对水力压裂裂缝延伸方向平行于断层的认识

油田开发研究与实践认为，水力压裂裂缝延伸方向总是平行于地层最大水平主应力方向或垂直于断层走向。濮城油田沙三段油藏2001年压裂裂缝监测资料显示，一半以上压裂井的裂缝延伸方向平行或近似平行于主断层或次级断层，重新认识研究后认为这种情况确实存在，深入研究其内在原因提出准确预测压裂裂缝延伸方向的解决办法，对油田开发井网的部署和压裂措施的实施具有重要指标意义。     

疏松砂岩油藏压裂裂缝延伸规律数值模拟

压裂充填防砂可实现增产与防砂双重目的,是疏松砂岩油藏的一种重要完井方式。疏松砂岩具有高孔、高渗特点,且强度低、塑性强,裂缝起裂与延伸机理较为复杂。为研究疏松砂岩储层压裂裂缝延伸机理,揭示压裂工艺参数对裂缝形态的影响,建立了考虑储层岩石弹塑性变形、裂缝起裂与延伸、压裂液流动与滤失以及储层孔隙流体渗流复杂耦合作用的流固耦合有限元数值模型,针对渤海油田绥中36-1区块典型疏松砂岩储层,开展了压裂裂缝延伸规律数值模拟计算,并重点分析了压裂液效率、排量对于裂缝延伸规律的影响。结果表明:低效率压裂液在疏松砂岩中仅形成极短而窄的裂缝,裂缝两侧伴随着一定范围的剪胀高渗带,难以容纳支撑剂,无法实现充填防砂目的;效率高压裂液可在疏松砂岩中形成压裂充填防砂工艺所需的短宽裂缝,裂缝壁面两侧存在轻微压实现象,对渗透率的影响较小;提高压裂液排量,裂缝长度减小,裂缝宽度增加。研究结果可为疏松砂岩压裂充填设计提供一定理论参考。     

水力压裂横向多裂缝延伸模型

随着储层改造复杂性的增加，研究者已认识到，水力压裂多裂缝现象与早期砂堵、施工压力升高等现象密切相关，但是，目前还没有完整的横向多裂缝模型来描述裂缝延伸压力与闭合应力的同时增加。为此，通过建立计算裂缝端部应力强度因子的不连续位移法，来考虑裂缝轨迹的变化、多条转向裂缝之间闭合应力的相互影响程度；同时结合物质平衡原理与压力平衡原理来描述多裂缝之间的流量动态分流；最后结合裂缝壁面滤失规律的变化、三维裂缝的延伸规律，来模拟不同方位处或同方位处起裂的多条裂缝同时延伸时，流动压力的变化。计算实例表明，与单条裂缝相比，多条裂缝同时延伸时，裂缝净压力升高、裂缝长度变短；不同方位起裂的多个裂缝，由于转向轨迹与应力场的不同，离理想方位越远则流动阻力越大。此模型为现场施工提供了依据。     

重复压裂裂缝延伸模拟实验研究

利用人工岩心,采用室内重复压裂模拟实验的方法,研究重复压裂的造缝机理,量化造新缝的可能性及条件．为现场预测裂缝转向或创造产生新缝的条件。对于选择重复压裂时机,优化压裂设计,改善重复压裂效果具有重要的指导意义。     

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。     

页岩储层中同步压裂形成复杂缝网可行性研究

同步压裂能够更好地利用2个井筒中裂缝诱导应力干扰,降低地应力差异系数,使页岩油气藏产生更加复杂的裂缝形态。文中运用位移不连续理论,建立了二维平面裂缝诱导应力场数学模型,讨论了页岩储层形成复杂缝网所需要的地应力条件,分析了裂缝净压力、裂缝参数和原地应力场等因素对同步压裂形成裂缝网络复杂程度的影响规律。结果表明,裂缝净压力越大、裂缝长度越长、原地应力差异越小,页岩储层形成复杂缝网的可行性越大。研究结果对判断我国页岩油气藏能否应用同步压裂形成复杂缝网具有一定的理论指导意义。     

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。     

水力压裂裂缝高度控制分析

本采用正交分析方法，通过对裂缝三维延伸的模拟计算，较为全面地分析了地层参数、施工参数和压裂液性能对裂缝延伸影响的主次关系。并认为：合理调整压裂液性能。并结合适当的工艺措施，可以有效控制水力压裂裂缝高度延伸。     

水力压裂的天然裂缝延伸简单模型

针对现代网状压裂裂缝间相互沟通时影响因素认识不清的问题,给出了天然裂缝与水力裂缝正交时,天然裂缝延伸长度与入口压力的简单计算模型。通过差分数值法进行求解,对注入流体与储层物性对天然裂缝的影响进行了详细分析。结果表明:天然裂缝的入口压力和延伸长度,与天然裂缝宽度、注入流体黏度及初始入口压力有关;注入流体流量越大、距离水力裂缝越近、储层弹性模量越大,则天然裂缝入口压力越大,天然裂缝延伸也越长。该简单模型可为天然裂缝沟通延伸的快速设计提供理论依据。     

非裂缝型砂岩储层缝网压裂技术

为了保证致密砂岩储层的压裂成功率和改造效果,研究了缝网形成机理和主控因素。通过压裂裂缝扩展分析,确定缝网形成的条件是产生应力释放缝,与主裂缝的夹角为75°。通过分析应力释放缝的岩石力学性质、净压力、最小主应力及应力差等力学影响因素,以及致密储层缝网形成机理,明确了影响缝网形成的主要控制因素,建立了工艺选井选层方法,并以实现缝网压裂为目标进行缝网压裂工艺优化。通过现场试验,建立了一套适合大庆致密油气储层的缝网压裂技术,明显提高了该类储层压后产能。     

水力压裂裂缝三维延伸数值模拟研究

在分析国内外已有裂缝三维延伸模型的基础上,建立了一套新的水力压裂裂缝三维延伸模型,模型的主要发展是考虑了产层、盖层和底层之间的应力和岩石力学参数(弹性模量、泊松比、断裂韧性)变化的影响,能模拟各种应力分布模式以及裂缝穿层前后的延伸情况。以该模型为基础研制了一套三维压裂优化设计软件并进行了大量的实例计算。     

压裂裂缝垂向延伸的人工控制技术

本文较为详细地分析了垂直裂缝高度人工控制技术机理,在此基础上提出在压裂裂缝形成初期,填加低密度上浮剂或高密度下沉刻,从而增大裂缝垂向末梢的阻抗值和假滑动效应,形成人工遮挡层,限制裂缝垂向上的过度延伸,防止压穿上下水层,提高压裂液效率、裂缝效率及压裂的有效性,降低压裂成本,增加油井产量。通过实例计算分析,说明本文所用方法在垂向裂缝的人工控制上是可行的。     

变裂缝导流能力下水力压裂整体优化设计方法

就油田开发过程中水力裂缝导流能力不断降低这一特点,提出了注水开发的低渗透油田变裂缝导流能力下水力压裂整体优化设计的新方法。该方法以注采井组为研究对象,建立了新的经济模型。考虑了压、注、采的费用或收益,并应用模拟退火算法优化缝长和裂缝导流能力。计算结果表明,提高裂缝妆始导流能力民是低渗透油田压裂效果的基础。     

HYDRAULIC FRACTURING INITIATION AND PROPAGATION LAWS FOR MUD-BEARING SAND RESERVOIRS

含泥砂岩储层是海拉尔油田主力油层之一,由于含泥砂岩具有一定的弹塑性,其裂缝起裂及延伸有别于砂岩储层,所以压裂成功率仅为70％左右.为进一步提高压裂成功率,对不同泥质质量分数条件下岩石的应变关系进行了研究,根据不同泥质质量分数条件下裂缝起裂及扩展准则,利用有限元分析软件建立含泥地层裂缝起裂及延伸的力学模型,通过模拟分析不同泥质质量分数条件下地层的破裂压力和裂缝延伸的特点,认清了含泥及砂泥互层情况下裂缝起裂及延伸规律.模拟结果表明,高含泥砂岩储层往往需要提供更高的起裂压力和延伸压力,为该类储层水力压裂的优化设计提供了依据.     

压裂液在地层裂缝中悬砂特性的模拟试验研究

应用高速摄像技术和计算机图形分析技术,研究了不同粘性非牛顿流体压裂液流动过程中支撑剂颗粒在矩形裂缝中的沉降轨迹和沉降速度,从理论上分析了压裂液的水平流动如何影响颗粒的沉降速度。实验结果和理论分析都表明,颗粒的沉降速度随压裂液水平流速的增大而增大;颗粒在裂缝中流动过程的沉降速度是颗粒静止沉降速度的数倍至数十倍,因而压裂液在裂缝中悬砂特性的评估和压裂工艺的设计,不能简单地以颗粒的静止沉降速度为依据,而应以实际沉降速度为依据。     

压裂液性能对压裂效果的影响分析

本文把对压裂效果影响的压裂液性能分为影响造缝作用和影响储层及填砂裂缝渗透率的压裂液性能,重点针对水基体系讨论了压裂液粘度、滤失造壁性、摩阻性、配伍性以及破胶水化液等性能对压裂处理效果的影响,并提出了相应的控制方法．     

支撑剂在清洁压裂液中的沉降规律

清洁压裂液中支撑剂的运移和铺置对压裂效果有重要影响,目前对这方面基于理论研究和矿场试验的较多,而室内实验研究较少。利用透明平行板裂缝充填模拟装置,对4个影响支撑剂沉降规律的因素进行了研究。结果表明:黏度越大,沉降速度越小;压裂液携砂性能随排量的增加、支撑剂密度的减小呈线性规律增长;砂液比对沉降速度影响较小;其中3个主因素对压裂液携砂能力的影响程度从大到小依次为清洁压裂液黏度、支撑剂密度和砂液比。认清支撑剂沉降规律可进一步提高压裂井施工参数的合理性。     

离散裂缝网络模型在体积压裂裂缝网络模拟上的应用

致密油藏储层渗透率低,地层基质向裂缝渗流受到限制,采用体积压裂"打碎"储集层,形成复杂缝网,能够实现裂缝与油藏的最大接触。由于体积压裂形成体积压裂改造区(SRV区),常规双翼对称裂缝模型不再适用,新型缝网模型亟待研究。综合测井解释、岩石力学、微地震数据,在测试压裂分析的基础上,通过净压力拟合、缝网拟合,对比了离散裂缝网络(DFN)模型和裂缝簇两种模型,其中DFN模型拟合程度较高,证明DFN模型适合体积压裂裂缝网络模拟。     

BZ油田水力裂缝在天然裂缝界面延伸行为

BZ油田沙三段低渗储层天然裂缝发育,水力裂缝垂向上与天然裂缝面相遇时的裂缝延伸方式直接影响水力压裂优化设计。基于岩层垂向上最小水平主应力分布近似相等的特征,将界面附近岩石简化为双层岩层受力分布;依据线弹性断裂力学理论,给出远场有效应力作用下垂直于水平岩层压裂裂缝的缝尖应力场;结合裂缝张性破坏和剪切破坏准则,建立了考虑岩层界面内聚力、摩擦系数(内摩擦角)及抗张强度影响下的水力裂缝滑移判据;根据储层原地应力场和岩石力学计算,分析了相应参数对水力裂缝穿越与滑移的影响。结果表明,BZ油田沙三段储层水力裂缝延伸到天然裂缝界面时表现为穿越现象,这对压裂优化设计具有重要指导意义。