新疆油田七东1区克下组地应力特征及人工裂缝延伸方向*

新疆油田七东1区克下组在压裂施工过程中,通过微地震监测存在水平裂缝的可能。利用凯瑟尔实验测定该区块水平地应力大小及构造应力系数,建立了该区块组合弹簧模型的地应力计算模型,利用测井资料分析了七东1区地应力分布规律。分析结果表明:七东1区地应力状态存在明显的分界线,分界线大致为东北-西南走向;区块西北部最小水平主应力大于垂直主应力,处于逆断层应力状态;区块东南部最小水平主应力小于垂直主应力,处于正断层应力状态,中间存在走滑断层应力状态过渡带;因此压裂裂缝形态具有明显的区域性分布,即东南部为垂直裂缝,西北部压裂形成水平裂缝。分析结果与水力裂缝形态的分布规律一致。该地区存在水平裂缝的新认识,将对压裂工艺的改进及提高小层动用程度具有重大意义。     

一种确定裂缝参数的新方法

本文根据压裂施工停泵后裂缝仍有延伸的问题,提出了一种利用压裂后压降曲线早期段求解裂缝参数的方法。利用该方法可求得压裂液滤失系数、停泵后裂缝延伸时间及延伸长度、停泵时裂缝的长度与宽度、闭合后的缝长及缝宽、闭合压力与闭合时间和最小水平主应力。文中给出了计算实例。     

基于CDEM的页岩甲烷原位燃爆压裂数值模拟

甲烷原位燃爆压裂是一种利用原位解析的甲烷气体作为爆源的页岩气储层改造方法。基于连续-非连续单元法(CDEM),结合朗道爆源模型和线弹性拉剪复合断裂本构建立甲烷燃爆压裂数值模型。针对页岩气储层开展直井甲烷燃爆压裂数值模拟,分析燃爆峰值压力、增压速率、初始最小主应力、应力差以及天然裂缝参数对燃爆裂缝扩展的影响。结果表明：甲烷燃爆压裂在井周形成复杂裂缝,随着峰值压力和增压速率的增大以及初始最小主应力的减小,燃爆裂缝扩展范围会增加,其中峰值压力的影响最显著;在应力差的影响下燃爆裂缝范围偏向最大主应力方向,且应力差越大这种偏差越明显;天然裂缝能够增强燃爆压裂效果,其分布密度越大、缝长越长、与最大主应力方向夹角越小,燃爆裂缝扩展范围越大。     

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究

水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率,裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一.建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,通过分析求解模型可以得出:井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0°时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂;对比分析了现有裂缝延伸模型,得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟;分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响,计算结果表明,当隔层与产层的应力差大于5MPa时,裂缝被限制在产层内.     

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。文章利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10 000 m3。     

页岩储层水平井分段压裂裂缝间距设计及影响因素分析

水平井分段压裂技术在页岩储层中广泛应用。多级裂缝间的相互作用对裂缝周围的应力转向有很大的影响,如何优化裂缝间距是一个亟待解决的关键问题。以KGD水力裂缝模型为基础,建立了水力裂缝周围诱导应力场的计算模型和分段压裂裂缝周围复合应力场的计算模型。以水平最大主应力的偏转角、分段压裂段数极限、压裂井段总长度为判断依据,形成了水平井分段压裂裂缝间距设计方法。实例计算表明：裂缝间距与裂缝半长、原水平主应力差、裂缝内压有一定关系;在顺序分段压裂中,后压裂的裂缝间距应大于之前的裂缝间距。     

页岩储层水平井分段压裂裂缝间距设计方法及影响因素分析

水平井分段压裂技术在页岩储层中广泛应用。多级裂缝间的相互作用对裂缝周围的应力转向有很大的影响,如何优化裂缝间距是一个亟待解决的关键问题。以KGD水力裂缝模型为基础,建立了水力裂缝周围诱导应力场的计算模型和分段压裂裂缝周围复合应力场的计算模型。以水平最大主应力的偏转角、分段压裂段数极限、压裂井段总长度为判断依据,形成了水平井分段压裂裂缝间距设计方法。实例计算表明:裂缝间距与裂缝半长、原水平主应力差、裂缝内压有一定关系;在顺序分段压裂中,后压裂的裂缝间距应大于之前的裂缝间距。     

陕北斜坡东部上古生界现今应力场特征

在计算垂向主应力的基础上,采用Newberry水平主应力模型及Haimson地层破裂压力孔隙弹性模型,计算了陕北斜坡东部上古生界现今主应力大小,采用构造模拟方法研究水平主应力方向,进而完成陕北斜坡东部上古生界现今应力场特征研究。结果表明:研究区最小水平主应力主要在30~36MPa之间,最大水平主应力主要在40~55 MPa;水平主压应力方向NE37°-85°,北部主要为NE37°-75°,南部主要为NE75°-85°。根据研究区现今应力场研究结果,该区井网部署过程中应适当增加NE及NEE方向井距以扩大井网控制范围,在储层压裂改造过程中施工压裂应大于40 MPa,以达到破裂造缝的目的。     

砂岩储层可压裂性评价方法研究

通过研究砂岩储层压裂裂缝起裂、扩展规律以及期望的裂缝形态,提出了砂岩储层可压裂性具体含义。分析KGD模型中各因素对压裂裂缝的影响规律,借助成熟的有限元方法对上述规律进行验证及补充,建立了砂岩储层可压裂性与储层岩石弹性模量和最小水平地应力之间的关系,绘制了可压裂性指标的变化规律,即弹性模量越高,最小水平地应力越小,砂岩储层的可压裂性越高。根据地震资料可以绘制砂岩储层的三维可压裂性分布图,可以为压裂选井选层提供参考。     

水力压裂数据水平地应力反演模型研究

地应力的研究对能源发展、水利及交通设等都起着重要作用.水利压裂法是测量最小水平地应力的一种简便可靠方法,但直接获取最大水平地应力较为困难.本文采用最小二乘法对多组水力压裂数据联立求解,同时获得了最大和最小水平地应力.对中国南海某盆地的压裂数据进行实例计算,其结果符合当地地质构造.     

页岩气藏水力压裂中应力-流压耦合效应及人工裂缝扩展规律

为探究页岩储层水力压裂作业过程中地层应力和流体压力之间的耦合作用及人工裂缝扩展规律,根据有效应力原理和格里菲斯-库伦破裂准则,建立颗粒流应力-流压耦合数值模型,开展基于离散元方法的孔隙超压和水力压裂数值模拟研究。结果表明:孔隙流体压力与水平应力场之间存在耦合作用,孔隙超压能够降低固相介质的有效水平差异应力,增加岩石的抗破坏能力,存在孔隙超压的岩石的刚度和剪切破坏峰值强度均有提高;水平应力场与水力压裂流体之间也存在耦合作用,初始水平主应力的大小及方向直接影响压裂流体的扩展方式,水力裂缝会以细小裂纹的形式向最大周向应力方向延伸,最小周向应力方向的裂缝延展被抑制;应力-流压耦合作用下,流体生成的裂缝能够改变岩石介质所受最小水平主应力的大小及分布,最小水平主应力在裂缝尖端处弱化,在与裂缝垂直的方向增强。     

水力喷砂射孔孔道裂缝起裂机理研究

与传统射孔工艺相比,水力喷砂射孔方法产生的地层孔具有孔径大、孔道长和孔数少特点。针对射孔孔道影 响压裂裂缝形态问题,开展孔道周围应力分布及起裂机理的研究工作。研究中采用三维有限元数值模拟结合室内实 验验证的方法,分别从布孔方式、射孔方位和水平井筒方位方面,揭示了水平井近井筒区域喷砂射孔孔道产生的3 种 裂缝形态。研究表明,压裂裂缝倾向于从射孔孔道根部位置起裂;水平井筒与最小水平主应力夹角小于30°,两层布孔 可在近井筒区域产生一条横向裂缝,螺旋布孔和对称布孔产生多条横向裂缝;纵向裂缝比横向裂缝更易于产生,形成 纵向裂缝与横向裂缝相结合的扭曲裂缝;水平井筒与最小水平主应力夹角大于80°,产生一条纵向裂缝,与喷砂射孔参 数无关。该研究可为水平井水力喷砂射孔及压裂合理施工提供理论指导。     

SN油田重复压裂技术界限研究

重复压裂是提高低渗透油田采出程度非常有效的技术措施。基于SN油田裂缝诱导应力场和生产诱导应力场模拟计算,结合最小主应力原理确定重复压裂裂缝延伸方位与原裂缝方位偏转一定角度。根据正交设计分析,应用压裂生产动态模拟器分析地层压力、当前含水状况、储层渗透率、储层孔隙度、压裂规模和导流能力对重复压裂效果的影响;以NPV作为评价重复压裂效果的准则,进而确定SN油田重复压裂最佳时机：有效厚度大于5m、压力系数大于0.5,有效渗透率大于1.0×10^-3μm²、含水饱和度不大于60%。考虑到井网配合条件,重复压裂裂缝长度应控制在90～120m、砂比>30%。应用效果良好。     

水平井压裂裂缝监测与分析

水平井可以在不太厚的油层中增大钻井过油层范围,实现高速注、采,提高产量 。有些水平井需要压裂,因此常常需要了解并控制人工裂缝形态、方位。通过微地震人工裂缝监测,研究已有的水平井压裂结果,特别是钻井水平段大体沿最大水平主应力方向的水平井压裂,了解压裂裂缝形成的机制及控制方式。通过比较,进一步提高水平井钻井水平及控缝理论。     

鄯善油田裂缝体系及对注水开发效果的影响

目的 为较好地开发鄯善油田,研究了裂缝对油田开发的影响。方法在研究鄯善油田宏观裂缝和微观裂缝特征的基础上,采用岩心古地磁定向和倾角测井解释。结果确定了该区裂缝方位主要为NE和NW向,是燕山构造运动时期形成的;分析了天然裂缝的有效性,探讨了天然裂缝对人工压裂的影响,认为NW向天然裂缝与现今最大水平主应力方位夹角很小,压裂裂缝主要沿NW向开裂;最后分析了裂缝对注水的影响。结论在布井时应避免沿天然裂缝和最大水平主应力方向布置注采井,注水压力应低于地层破裂压力。     

高压水载荷下煤体裂缝的起裂判据及延展规律

为对水力压裂煤体裂缝的起裂判据作定量计算,根据弹性力学理论,分析了注水钻孔周围的应力状态,给出了水平和垂直裂缝产生时注水压力的计算模型;探讨了裂缝扩展的方向以及其扩展所需要的泵注压力;采用自制的高水载荷下煤体裂隙生成及延展模拟装置在实验室模拟了不同围压和轴压加载下条件下煤体起裂的临界注水压力及裂隙生成和延展的方向.实验研究表明:泵注压力克服最小主应力与煤体的抗拉强度之和时,煤体开始破裂;裂隙总是沿着最大主应力的方向发展.实验模拟结果和理论分析相吻合.     

地应力的测井计算与标定方法

随着油气勘探开发的不断深入,地下油气储层的地应力分析也越来越受到重视。在油气勘探开发的过程中,诸如油气的运移、钻井过程中井壁的稳定性、采油过程的出砂、注水开发中的井网布置与调整、储层裂缝的发育状况等均与地应力有十分密切的关系。测井资料具有数据丰富、成本低、数据连续的优点,通过优选适当的模型,可以利用测井资料计算岩石的地应力大小。在利用测井资料计算地应力的基础上,根据Kaiser实验及现场水力压裂资料对计算的水平最大、最小主应力进行标定,建立了标定后的地应力计算模型。通过实际资料的计算与检验,证明了经刻度后的地应力模型更能真实反映实际地应力大小。     

井下煤层水力压裂裂缝导向机理及方法

针对井下煤层水力压裂裂缝扩展无序导致抽采效率低的问题,提出水力压裂裂缝导向方法,即采用高压水射流割定向缝导向裂缝起裂及扩展。在压裂孔周边合理布置导向钻孔,压裂孔及导向钻孔均采用水射流割缝技术在煤孔中形成定向缝隙。在地应力作用下缝隙尖端形成剪切破坏区,在内水压的作用下裂缝在缝隙尖端起裂;通过计算射流割缝缝隙水平延长方向最大主应力方向得出,裂缝在尖端起裂后沿水平方向延伸;在此基础上研发了裂缝导向技术工艺,即钻孔布置工艺、封孔工艺及压裂工艺,并成功应用于典型低透气性煤层;试验结果表明:该方法能够导向裂缝的延伸,压裂半径为25 m以上;抽采数据表明瓦斯抽放平均浓度为68%,单孔平均抽放纯量为0.037m3/min;采用裂缝导向技术后相比普通孔瓦斯抽放纯量提高了11.26倍,抽放浓度提高了2.12倍。     

基于扩展有限元的页岩水平井压裂裂缝扩展模拟

考虑裂缝内流体流动和岩石受力变形,建立页岩水平井水力压裂裂缝扩展数学模型,采用扩展有限元方法求解该模型。分析水平主应力、岩石力学特征参数及注入速度对裂缝扩展长度的影响,并研究多条裂缝的扩展及转向规律。结果表明:岩石弹性模量越大,泊松比越小,形成的裂缝越长;最小主应力越小,压裂液注入速度越大,裂缝扩展长度越长。同时扩展的2条裂缝之间存在应力干扰使裂缝向外转,裂缝间距越近,转向越明显。3条裂缝同时扩展,中间裂缝受到左右两边裂缝的制约作用,起裂较晚,扩展受到限制;随着压裂时间的延长,中间裂缝会摆脱两边裂缝的影响,冲出应力干扰区。     

预制定向裂纹水力压裂延伸数值模拟

针对目前水力压裂数值模拟对水力压裂裂纹的动态扩展的方向、路径、范围等动态参数研究较少的客观现实以及预制定向裂纹后水力压裂延伸规律的实际工程需要。建立了裂纹失稳扩展判据及其水力压裂裂纹延伸的数学模型并进行了数值模拟，较系统地研究了固井质量完好条件下预制不同方向裂纹在水力压裂过程中的裂纹延伸规律：固井质量不好的条件下，压裂液将会在水泥套简与井壁之间流动，裂纹将在垂直于最小主应力的方向上形成两条裂纹，而不是在预制的方向上起裂。这些问题的研究对完善我国水力压裂技术理论和提高水力压裂技术的应用水平有重要意义。