裂缝性储层水平井裂缝起裂和延伸规律研究

一般水平井压裂的破裂压力比直井的破裂压力要高得多,存在裂缝压不开而导致压裂施工失败的问题,反映了水平井的裂缝起裂机理与垂直井及普通定向井有显著差别,研究水平井裂缝起裂机理和裂缝延伸规律,对水平井水力压裂优化设计具有重要的意义。以黄陵地区三叠统延长组长6油层组裂缝性储层为例,利用测井资料处理了地应力剖面,采用岩心的岩石力学性质和地应力试验分析方法、压裂施工参数和净压力处理分析方法,结合裂缝监测及区域构造特征,将室内试验与数值分析方法相结合,明确了该类储层水平井人工裂缝起裂特征,揭示了水平井裂缝延伸规律,为该类储层水平井压裂方案和设计优化提供理论依据,从而有效地提高了施工效率和成功率。     

水力压裂裂缝转向数值模拟研究

水力压裂产生的裂缝方向取决于地应力状态,垂直裂缝井压裂前储层中的应力分布,尤其是水平主应力方向控制着裂缝的起裂方位和延伸方向。分析了影响储层地应力场、裂缝方位及几何尺寸的因素,在此基础上,建立了压裂裂缝转向的应力场和渗流场数学模型并进行模型求解。对压裂裂缝转向机理进行了定量研究。     

松南火山岩气藏压裂技术研究与应用

东北油气分公司松南火山岩气藏位于松辽盆地南部,面积达7 240 km2,火山岩气藏探明地质储量433.66×108m3,动用储量177×108m3,总体动用程度低。松南火山岩储层埋藏深、天然微裂缝发育,压裂破裂压力高、施工压力高、停泵压力高,加砂困难容易砂堵。针对火山岩裂缝发育的特点,形成了多裂缝识别技术,利用极限砂比原理,提出了多裂缝控制技术,大幅提高了压裂施工成功率和加砂量;利用低伤害耐高温压裂液技术,进一步降低了储层伤害,提高压裂成功率和压后效果。该项目成果在火山岩储层应用7井次,成功率85.7%,平均单井加砂63.7 m3,为松南火山岩气藏83×108m3低品位未动用储量的高效开发提供了强有力的技术支撑。成果推广应用到腰英台油田裂缝发育的碎屑岩储层,施工成功率由72%提高到93.8%,平均加砂规模由17.2 m3提高到26.2 m3,新建产能1.9×104t。     

长岭凹陷腰英台低渗储层压裂工艺

松南盆地长岭凹陷腰英台区块低渗透储层微裂缝发育,在地层原始状态下微裂缝呈闭合状,压裂过程中随着压力升高,微裂缝开启形成诱导缝,大大提高储层渗流能力,导致压力下降,压裂液大量滤失,裂缝宽度变小引起脱砂,最终导致压裂失败。通过室内研究和现场试验,采用"悬塞"控缝、高砂比小陶粒控缝等配套技术,有效地控制了微裂缝在压裂过程中的影响,提高了压裂成功率。     

富县探区中生界油藏储层压裂裂缝形态研究

水力压裂裂缝形态是油层压裂设计首先要考虑的问题针对中原油田富县探区中生界油藏储层埋藏深度浅,跨度大(300～1100 m),储层三向地应力变化大,压裂裂缝形态复杂的情况,通过对区域构造特征、岩芯地应力、岩石抗张强度、瞬时停泵压力、压裂时缝内净压力、岩石横向非均质性等综合分析,得出该区人工裂缝以水平缝为主,垂直缝及高角度斜交缝也有可能存在,而且人工裂缝在延伸过程中还可能发生转向。     

页岩储层射孔水平井分段压裂的起裂压力

目前,页岩储层水力压裂裂缝起裂和扩展机理研究已成为国内外水力压裂研究领域的重要课题,射孔水平井分段压裂技术是其高效开发的主要手段。针对目前部分裂缝起裂压力模型在计算射孔水平井横向裂缝起裂时破裂压力过低、严重偏离实际的问题,基于Hossain模型和Fallahzadeh模型,建立了新的水平井射孔孔道表面的应力分布模型;同时开展了水平井分段压裂的诱导应力分布研究和不同压裂工艺条件下复合地应力的分析;进而针对页岩储层的岩性特征,建立了考虑诱导应力条件下,页岩储层射孔水平井水力压裂在岩石本体起裂、沿天然裂缝剪切破裂和沿天然裂缝张性起裂3种方式下的起裂压力计算模型,提出了页岩储层水力裂缝起裂方式和起裂压力的判别方法。该成果对于页岩储层水力压裂裂缝起裂机理的研究和现场应用具有一定的指导意义。     

碳酸盐岩储层地应力及裂缝测试技术——以塔河油田奥陶系碳酸盐储层为例

储层改造中地应力场的分布决定着水力压裂裂缝的方向和高度,最大水平主应力方向是压裂裂缝的延伸方向。因此,地应力大小及方向的测量就显得尤为重要。介绍了声波各向异性、差应变及偶极声波测量地应力的原理及方法,并分别对塔河油田碳酸盐岩储层岩心测量结果进行了比较,结果证明3种测量方法结果比较一致,最后用嵌入式地面裂缝监测技术的测试结果（73口井）进行了验证,说明塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层地应力分布遵循一定的规律,不同的区块、不同的井位,地应力分布虽稍有不同,但最大地应力方向主要分布在北偏东0～90°的范围内。     

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。     

公山庙油田沙溪庙组油藏压裂裂缝形态研究

公山庙油田沙溪庙组储层天然裂缝较为发育,通过对储层天然裂缝特征、地应力状态、施工资料和微地震资料的综合分析,研究了该区压裂形成的人工裂缝形态。研究表明该区压裂形成的人工裂缝形态主要受地应力状态控制,压裂过程中形成的裂缝以水平裂缝为主;天然裂缝对压裂裂缝形态有重要影响;压裂形成的人工裂缝沟通天然裂缝,形成了复杂的裂缝形态,有效地提高了储层改造体积,实现了对Ⅲ类致密油储层的有效改造。     

大庆外围油田地应力特征及人工裂缝形态分析

通过分析大量的试验资料,简要论述了地应力研究的方法和手段,搞清了大庆外围油田部分区块的地应力分布规律。研究结果表明,井点地应力大小以最大垂向主应力为主,水力压裂裂缝为垂直缝;最大水平主应力方向以近东西向为主,水力压裂裂缝的延伸方向也以近东西向为主;但受断层影响的平面地应力大小和方向差异较大,导致水力压裂裂缝的延伸方向有所改变,大量的现场微地震人工裂缝方位监测结果也说明了这一点。     

暂堵压裂技术在坪北油田的研究应用

文章通过对坪北油田三叠系延长组C62、C61和C4＋52主要含油层位地应力大小及方位特征、裂逢开启与延伸条件、暂堵剂评选及配套技术等方面研究,提出了缝内桥堵主裂缝通道,促使裂缝净压力升高,从而压开新的支裂缝或沟通更多微裂缝,增大油层泄流面积的暂堵压裂增产技术思路。2004～2005年现场应用11井次,工艺成功率91％,有效率81．8％,累计增油3058t,投入产出比1：9。暂堵压裂技术的应用旨在为进一步提高坪北特低渗油藏采收率探索一条新途径。     

辽河坳陷火山岩油藏勘探压裂配套技术与应用

针对辽河坳陷火山岩“低、深、硬、厚、漏”的油藏特点和“高储层温度、高施工泵压、高流体滤失、高启裂梯度、高砂堵几率”的压裂难点,确定了大排量、中低砂比、大规模、造长缝的压裂改造主导思想,以使压裂裂缝尽量多、尽量远地沟通天然微裂缝和溶孔,达到提供油流通道的目标。形成了抗高温、抗高压、抗砂堵、降滤失、降启裂、快返排的火山岩压裂改造“三抗二降一快”主体工艺,大大提高了火山岩压裂的施工成功率和措施有效率,在现场进行了大量的推广应用,取得了良好的增储上产效果。     

川东南深层页岩气分段压裂技术的突破与认识

四川盆地东南部深层(垂深超过2 800 m)页岩气藏受地质背景和成岩作用的影响,储层矿物成分及孔隙结构特征复杂多变,岩石塑性与非线性破裂特征明显增强,最大与最小主应力差异绝对值加大,导致分段压裂施工破裂压力与延伸压力高、裂缝宽度小、砂液比与裂缝导流能力低、体积裂缝难以形成,严重影响了压后页岩气的产能。基于对深层岩石力学性质、地应力特征、破裂特征及裂缝形态特征的分析研究,提出了"预处理酸+胶液+滑溜水+胶液"混合压裂施工新模式及配套技术。现场应用效果表明:丁页2HF井下志留统龙马溪组压后获得页岩气无阻流量10.5×10~4 m~3/d,取得了地质突破;金页1HF井下寒武统笻竹寺组压后获得页岩气无阻流量10.5×10~4 m~3/d,有望获得商业突破。结论认为:①深层页岩复杂缝难以形成,其压裂技术应有别于中深层;②所建立的破裂压力模型可为深层破裂压力的预测提供有效手段;③降低施工压力是确保深层压裂施工安全的关键之一;④深层页岩压裂除了储层应具有良好的物质基础外,增加压裂裂缝复杂性与形成高导流裂缝也非常关键。     

人工隔层技术在控缝高压裂井中的应用

压裂施工中,如果隔层的遮挡能力较差,裂缝就会穿过隔层,含水层离产层较近的情况下还会引起含水急剧上升,影响压裂效果,甚至造成压裂失败。为了提高压裂作业的成功率,对缝高控制技术进行深入研究,实验分析了人工隔层上转向剂和下转向剂的上率浮、沉降率、上浮相对速率、沉降相对速率及隔层应力提高率,优选出了上转向剂KR2（上浮率为97%,上浮相对速率1.78,突破压力提高7.23 MPa）和下转向剂KR4（沉降率为98%,沉降相对速率1.83,突破压力提高6.29 MPa）。现场试验中,上转向剂的加入很好控制了裂缝在高度上的延伸,控缝高效果显著,人工裂缝高度降低2.7 m且未压穿水层,为以后控缝高压裂井的施工提供了很好的参考。     

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。     

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。     

低渗透储层垂直缝延伸规律研究

随着我国低渗透砂岩油藏越来越多地被发现并投入开发,人们逐步认识到裂缝性低渗透油田开发的特殊性：不仅基质岩块具有低渗透开采的特点,而且由于天然或人工裂缝的存在,大大改变了流体在地层的流场。在注水开发过程中,发现沿裂缝方向有水窜现象,直接影响了注水开发效果。为研究裂缝的延伸规律,首先做了一些假设,根据假设,建立了裂缝延伸模型,然后用标准的四阶Runge-Kutta法可迭代解出裂缝几何尺十、缝中流量分布和压力分布。以安塞油田王窑区长61储层参数为例,设计了不同的方案,对裂缝的延伸规律进行了研究,认为：侧向应力不高、储层致密是造成注水时裂缝张开并大距离延伸的主要原因;裂缝延伸长度与注入量成正比,而与渗透率和裂缝内外压差成反比。建议通过周期性注水来延缓水沿裂缝窜进到油井的时间。     

基于施工曲线的页岩气井压后评估新方法

基于有限的资料进行压后评估分析,对于压裂方案的持续改进具有重要的意义。为了再认识储层及人工裂缝参数,把 压裂施工曲线分为前置液注入和主压裂施工两个阶段。通过统计前置液注入阶段的地层破裂次数、平均压力降幅和平均压力降速, 可以定性判断地层脆塑性;根据压裂施工中的能量区域可定量化计算综合脆性指数。真三轴大型物理模拟试验结果显示,主压裂施 工阶段曲线压力波动频率和幅度反映了裂缝的复杂程度,结合地层脆塑性可综合诊断远井裂缝形态。以渝东南某页岩气P 井为例, 进行压后评估分析。结果表明：①水平井筒延伸方向的页岩地层非均质性较强,以自然伽马值260 API 作为该区地层脆塑性的界限, 偏脆性地层更易形成复杂裂缝系统;② P 井有一半裂缝为单一缝,为了进一步改善开发效果,应进一步采取精细分段、转向压裂等 措施。该成果为进一步改进该区压裂井设计、提高压裂有效改造体积提供了理论依据。     

火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积模拟方法

火山岩储层压裂对天然裂缝的有效激活可改善储层渗流能力,提升压裂效果。因此,火山岩储层水平井分段压裂的天然裂缝剪切破裂体积和剪切位移的模拟与表征,对量化储层改造充分程度、优化压裂工艺设计具有重要意义。针对裂缝性火山岩储层水平井分段压裂水力裂缝的动态延伸行为,考虑扩展裂缝对应力-压力场的干扰作用,以此触发天然裂缝的剪切破裂机制,建立了火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积模拟方法。研究表明:剪切破裂体积随着水平应力差、天然裂缝逼近角、弹性模量、压裂液总量及注入排量的增大而增大,随着天然裂缝内聚力的增大而减小;泊松比对剪切破裂体积的影响不明显。该方法实现了对火山岩储层水平井分段压裂剪切破裂体积的定量模拟与表征,对提高火山岩储层压裂的优化设计及压后效果评估具有重要的理论指导意义和矿场应用价值。     

TOUGH-FLAC3D热流固耦合模拟煤储层水力压裂过程

以沁水盆地南部安泽区块煤层气储层为例,将TOUGH与FLAC^3D搭接耦合来设计模拟,以实现对煤储层水力压裂热-流-固耦合的分析,进而获得在多场控制下的裂缝扩展与穿层规律。研究结果表明：水力裂缝沿着先存裂缝方向扩展更容易发生于二者以较小逼近角相交时。当逼近角较大时,水力裂缝会沿着最大主应力方向扩展。在垂向平面上,由于煤岩与顶底板岩石力学性质差异显著且煤层微裂隙发育,压力在煤层当中传播速度快于在顶底板中,导致在煤层中靠近顶底板的交界面处,形成两个相对高压区域。同时埋深较深的煤层由于原地应力较大,相比于浅层煤层,更易发生塑性变形。深部煤层由于压裂液滤失系数较小且垂向应力较大造成的流压积累,是顶底板被压穿的主要原因。煤样物理实验和压裂曲线分析的结果验证了此次模拟结论的准确性。