缝网压裂控制条件研究*

结合北美页岩气藏体积改造实践与裂缝监测成果,全面阐述了缝网压裂的力学控制条件：岩石脆性指数是多点起裂而形成多裂缝的基础,发育良好的结构弱面（节理与天然裂缝）是形成网络的必要条件,储层水平主应力差与天然裂缝逼近角是诱发缝网的控制条件,低渗–致密储层是采用缝网压裂的前提。阐述了形成缝网的工艺条件：低黏流体是诱发复杂裂缝网络的前提,较高净压力（系数）是提高缝网波及区域的工艺手段;对比了常规压裂与缝网压裂改造理念的的差异,为正确判别和使用缝网压裂提供了思路。明确提出了缝网压裂的控制条件,对于指导缝网压裂实践具有重要的指导意义。     

页岩气储层水力压裂机理研究

水平井分段压裂技术是现阶段页岩气成功开发的关键技术,并逐渐形成了一系列以实现"体积改造"为目的的页岩气压裂技术,其"体积改造"的理念颠覆了经典水力压裂理论,是现代非常规储层压裂理论发展的基础。到目前为止,页岩气储层水力压裂缝网形成与扩展机理等基础理论还不完善;通过室内大型真三轴水力压裂物理模拟实验,在室内模拟出含裂缝的页岩地层,研究了裂缝性地层水力压裂过程中天然裂缝对水力裂缝扩展的影响;并分析了水力裂缝在该类型地层中的扩展模式及其影响因素。     

考虑应力干扰的页岩储层裂缝穿透准则

 根据页岩储层多裂缝应力干扰效应形成机理,建立了考虑水平有效地应力、裂缝尖端集中应力以及多缝干扰应力影响的页岩储层裂缝穿透准则。模型分析表明:考虑多缝应力干扰效应影响,压裂缝穿过天然裂缝的能力减弱,分段多簇压裂更有利于在页岩储藏中形成复杂缝网结构。裂缝越长,裂缝间距越小,天然裂缝分布位置越靠近中间裂缝,缝内净压力越大,导致裂缝间的干扰应力越大。随着压裂缝与天然缝间逼近角的减小,在一定应力比和裂缝内摩擦系数范围内,压裂缝穿过天然裂缝能力减弱,超过一定范围后,压裂缝穿透天然裂缝的能力增强。高应力比条件,裂缝穿透能力基本不受逼近角影响。     

建南气田页岩储层可压性评价方法研究

页岩气勘探开发技术在北美地区海相地层中已经比较成熟,主要形成了页岩气缝网体积压裂形成的判断条件、减阻水大型加砂分段压裂工艺技术、裂缝实时监测技术,实现了储层的有效动用。而建南地区页岩气的沉积类型、矿物组分及流体特征与国外存在一定的差异,因此通过开展岩石力学试验,对页岩气的可压性进行了研究,根据建南地区陆相页岩储层的岩石矿物组分特征,结合室内静态岩石力学试验及地应力大小测试,计算脆性指数和应力各向异性,综合评价页岩储层的可压性。     

鄂尔多斯长7致密砂岩储层体积压裂可行性评价

从储层岩石矿物组分、岩石脆性指数、天然裂缝发育状况以及体积压裂所需地应力条件4个方面分析了鄂尔多斯盆地长7致密砂岩储层实施体积压裂的可行性。结果表明:鄂尔多斯长7储层岩石石英质量分数为40.3%,脆性指数为35%~50%;储层微裂缝发育概率在60%左右,裂缝密度为3条/10 m,天然裂缝及水平层理较发育;水平两向主应力差为4~5 MPa,均可满足实现体积压裂复杂形态裂缝扩展的条件。体积压裂井试采效果表明,体积压裂后可形成一定程度复杂缝网。水平井体积压裂技术可成为该储层高效开发的重要措施。     

页岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究

页岩气藏储层具有超低孔、超低渗的物性特征,通过体积压裂改造形成复杂人工裂缝网络,是实现页岩气有效开发的关键。试验采用大尺寸真三轴水力压裂模拟,研究水平地应力差、泵注排量,井筒数量等因素对页岩气储层压裂裂缝扩展规律的影响。通过观察压后页岩表面裂缝延伸路径,结合工业高能CT扫描确定页岩内部实际的水力裂缝形态。实验所选用页岩脆性中等,但层理特征明显,微裂隙发育,具有可压性。试验结果表明:水平应力差为3 MPa时,水力裂缝易转向,沟通近井天然裂缝或弱胶结层理面;随着水平应力差的增加,有利于横切缝的产生,沟通远处更多天然裂缝及层理;当水平应力差达到12 MPa时,仅能形成简单平面横切缝。另外,变排量压裂或双井筒同步压裂可以有效地增加裂缝密度,提高水力裂缝复杂程度;但在12 MPa的水平应力差下,双井筒同步压裂仍然仅生成2条简单的水平缝。     

盒8致密气储层水平井体积压裂增产影响因素

 体积压裂技术形成以主裂缝为主干的纵横“网状缝”,适合低孔、低渗油气藏的储层改造。基于盒8致密气储层特征,建立应力敏感和井筒摩阻条件下的水平井体积压裂模型,数值模拟不同储层特点,分析地质条件及缝网特征对体积压裂改造效果影响。结果表明,体积压裂水平井可明显改善致密气藏渗流环境,提高单井产能;压力系数、储层渗透率主要影响体积压裂改造效果;储层有效改造体积越大,压后增产越明显;缝网宽长、裂缝导流、裂缝排布等对体积压裂改造增产效果影响依次增大。研究结果为致密气藏体积压裂优化设计和效果评价提供一定的理论依据。     

鄂尔多斯盆地富县页岩气缝网压裂适应性研究

页岩气开发是近几年国内外研究的热点,缝网压裂是目前页岩气开发的主要技术手段。文章对比分析了美国页岩气与富县延长组页岩气成藏条件,认为鄂尔多斯盆地富县区块延长组长7段具有页岩气开发的潜力。进行了富县与美国各大盆地岩石矿物组成对比分析研究,分析了石英、长石、粘土矿物等组分对缝网形成条件的影响,确定富县区块延长组长7段储层进行缝网压裂的可行性。通过杨氏模量和泊松比计算出长7段页岩脆性范围为54.3%-67.4%,对比结果表明富县延长组长7段页岩使用缝网压裂能够形成较为复杂的网状裂缝;在此基础上,针对富县区块延长组长7段的储层特征提出了缝网压裂的初步方案,即使用低粘度压裂液和低密度支撑剂,大液量、大排量、小粒径和低砂比的压裂工艺,在页岩中形成大规模的裂缝网络,提高油气动用程度,扩大可采储量,对富县区块延长组长7段页岩气改造具有一定的指导意义。     

页岩气水平井体积开发产能评价模拟

页岩气产能提高的主要方式是长水平井多段多簇水力压裂制造大规模的沟通缝网。为了进一步提升开发储层动用率,尤其是储层纵向动用程度,本文探索了储层开发的体积开发模式。相对于单井开采,体积开发需要考虑层间气体动用的问题。根据层间干扰强度划分层间沟通模式为：层间不沟通、层间渗流沟通和层间缝网沟通。结合势的叠加原理和流场边界层效应建立层间渗流沟通判据和计算模型。通过引入裂缝应力敏感的页岩气基质-裂缝渗流修正方程和主裂缝-次生裂缝-基质三重介质模型描述页岩气多尺度输运,揭示和评价了三种沟通模式下的长宁区块龙马溪组页岩气开采效果。结果表明：层间渗流沟通的体积开发模式最终产能提升效果显著,相较于单井开发叠加,估算的最终可采储量EUR可增加0.25亿方,增加比例达9.84%。缝网沟通过强的储层改造程度使储层流体压力下降过快,应力敏感现象显著,中后期开采能力下降严重,最终影响到整个产层储量的有效动用。体积开发三种模式中渗流沟通效果最好,缝网沟通和层间不沟通采收效果相当。该研究为实现储层体积开发高效动用所需的合理立体井位布置和压裂施工方案提供了理论指导。     

基于裂缝干涉模型的非常规油气井压裂优化设计软件的开发与应用

基于复合断裂力学解析方法和能量平衡原理,考虑非常规油气储层岩石高脆性和低渗透性特点,研究水平井分段压裂诱导裂缝间应力相互干扰条件下裂缝扩展的力学机制和缝内变密度支撑剂运移规律。根据水力压裂裂缝扩展的拟三维模型和考虑缝内流体沿缝长、缝高二维流动的全三维模型,分别考虑水平井单井缝网压裂和双井同步压裂形成网状裂缝状态,建立考虑缝间应力干扰的诱导网状裂缝体积压裂优化设计模型,采用Visual Studio 2012开发平台,研制设计软件3D-UGMulti-Fracture。根据断裂力学和渗流力学原理研究水力压裂过程中不同密度支撑剂在网状裂缝内的运移过程。利用微地震技术对同步压裂井实施裂缝监测,检测结果与软件计算结果具有很好的一致性。按照压裂工艺设计要求,优化排液量和砂比等参数,增加裂缝有效支撑长度,提高裂缝导流能力。     

页岩气储层水力裂缝网络的延伸规律

为了深入认识页岩气储层水力压裂裂缝的延伸规律及裂缝网络形成条件,通过建立页岩气储层水力裂缝延伸的二维模型,分析地应力差异系数、天然裂缝及层理面等因素对水力裂缝延伸方向的影响规律,并对页岩储层水力裂缝网络的形成机制进行研究.研究结果表明:水力裂缝在层理面内转向、分岔及沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,层理面和天然裂缝逼近角和地应力差异系数需在一定临界组合条件下才形成裂缝网络,偏离该条件均形成单一裂缝;最大水平主应力方向与页岩的层理面和开度较好的天然裂缝之间的逼近角呈大角度时,更有利于形成裂缝网络.     

一种有效开发致密碳酸盐岩气藏的新工艺——体积酸压

如何对致密裂缝性碳酸盐岩气藏进行有效开发,并使其稳产、高产一直是业界难题。针对这一难题,通过借鉴国外致密油气成功开发的一些研究成果,国内率先提出了针对致密裂缝性碳酸盐岩气藏的体积酸压工艺,经现场应用取得了良好效果。简要阐述了体积酸压的缝网形成机理,通过对比分析,初步明确了鄂尔多斯盆地致密气藏实施体积酸压的可能性;通过岩石脆性评价、裂缝发育及水平主应力差测试、原地应力方位与天然裂缝方位测定、裂缝潜在力学活动性预测、酸岩反应及酸液滤失实验,综合分析了目标气藏实施体积酸压的可行性;并结合现场应用简要阐述了实施体积酸压的原则和思路。最后,针对目前体积酸压实践给出了相关施工建议。该研究成果将推动致密油气藏体积酸压设计理论的发展,加快体积酸压工艺和材料研发速度,提升碳酸盐岩致密油气藏体积酸压优化设计水平,为今后致密油气藏的有效开发提供理论与技术储备。     

致密砂岩与页岩压裂缝网形成能力对比评价

压裂裂缝网络形成的程度,是能否实现致密油藏经济有效的开采的首要因素。针对长庆油田长7致密砂岩油藏储层,采用了页岩用的裂缝网络形成的评价方法,结合声发射仪器,对比了长7致密砂岩与页岩2种岩心压裂后形成缝网的能力。通过实验可以看出,致密砂岩压后呈现为简单的平面主裂缝特征,而页岩均呈现无主裂缝的无规则散布特征;岩石脆性并不是影响致密砂岩形成缝网的主要因素;在无水平地应力差或水平地应力差较小的情况下,长7致密砂岩油藏储层能够形成一定程度的复杂裂缝;天然裂缝系统的发育程度也是长7致密砂岩油藏体积压裂形成缝网的关键因素。     

砾岩三维缝网扩展及影响因素分析——以玛湖凹陷南斜坡上乌尔禾组为例

水力压裂技术已成为玛湖致密油田开发的有效手段.然而传统的压裂模拟方法无法得到真实的三维裂缝扩展规律,并且储层的物理特征对裂缝扩展的影响还有待进一步研究.对玛湖目的层上乌尔禾组进行压裂模拟并对裂缝延伸影响因素进行分析.结果表明,乌尔禾组弹性模量值域在18～58.5 GPa,平均为32.4 GPa.泊松比值域在0.21～0.38,平均为0.31.脆性指数在21.0～89.0,平均为44.3,压裂改造可形成多分支裂缝.水平井设计方向为南北向,水平应力差在4.2～9.8 MPa,储层容易压裂改造形成复杂缝网.缝网模拟与微地震监测裂缝吻合度高达92.03％,模拟效果理想.物性特征越好其裂缝延伸拓展范围越广.弹性模量与脆性指数越大,更利于裂缝延伸,裂缝主要向高深区域及强脆性指数区域延伸,泊松比与裂缝广度呈负相关关系.最大水平地应力和最小水平地应力间接影响裂缝拓展延伸,水平应力差越小,裂缝空间展布越大.针对人工缝网的模拟有利于优化玛湖1井区水平井压裂参数及开发参数.     

水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态的智能预测

水力压裂作为页岩气储层开采的核心技术,在压裂过程中水力裂缝的扩展会遇到天然裂缝,与天然裂缝相交后压裂缝的扩展特征对缝网的形成有明显影响,从而影响最终压裂改造效果。基于内聚力单元建立了基于断裂力学的页岩气储层渗流-应力-断裂耦合的水力裂缝与多个天然裂缝相交扩展模型,研究了不同天然裂缝倾角、天然裂缝尺寸、应力差、压裂液排量和黏度下水力裂缝与天然裂缝扩展形态规律。采用基于Bagging算法集成支持向量机(support vector machines, SVM)、决策树(decision tree classifier, DTC)、逻辑回归(logistic regression, LR)、K最邻近算法(K-nearest neighbor, KNN)的裂缝形态分类器对裂缝相交扩展形态进行预测,并将Bagging算法预测结果与SVM、DTC、LR、KNN预测结果进行比较。研究结果表明：基于Bagging集成算法对水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态预测准确率达到了92.58%,相较于单个算法,最高提升了17.95%,其中应力差越小、天然裂缝倾角、裂缝尺寸越大和压裂液排量、黏度越低越容易产生剪切缝,...     

水力裂缝与天然裂缝相互作用与影响

在非常规油气藏中,复杂裂缝网络的形成在很大程度上受水力裂缝与天然裂缝相互作用的影响。基于断裂力学理论,建立了水力裂缝与天然裂缝相互作用力学模型,分析天然裂缝介质系统中水力裂缝遭遇天然裂缝后的扩展形态。对于水力裂缝穿越天然裂缝的情况,给出了穿越角度;对于未穿越情况,给出天然裂缝张开闭合形态判别方法。通过数值计算研究了水平主应力差、逼近角、界面摩擦系数和裂缝净压力等因素的影响。结果表明,在高水平主应力差、高逼近角和高界面摩擦的条件下,水力裂缝倾向于穿越天然裂缝;在低水平主应力差、低逼近角和低界面摩擦的条件下,水力裂缝则更容易被捕获。同时,在水力裂缝内净压力越高,天然裂缝越容易张开。该模型为分析水力裂缝与天然裂缝相互作用过程以及水力压裂工程设计提供了依据。     

考虑介质变形和启动压力梯度的低渗压裂气井产能分析

低渗储层孔吼狭窄,储层物性差,基本无自然产能,需压裂才能经济开发。存在启动压力梯度并且由于有效应力改变有介质变形现象;针对低渗气藏物性特征,基于稳定渗流理论,利用保角变换原理,推导出考虑启动压力梯度和应力敏感效应以及人工压裂缝的气藏垂直井产能计算模型;分析不同应力敏感系数和启动压力梯度以及人工裂缝长度对气井产能影响。该研究对低渗气藏垂直压裂井合理产能确定有一定指导意义。     

肇源南油田直井缝网压裂技术政策论证

致密油藏主要开发方式为缝网压裂,缝网压裂与常规压裂相比,其可行性和施工规模等都有很大的不同;因此缝网压裂技术政策的论证迫在眉睫。从岩石矿物成分、脆性指数、天然裂缝发育程度、压裂液及施工工艺等角度分析肇源南油田缝网压裂的可行性,通过Lord Kelvin点源函数分析直井底压力分布函数,进行直井与压裂井有效驱替系统论证。通过与启动压力梯度对比,确定了直井、压裂井的极限井距。论证肇源南直井缝网压裂规模,确定肇源南油田直井缝网横向波及宽度在60 m左右,单段施工规模必须大于1 500 m~3才能获得较好的改造效果。研究结果为缝网压裂在肇源南油田大面积推广提供了技术指导。     

吉木萨尔二叠系致密油岩石力学特性参数分析与压裂对策

致密油岩石力学特性是影响压裂裂缝形态和压后效果的重要影响因素,围绕吉木萨尔二叠系致密油压裂水平井裂缝缝网是否形成,缝高是否受限等问题,开展了三轴应力实验与岩石力学特性参数分析,同时结合微地震裂缝监测,从高力学强度层、岩石脆性、两向应力差、天然裂缝发育等方面分析了裂缝扩张形态及影响因素,在此基础上,进一步提出了针对性的致密油压裂对策。     

一种页岩气远井地层可压性简易评价方法及其应用

可压性是页岩体积压裂设计和效果评价的关键参数,反映了在现有工艺技术条件下,页岩气储层能够被压开并形成具有一定规模的复杂网络裂缝的能力。现有可压性指数评价方法主要以实验数据或测井评价等静态资料为依据,考虑的可压性影响因素各有差异,导致评价效果不理想。通过对施工参数进行等效折算、归一化处理后,建立了远井地层可压性指数的计算方法;将远井可压性指数计算结果与远井脆性指数计算结果,与无量纲归一化处理后的自然伽马和密度进行交汇,实现了对页岩的可压性参数条件的定量化评价。应用结果表明,远井可压性指数、脆性指数与停泵压力具有负相关性;同时具备较高的远井脆性和可压性的参数条件为:自然伽马值216~303API、密度值2.56~2.61 g/cm3。根据此条件评价的压裂段可压性指数越高,对应的微地震监测解释裂缝体积越大,改造效果越好。由此说明方法方便、准确,可为后续压裂井选段分簇和工艺参数设计提供指导。