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。     

对断层附近油井水力压裂措施的认识

断层附近油井的水力压裂措施可行性一直是许多科研工作者探讨的问题,有些科研工作者认为,对断层附近的油井实施压裂,一旦裂缝延伸至断层。将会造成支撑剂和压裂液沿断层流失导致压裂无效,或者引出断层水造成油井含水暴涨。通过对断层附近油井的压裂措施实践,认为断层不是制约压裂效果的绝对因素,并详细阐述了断层在油田开发及压裂措施中的正、反两方面的双重作用,给出了断层附近油井压裂的措施原则及措施时机,对断层附近油井压裂措施决策具有重要的指导意义。     

断层附近油井水力压裂可行性探讨与措施

断层附近油井水力压裂措施的可行性一直是许多科研工作者探讨的问题,有些科研工作者认为,对断层附近的油井实施压裂,一旦裂缝延伸至断层,将会造成支撑剂和压裂液沿断层流失导致压裂无效,或者引出断层水造成油井含水暴涨.通过对断层附近油井的压裂措施实践,认为断层不是制约压裂效果的绝对因素,并详细阐述了断层在油田开发及压裂措施中的正、反两方面的双重作用,给出了断层附近油井压裂的措施原则及措施时机,对断层附近油井压裂措施决策具有重要的指导意义.     

构造应力场在巨厚稠油油藏开发中的应用

以辽河盆地冷４３断块需要压裂投产的深层巨厚稠油油藏为例，运用井壁崩落、水力压裂、岩心分析等方法确定该油田最大水平主应力方位和大小，为该类油藏压裂裂缝延伸方向的预测和油田开发井网的合理部署奠定了基础，也为类似油藏的高效合理开发提供了理论依据。     

缝内转向压裂工艺技术在姬塬油田老井改造中的应用及评价

低渗透油田随着开发时间的延长,单井产量低、注采矛盾突出、储层重复压裂后,剩余油动用困难,通过缝内转向压裂技术的研究,进行了老井缝内暂堵压裂改造的现场试验,利用人工干预改变裂缝延伸方向,解决常规重复压裂无法有效动用人工裂缝侧向剩余油的技术难题。文章通过研究缝内转向压裂技术在长庆姬塬油田老井改造中的应用,评价其在低渗透油气田的适用性,为低渗透油田的持续稳产提供技术支撑。     

井下微地震裂缝测试技术在长庆油田的应用

裂缝方位和几何尺寸决定了井网的部署、射孔的方位、压裂设计的优化等，直接影响着低渗透油田开发的好坏。长庆油田采用井下微地震技术进一步认识到水力裂缝延伸的复杂性，明确了压裂裂缝真实延伸情况，在指导油田开发中的井网部署、压裂优化设计、压裂后的效果评估方面将发挥重要作用。     

断层附近非均匀应力场页岩压裂缝网扩展模拟

压裂过程中水力裂缝的延伸行为对页岩气增产改造效果至关重要。然而部分页岩地层断层较发育,附近地应力场呈现非均匀分布,最大水平主应力方向随空间位置发生变化,若水平井井筒仍沿垂直于原始最大水平主应力方向部署,水力裂缝可能出现非平面偏转延伸行为,进而影响缝网体积。文中为揭示页岩地层断层发育对水力裂缝延伸及缝网体积的影响,建立了断层附近非均匀应力场计算模型,并在此基础上构建了断层影响下的页岩气水平井分簇裂缝偏转延伸模型和缝网体积计算模型,模拟并分析了非均匀应力场下的水力裂缝延伸及压裂缝网扩展规律。结果表明：平移断层附近水力裂缝趋向平行于断层方向延伸,而正断层附近水力裂缝趋向垂直于断层方向延伸。页岩气水平井井筒垂直于最大水平主应力方向部署后,可以减小射孔孔眼摩阻,减少施工压力损失,提高缝内净压力,增大缝网体积。该研究可为页岩地层内断层附近的水平井井眼轨迹部署提供重要的理论依据。     

限流压裂施工参数的优化

从油田开发整体要求的角度出发,提出了优化限流压裂施工参数的思路,建立了适用于限流压裂裂缝延伸的拟三维数学模型,并综合了裂缝延伸模拟二维模型计算速度快、简便省时和三维模型较真实反映缝高延伸的优点,从理论上实现了限流压裂施工参数的优化设计,共节省了大量的设计计算时间。     

“工厂化”压裂多裂缝应力干扰与延伸规律研究

水平井分段多簇体积压裂是实现致密油资源商业化开发的重要手段。文中基于位移不连续法,建立水平井分段压裂多井、多裂缝扩展计算模型,开发数值模拟软件,研究单井多簇压裂和多井工厂化压裂时的裂缝延伸规律。结果表明：多裂缝同步扩展时,受应力阴影效应影响,裂缝周围地应力发生改变,段内各裂缝间压裂液流量分配不均,裂缝发生不均匀扩展现象;合理布置压裂簇的数量与位置,可促进裂缝均匀扩展;多井平行压裂和交错压裂时,井间形成拉应力集中区,压裂段中部裂缝相互靠近,平行压裂裂缝易导通,交错压裂裂缝则易出现“雁型裂纹”;对于平行压裂和交错压裂,同步压裂裂缝延伸均匀性更强,压裂效果更好。该研究成果可为致密油储层工厂化压裂施工设计提供参考。     

水力压裂裂缝的延伸与储层的连续性

本文以马岭油田为例研究了压裂裂缝延伸长度的设计方法,当已知压裂层的厚度时,按压裂裂缝长度应保持在透镜体含油范围之内的原则,以透镜体宽度来设计裂缝延伸长度和压裂规模.压裂后的裂缝延伸长度,用典型曲线拟合方法对马岭油田南试验区六口压裂井的压力恢复资料进行了计算,它们的裂缝延伸长度(单翼)17～66.5米,一般均在含油透镜体之内,因此,压裂效果随裂缝长度(压裂规模)的增大而明显地提高.     

水平井平行裂缝间诱导应力干扰机制的数值模拟研究

水平井平行裂缝间的诱导应力场相互叠加,造缝机理复杂化。应用数值模拟方法,对多平行裂缝诱导应力相互干扰的机制进行研究。首先对预制单裂缝在垂直和平行裂缝方向上诱导应力的数值解和解析解进行对比,结果表明垂直裂缝表面方向的诱导应力相对平行裂缝表面的诱导应力要大。其次对2条预制平行裂缝及2条同步扩展裂缝周边的诱导应力变化规律进行研究,结果表明小裂缝间距、长裂缝和小主应力差更有利于主应力反转和网状裂缝的形成。最后研究了3条同步扩展的平行裂缝的几何形态,研究表明较小缝间距和较大的水平应力差异系数会造成中间裂缝很难起裂或起裂后迅速止裂,不易形成有效裂缝。较小的主应力比值有利于裂缝转向,产生沿原始最小主应力方向的分支裂缝,更有利于在页岩储层中形成复杂裂缝网络。在合适的地应力条件和缝间距下,中间裂缝能突破“扩展抑制期”而进入“二次扩展期”。     

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。     

陆梁油田头屯河组油藏地应力分析及应用

随着对地应力认识的深入，它在油田勘探开发中的作用日渐明显。应用岩心测试、水力压裂等资料分析了陆梁油田头屯河组油藏的地应力及裂缝特征。水平最大主应力方向为NW，水平最小主应力梯度为0．0121MPa／m，天然的裂缝走向为近似东西向，比较真实地反映了油藏地应力分布状况。在分析地应力、裂缝特征的基础上，简述了裂缝与地应力的关系，并对压裂时地层中裂缝的延伸情况进行分析，同时分析了该油藏地应力、裂缝对油田开发的影响。     

朝阳沟油田构造裂缝及其有效性研究

在岩心和露头裂缝发育特征观察和统计工作基础上，结合油田开发动态，应用岩心古地磁定向等室内实验方法，利用水力压裂等现场资料对朝阳沟油田扶杨油层古今地应力场及裂缝发育特征进行了系统的研究。结果认为，扶杨油层发育以东西向为主的多向性构造裂缝，油田开发初期近东西向显裂缝导流能力最强，为最有效裂缝组系。随油田压力场变化，裂缝有效性也随之改变，出现多方向见水及水淹现象。低渗透油田开发注水压力界限是控制不同方向裂缝组系的张开度。     

大庆低渗透油藏注水动态裂缝开启机理及有效调整对策

大庆长垣外围低渗透油藏水驱开发受注水动态裂缝影响,水驱开发效果差。为改善水驱效果,需首先明确注水动态裂缝开启规律,进而才能提出开发调整对策。综合利用地质力学、油藏工程及数值模拟等方法,建立了注水动态裂缝开启压力计算方法,揭示了其开启机理和延伸规律,并针对裂缝开启不同情况,形成了相应的调整对策。研究表明：当注水压力超过储层现今最小水平主应力时,裂缝首先沿现今最大水平主应力方向开启;随着注水压力继续增加,裂缝沿与现今最大主应力方向夹角较小的注采井连线方向开启。根据裂缝开启压力计算方法,结合大庆外围A油藏条件,其裂缝开启的临界注水压力为9 MPa。油藏注水压力为12～14 MPa,当注水井排与现今最大水平主应力方向一致时,油藏沿现今最大水平主应力方向开启单方向裂缝,剩余油主要沿裂缝呈条带状分布;当注水井排与现今最大水平主应力方向呈一定夹角时,油藏开启多方向裂缝,剩余油被多方向裂缝切割呈零散分布。基于不同井网与裂缝匹配油藏剩余油分布模式,提出了“限压注水控制多方向注水动态裂缝开启、沿现今最大水平主应力方向裂缝线性注水、侧向基质驱替”的开发新理念,给出了注水压力界限与井网加密调整模式,现场应用效果显著。     

低渗透砂岩油藏暂堵重复压裂技术研究

初次水力压裂后产生的支撑裂缝周围会形成诱导应力场,进而改变原始地应力场,从而导致重复压裂时启裂改向,其延伸方向依然取决于地应力状态。通过改变围压条件进行的水力压裂模拟实验,证实了重复压裂造新缝的可能性。鄂尔多斯盆地安塞油田采用了暂堵重复压裂工艺技术:在老裂缝重张过程中加入暂堵剂进行封堵形成高压环境,产生新裂缝并沟通部分天然微裂缝,随后加入支撑剂构建新的高导流裂缝体系,使泄油面积大大增加。现场试验的裂缝监测和效果分析资料证实产生了新裂缝。     

安塞油田低渗透砂岩油藏重复压裂技术研究

初次水力压裂后产生的支撑裂缝周围会形成诱导应力场,进而改变原始地应力场,从而导致重复压裂的启裂改向,其延伸方向依然取决于地应力状态。通过改变围压条件进行的水力压裂模拟实验证实了重复压裂造新缝的可能性。安塞油田采用了重复压裂工艺,在老裂缝重张过程中加入暂堵剂进行封堵,形成高压环境,产生新裂缝并沟通部分天然微裂缝,随后加入支撑剂构建新的高导流裂缝体系,使泄油面积大大增加。现场试验的裂缝监测和效果分析资料证实产生了新裂缝。     

The impact of cleats on hydraulic fracture initiation and propagation in coal seams

Cleats are systematic, natural fractures in coal seams. They account for most of the permeability and much of the porosity of coalbed methane reservoirs and can have a significant effect on the success of hydraulic fracturing stimulation. Laboratory hydraulic fracturing experiments were conducted on coal blocks under true tri-axial stress to simulate fracturing stimulation of coal seams. Fractures were initiated by injecting a water gel with luminous yellow fluorescent dye into an open hole section of a wellbore. The impact of cleats on initiation and propagation of hydraulic fractures in coal seams is discussed. Three types of hydraulic fracture initiation and propagation pattern were observed in this study: 1) The hydraulic fracture initiated and then grew along the cleat. 2) The hydraulic fracture initiated along a butt cleat or a fracture(natural or induced by drilling) oriented roughly in the minimum horizontal stress direction, then turned to propagate along the first face cleat that it encountered or gradually turned towards the maximum horizontal stress direction. 3) The hydraulic fracture initiated perpendicular to the minimum stress and, when it encountered a face cleat, tended to propagate along the cleats if the extension direction does not deviate greatly(20° as determined in this paper) from the maximum horizontal stress direction. When a coal seam is hydraulically fractured, the resulting fracture network is controlled by the combined effect of several factors: cleats determine the initiation and extension path of the fracture, the in-situ stress state dominates the main direction of the fracture zone and bedding planes impede fracture height growth.     

地表测斜仪在监测复杂水力裂缝中的应用

通过压裂监测可以得到准确的裂缝参数,有助于指导和完善非常规资源的开发。本文详述了测斜仪压裂裂缝监测技术的原理,借鉴Okada线弹性理论和基于蒙特卡洛法的模拟退火反演方法,通过建立三种复杂裂缝模型,对各模型对应的地表倾斜场分别进行了正演模拟,对所得数据附加一定的随机噪声之后又运用基于复杂裂缝模型模拟退火的方法进行数据反演。结果显示,测斜仪监测方法能够较好地估计复杂裂缝的走向、倾角和体积分布等,弥补了微地震方法在说明监测有效压裂体积方面的不足,为使用微地震和测斜仪进行联合压裂监测提供了一种思路。