天然裂缝对水利裂缝延伸的影响研究

基于水力裂缝与天然裂缝的等效平面力学理论,综合考虑裂缝剪切与张性破坏机制,建立水力裂缝延伸数值模型,对天然裂缝作用下的水力裂缝延伸方向、延伸形态进行综合分析。结果表明：当天然裂缝位于井周附近时,在水平最大应力方向上,天然裂缝在靠近井眼位置时,容易对水力裂缝产生转向作用,在水平最小应力方向上,天然裂缝远离水力裂缝延伸方向,对水力裂缝延伸的影响也逐渐减小;当天然裂缝与水力裂缝相遇时,在低逼近角条件下,水力裂缝易转向,并沿天然裂缝延伸,在高逼近角条件下,则易直接穿过天然裂缝;低裂缝强度和低水平应力比值条件下,天然裂缝对水力裂缝延伸影响更明显。通过大尺寸真三轴水力压裂实验对数值模型进行验证,数值计算结果与实验数据吻合良好,证明该模型的适用性。该研究成果可为天然裂缝发育储层水力压裂提供一定理论指导。     

裂缝性储层水力裂缝延展理论与应用

在裂缝性储层储层中,由于天然裂缝的存在,使得裂缝起裂和裂缝延伸规律异常复杂。总结传统水力压裂模型及裂缝性储层水力裂缝扩展理论,结合现场资料应用压裂设计软件设计红河油田某井的压裂,在考虑分析影响的前提下得出优化结果。     

水力裂缝与天然裂缝交错延伸规律

非常规与致密储层的缝网压裂或分段压裂改造技术使水力压裂裂缝与天然裂缝交错延伸的问题成为焦点。为了更好地控制水力裂缝的延伸方位,达到最优缝网状态,以位移不连续方法为基础,依据单元体的叠加原理,建立了二维裂缝延伸计算模型,对一条水力裂缝与一条天然裂缝在不同倾角、间距、应力等条件下的交错延伸规律进行了量化模拟。研究结果表明：裂缝间距、倾角能较大地影响裂缝延伸幅度,天然裂缝与压裂裂缝间距大于1 m、倾斜角小于70°时,压裂裂缝会诱使天然裂缝转弯延伸,直至相交;主应力比值对交错裂缝延伸幅度有一定程度的影响;储层泊松比与杨氏模量对交错裂缝延伸幅度却不明显。     

复杂水力裂缝网络延伸规律研究进展

随着天然裂缝性储层、煤层气、页岩气、致密砂岩气、致密油和复杂岩性低渗透油气藏勘探开发进程的加快,大规模体积压裂实践及微地震裂缝实时监测技术对水力裂缝延伸模拟提出了巨大挑战。复杂网络裂缝延伸受储层岩性、岩石力学性质、地质力学和天然裂缝特征等影响,文中综述了天然裂缝对水力诱导裂缝延伸影响的国内外研究进展。水力诱导裂缝与天然裂缝相交前、相交时和相交后的复杂力学行为决定了水力诱导裂缝的复杂延伸规律：水力裂缝尖端逼近时,诱导应力场会导致胶结天然裂缝张性或剪性脱粘;相交时,天然裂缝可能出现剪切破裂导致压裂液大量滤失、或水力裂缝穿过天然裂缝沿原方向延伸、或转向沿天然裂缝延伸并在其端部或弱结构点起裂;相交后,可能出现多个裂缝尖端同时延伸的情况,形成复杂网络裂缝。真三轴压裂测试系统结合工业CT扫描、声发射装置、X-衍射等是研究复杂网络裂缝形成机理的主要试验手段;而非常规裂缝模型和扩展有限元方法（XFEM）是模拟复杂网络裂缝延伸的主要数值手段。XFEM是处理含裂纹等不连续问题的最有效方法,并具有有限元方法的所有优点,考虑到裂缝内流体压力是水力裂缝延伸的驱动力,故基于XFEM的渗流-应力-裂缝延伸全耦合研究是未来体积压裂复杂网络裂缝延伸模拟的重要发展方向。     

页岩储层水力裂缝和天然裂缝交互规律

页岩储层的大量天然裂缝会在水力压裂中影响水力裂缝扩展路径,厘清二者交互规律对于明确储层裂缝扩展机制及优化裂缝网络具有指导意义。文中利用真实页岩岩心,在提前预置单一裂缝基础上,模拟水力压裂过程中水力裂缝与天然裂缝的交互行为;采用单一变量法,研究水力裂缝逼近角、注入孔深度、天然裂缝胶结强度、围压对二者交互行为的影响。结果表明：交互状况有水力裂缝打开天然裂缝、沿天然裂缝穿行一定距离后偏转、穿过天然裂缝3种,而打开时最大滑移量和最大滑移速率在所有交互结果中最高,偏转时次之,穿过时最小;相比张性起裂,裂缝剪切起裂下最大滑移速率较小,最大滑移量较大。逼近角大、注入孔深度小、天然裂缝胶结强度大、围压高均有利于水力裂缝均衡扩展;反之,则易沟通天然裂缝形成复杂缝网。该研究成果对改善裂缝网络形态及优化页岩储层压裂设计具有一定的借鉴意义。     

裂缝性储层中复杂压裂缝网形成过程的数值模拟

水力压裂技术是油气田增产的重要措施。页岩、砂岩等储层常发育不同程度的天然裂缝,在对裂缝性储层进行水力压裂改造过程中,储层中天然裂缝的存在对水力裂缝尤其是压裂缝网的形成及其发育程度具有十分重要的影响。基于有限元原理的岩石破裂过程分析系统的数值模拟,通过建立发育天然裂缝的二维平面应变模型,研究在储层水力压裂过程中,水力裂缝及复杂压裂缝网的形成过程,并对其影响因素进行分析,同时引入适合于储层复杂裂缝分形维数测定的统计方法——基于盒数法的网格覆盖法,对数值模拟的压裂效果进行评价。结果表明:天然裂缝的发育程度与压裂改造效果关系密切,水力裂缝遇天然裂缝发生分叉,并沿天然裂缝扩展滑移或直接穿过天然裂缝,形成复杂水力裂缝及复杂压裂缝网;天然裂缝发育密度越大,其迹长越长,水力裂缝的分形维数越大,对裂缝性储层改造效果越好。     

陆相页岩储层水力裂缝穿层扩展规律

陆相页岩储层垂向非均质性强,层间岩性与应力差异大,层间弱界面发育,水力裂缝穿层扩展困难,导致压裂改造效果不佳。基于有限元+黏聚力单元法建立了陆相页岩水力裂缝穿层扩展流固耦合模型,与解析解和室内实验结果对比验证了模型的准确性。基于此模型,采用单因素和正交实验分析法开展算例研究,揭示了各项地质与工程参数对陆相页岩储层水力裂缝穿层扩展行为的控制机理与影响规律。研究结果表明,层间界面剪切滑移改变水力裂缝垂向扩展路径,限制缝高增长;水力裂缝宽度较大,削弱缝高扩展能力。高层间界面胶结强度、高垂向应力差、低层间应力差、低抗拉强度差、低弹性模量差、高压裂液黏度、高注入排量,有利于水力裂缝实现穿层扩展,各因素影响程度的主次顺序为层间界面胶结强度>层间应力差/抗拉强度差>压裂液黏度/注入排量>垂向应力差>弹性模量差。研究成果进一步完善了陆相页岩储层水力压裂穿层扩展基础理论,为陆相页岩储层水力压裂选井、选层和施工方案优化设计提供了理论依据。     

火山岩气藏体积压裂多裂缝协同效应及控制机理

松辽盆地火山岩油气储藏进行水力压裂施工时出现的一些工程问题,如近井砂堵,支撑剂不能进入地层的现象等,主因是该储层存在天然裂缝。天然裂缝分布的复杂性及发育程度极大影响了地应力场的分布格局,同时改变了人工裂缝起裂及延伸机理,使该类油气藏的开采增加了很大的难度。文中探索和研究了火山岩气藏岩体天然裂缝对体积压裂人工裂缝协同效应规律及控制机理,建立了火山岩本体起裂应力状态方程及张性破裂与剪切起裂判断的模型,分析了水力裂缝延伸扩展和转向扩展形态。室内实验测试和现场实践应用取得了理想的效果,可为火山岩气藏水力压裂参数优化设计提供参考。     

鄂南浅层压裂裂缝形态探讨

鄂尔多斯盆地南部富县和彬长区块中生界延长组储层埋藏深度浅,压裂裂缝形态复杂,掌握储层人工裂缝形态对鄂南探区勘探开发部署、压裂工艺选择及压裂设计优化具有重要指导意义。通过对岩石力学参数、瞬时停泵压力、储层非均质性和天然裂缝等进行综合分析研究,认为当储层埋深小于500m时,水力压裂裂缝以水平缝为主;当储层埋深大于800m时,水力压裂裂缝以垂直缝为主;当储层埋深介于二者之间时,水平缝和垂直缝均可能形成。     

裂缝性页岩储层水力裂缝非平面扩展实验

开发页岩气藏通常需要采用大规模的水力压裂工艺技术,而页岩储层中的天然裂缝、层理面对水力裂缝的扩展路径又有着非常重要的影响。研究天然裂缝对水力裂缝扩展的影响可为现场预测水力裂缝扩展方向以及实施缝网压裂提供技术支撑。为此,选取4块尺寸为400mm×400mm×400mm的下志留统龙马溪组页岩露头标本,来进行真三轴水力压裂实验和声发射监测,以便研究水力裂缝与天然裂缝的沟通行为。实验结果表明:水力裂缝遇到天然裂缝时可发生转向或者穿透天然裂缝,形成一种空间非平面裂缝网络;大开度、低胶结强度的天然裂缝容易导致水力裂缝转向,难以形成新的主水力裂缝面;水力裂缝穿透层理面时,流入到层理面上的压裂液呈椭圆状分布;水力裂缝从岩石本体起裂的方向上声发射点较集中,沿着天然裂缝扩展的方向上声发射点少。结论认为:1水力裂缝能否穿透天然裂缝与天然裂缝的开度、胶结强度有关;2裂缝性页岩储层水力压裂易形成空间非平面网状裂缝;3与主裂缝面相比,压裂液进入到层理面的体积较少。     

同步压裂时裂缝延伸规律

同步压裂是对两口或两口以上基本平行的水平井的对应井段同时进行压裂施工,以期获得更好的单井产量、提高采收率。以边界元方法中位移不连续法为基础,根据岩石断裂力学,结合裂缝转向机理建立一个平面二维模型,模拟研究两口井同步压裂时裂缝的延伸,对比相同条件下单井压裂时裂缝的延伸情况,讨论缝内净压力和缝间距对裂缝延伸路径的影响。研究表明:在相同的条件下,同步压裂比单井压裂更容易使裂缝发生偏转;同步压裂时裂缝相互吸引、靠近,单井压裂时裂缝相互排斥、远离;缝内净压力对裂缝偏转的影响大于缝间距。该研究为致密油以及页岩气实施同步压裂提供了理论依据与参考。     

无残渣压裂液研制与应用

聚合物压裂液残留物对压裂裂缝支撑带和地层渗透率造成难以恢复的伤害,影响压裂改造效果.为此,研发了一种新型黏弹性表面活性剂--无聚合物压裂液.该压裂液由羧酸衍生物(NRF-01a)组成,在盐水中,它能形成抗变形的棒状或球状胶束,使溶液具有黏弹性.该液体遇水或碳氢化合物自动破胶,无残留物,能满足油层压裂改造的需要.简述了这种无残渣压裂液的形成机理,测试了压裂液的性能.室内试验结果表明,该压裂液黏度随温度上升而上升,在60℃左右上升到最大值,且经过高剪切破坏后,黏度能迅速恢复,有良好的剪切恢复性,以水稀释和与烃接触破胶后,破胶液黏度接近清水黏度,不需要另加破胶剂.破胶液残渣测定结果显示,残渣含量基本为0;对基质和裂缝支撑带的伤害率均低于常规压裂液;防膨性能和对稠油降黏作用均很显著.该压裂液现场应用取得显著效果.     

榆树林油田裂缝特征研究

本利用岩心，测井等资料综合研究了榆树林油田扶、杨油层天然裂缝系统的基本特征，成因类型、方向性及分布规律。在描述现代地应力场的基础上，结合压裂资料对油田人工裂缝系统的基本特征进行了描述。并分析了裂缝系统在油田注水开发中的作用。     

裂缝性岩样应力敏感性实验研究

川东北地区裂缝性地层存在严重的钻井液漏失问题,做好防漏堵漏工作的基础是需要认识储层初始裂缝宽度,并对钻井过程井壁地层裂缝变化规律进行研究.结合钻井过程,对应力敏感实验设备和实验程序进行了改进,设置了新的应力敏感实验方法,模拟了地层压力、围压和井筒流压条件下设置的实验方法更加符合钻井过程应力变化的实际.裂缝性碳酸盐岩应力敏感性实验结果显示,以原地有效应力点为中心,随着井筒钻井液液柱压力的增大裂缝张开,随井筒钻井液柱压力降低,裂缝闭合,而裂缝张开的幅度比裂缝闭合的幅度更大.因此,研究压裂液应力扰动条件下裂缝宽度变化能够对防止漏失提供基础依据.     

鄯善油田地应力、裂缝系统与油田开发

以吐哈鄯善油田为例,分析地应力对低渗透砂岩油田裂缝(包括天然裂缝和人工压裂裂缝)的控制作用,研究地应力对低渗透砂岩油田井网部署和注水开发的影响。认为,古构造应力场与天然裂缝的形成、分布及发育程度有关,现今应力场则不仅影响天然裂缝在地下的赋存状态及有效性,而且控制了人工压裂裂缝的形态和延伸方向。低渗透油田的合理开发,应考虑现今地应力状态下的天然裂缝和人工压裂缝的综合影响,开发时,注水压力应低于地层破裂压力,不应沿天然裂缝方向和最大水平主应力方向部署注采井。     

压力管道断裂参数的测算

针对裂纹尖端位移与应变场的特点,将贴片云纹干涉法引入含缺陷压力管道断裂参数的测算。基于波前干涉理论得到了压力管道表面位移与应变公式,探讨了断裂参数的测试原理,发现管道曲率的存在会使测试结果对刚体位移敏感起来,尤其当曲率很大时,即使采用对称入射光路,也不能忽略刚体位移的影响。为提高测试精度,改进了贴片云纹干涉法的测试技术和操作工艺,研制出胶片切口、定位和粘贴装置,编制了测试数据处理软件。实测了三根管道的断裂参数,结果表明,实测应力强度因子和裂尖张开位移与断裂理论中的D－M模型估算值相接近,塑性区内的J积分并不守恒,越靠近弹性区,J积分测试值越小并与理论计算值越相接近。     

水力压裂裂缝几何形态的数值模拟及影响因素分析

本文利用具有最优系数的线性四步法求解了水力压裂裂缝几何形态的数学模型,从而求得了裂缝各截面的高度、宽度和压力。通过大量的计算,对影响裂缝几何形态的因素进行了分析。与此同时,本文给出了比较合理的流量模型和粘度模型。     

裂缝识别测井技术开发与应用

裂缝对测井解释及布井有着重要影响,开发井常规测井系列裂缝有效识别具有重要意义。从常规测井曲线上提取出变异系数、岩石裂缝系数、岩石可塑性参数等多个反映微弱裂缝高频信号的裂缝特征参数,并利用逐步判别法进行了定量裂缝识别。密闭取心井和电成像测井资料所显裂缝的5口开发井的处理与验证效果良好,为长垣东部无成像测井资料的开发井裂缝评价,特别是水淹区裂缝水淹层识别提供了更为实用的方法和手段。     

南堡凹陷断裂系统类型及其控藏作用

为了分析南堡凹陷不同类型断裂对油气分布的控制作用,首先利用生长指数剖面法、主干断裂活动速率法和剖面伸展率法分析断裂的主要活动时期和各时期应力性质,然后在此基础上划分断裂系统,研究每套断裂系统对油气运聚的控制作用,分析下一步勘探有利区。研究认为:南堡凹陷断裂主要活动时期分别为古近系沙河街组三段、东营组沉积末期和新近系明化镇组沉积时期,其性质分别为伸展变形、走滑伸展和张扭变形;依据南堡凹陷断裂"3期3性质"的演化特征,可将断裂划分为6套断裂系统;第1成藏关键时期发育5套断裂系统,V型和VI型断裂系统起输导作用,第2成藏关键时期发育6套断裂系统,Ⅲ、V型和VI型断裂系统起输导作用;下一步勘探的重点应为高柳断裂以南中深部源岩层内Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ型断裂系统控制的构造高部位。     

分砂层地质曲率分析在裂缝预测中的应用

曲率分析是裂缝分布预测中的传统方法,并在长期的应用过程中被逐步改进.研究中使用的地质曲率就是一种新的地质层面曲率算法,该方法兼具数学上的严密性和地质上的实际意义.文中研究的地质对象是侏罗系某组的3个横向分布稳定的砂层.该地区以前的研究是运用整个组的顶面构造图来研究裂缝的分布规律,对构造与裂缝分布之间的内在关系仅停留在简单的和定性的认识上.为了搞清构造对裂缝分布的控制作用,作者通过三维地震精细解释各砂层顶面的构造图,用改进的地质曲率算法计算各砂层的顶面地质曲率,并运用地质曲率值作为裂缝预测参数.研究结果表明,各砂层的地质曲率分布规律和数值高低之间均存在显著差异,各层之间的曲率数值总体差异与各层之间的产能总体差异具有很好的匹配关系,各砂层在各井点处的自然产能高低与曲率值高低具有较好的统计相关关系.同时,曲率分析证实了研究区内构造复合关系的存在.研究发现,构造的叠合部位往往是裂缝的发育区.这些结论的得出对裂缝的钻前预测是十分有意义的.