小水平主应力一个重要的但往往被忽略的特点是具有岩性依赖性,这一特点对岩层的压裂效果至关重要。水平主应力还高度地依赖于孔隙压力的变化,例如孔隙压力的超压造成最小水平主应力增加,而开采后储层的孔隙压力降低造成最小水平主应力减小。这直接影响到水力压裂裂缝的扩展层位与方向,因为最小水平主应力的减小会造成起裂压力大幅度地减小,特别是对于开采了一段时间后需要重新压裂的储层。分析了地层中3种原始应力状态与裂缝形成和扩展的关系,特别是对于强构造应力区如果采用常规压裂技术,水平井并不能显著增产,就此提出了强构造应力区水平井长射孔多层水平压裂方法。另外,页岩储层在油气赋存方面的不均一性,可能导致一些原预计高产的井完井后达不到预期的结果,就此分析了如何寻找高富集的油气区,即"甜点",并介绍了一种提高煤层气压裂效果的间接煤层压裂新方法。     

齐家油田致密储层脆性指数计算方法研究

脆性指数大小及分布规律是制订储层压裂方案、提高致密储层产能的重要依据。脆性指数主要是通过岩心试验和岩石力学参数法获得。为了计算岩心和岩石力学参数缺失的油田脆性指数,有效开采致密储层,利用取心井岩心测试得出脆性指数,而后与测井曲线进行了相关性分析,优选出高相关的自然伽马曲线,建立了适合本区的脆性指数测井解释模型。最后利用该曲线解释出全区各井层的脆性指数。通过分析脆性指数与矿物类型、含量、粒度等关系可知:岩石粒度越细,石英、钙质胶结物含量越高,脆性指数值越高。在该区内优选脆性指数较高的井层开展现场试验,取得了较好效果。     

综采工作面砂岩夹矸层酸化压裂破碎机理

以榆林小保当矿区112201大采高工作面煤层砂岩夹矸层为研究对象,通过夹矸层砂岩物理力学化学性质综合性实验分析,提出了以微量CO2水合物为主的复配专用岩石酸化压裂方法。对高压CO2耦合溶液作用下砂岩中矿物溶蚀的物理化学机理进行研究,分析了高压酸化压裂引起的岩石微观结构变化共同作用下的岩层变形破坏特征及孔渗影响规律。结果显示:CO2水合物酸化专用压裂方法,对夹矸砂岩组成中方解石和白云石组分的影响显著,高岭石膨胀作用增强,压裂液溶蚀孔隙数量显著增多,孔径变大,综合孔隙度和渗透率均增大。通过开采验证,煤层夹矸层CO2耦合压裂破碎后,与正常回采区段及常规水压致裂区段相比,耦合压裂区段工作面回采率显著提高,同时节能降耗效果最为明显。