页岩气储层体积压裂的可行性分析——以习页1井龙马溪组页岩气储层为例

页岩气藏体积压裂是指在水力压裂过程中,使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移,形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络,从而增加改造体积,提高气体产量和最终采收率。页岩的塑脆性是影响页岩可压裂性的主要因素之一,脆性越强压裂越容易形成裂缝网络从而提高产能,因此一直以来都是研究的重点。页岩的脆性特征与页岩的脆性矿物含量和页岩的岩石力学参数有直接的关系,目前国内外计算脆性指数的方法很多。本文通过对所采集的龙马溪组页岩样品进行室内实验对习页1井龙马溪组页岩储层进行了体积压裂的前期可行性分析,并结合灰色关联分析法提出了一种关于计算综合脆性指数的经验公式的探讨,并给出了综合脆性指数的等级划分,为页岩气储层体积压裂的可行性分析和压裂层段的选取提供了一定的依据。     

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。     

川东南龙马溪组埋深对页岩力学性质的影响试验研究

川东南埋深大于3500m的龙马溪组页岩分布范围广,页岩气资源量丰富,对其进行高效的压裂改造以获取高产和稳产页岩气具有重要的商业价值。通过设定不同埋深下温度和围压实验条件,对岩石进行三轴压缩试验测试,探讨了岩石在不同埋深条件下的应力-应变特征、峰值应变和峰值强度、脆性以及破裂模式。实验结果表明：埋深由2044m下降至4388m过程中,页岩的峰值应变和峰值强度分别由0.54%和173.0MP升高至1.14%和107.8MPa,相应的脆性指数下降趋势,同时岩石的破裂程度和破裂模式由复杂的劈裂型向单一的剪切型过渡。结合前人研究成果,认为脆性矿物含量介于60~65%的页岩层系的勘探开发埋深下限为4400~4500m,接近于深层页岩气藏的埋深下限和岩石力学延性带的上限,埋深小于此范围内的龙马溪组为目前技术条件下有利压裂目标。提出了采用经优化配比的预处理酸液对岩石进行酸化处理;压裂过程中利用液氮汽化压裂技术;充分钻遇天然裂缝发育的密集区域;同时采用多尺度粒径的支撑剂以便充填并支撑更多级别的裂缝等压裂技术方面的建议。     

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。     

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。     

新型缝网压裂技术在镇北致密储层的研究与应用

北美非常规油气藏的成功开发为长庆致密油藏改造开辟了新的技术途径。在与北美巴肯致密油藏特征进行对比分析的基础上,指出镇北长X致密储层具有天然裂缝发育、岩石脆性程度高、水平两向应力差适中的特点,具备大规模体积压裂形成复杂网状裂缝的条件。因此,以体积压裂为理念,在该区块开展了的"高排量、大液量、低黏压裂液、小粒径支撑剂"技术模式的新型缝网压裂先导性试验,取得了较好的增产效果,为长庆油田0.3mD以下致密油藏压裂改造积累了重要的经验。     

致密砂岩储层可压性评价与极限参数压裂技术

近年来,致密砂岩油藏以其巨大的油气储量和开发潜力,已经成为中国油气田勘探和开发的热点。鄂尔多斯盆地元284地区延长组长6段储层孔隙度和渗透率低,储层非均质性强,属于典型的致密砂岩储层。利用单一的脆性指数并不能真实反映储层的可压性。根据储层测井响应特征,确定储层与脆性指数、弹性力学参数之间的关系,并在储层综合可压性评价时引入天然裂缝发育程度、渗透率非均质性和原始压力保持程度参数。提出了基于储层可压性的储层分类方案。采用极限参数压裂技术,针对不同类型的储层,通过物质平衡法确定恢复至原始地层压力所需的入地液量,个性化压裂方式最优化压后产量,达到高产和稳产的目的,该技术已经在元284取得了良好的应用效果,对于未来油气开发具有重要的意义。     

页岩储层压裂缝成网延伸的受控因素分析

压裂实践表明,页岩储层的水力裂缝呈现出非平面、多分支的复杂延伸模式,这与传统压裂理论认为的对称平面双翼裂缝从形成机理上存在本质的区别。基于室内实验、矿场压裂实践、理论分析和数值模拟等研究成果,系统分析了页岩储层压裂缝成网延伸的受控因素。研究表明:页岩储层的裂缝延伸形态受到地质因素和工程因素的双重作用,从储层地质属性上看,岩石的脆性矿物含量越高、岩石的力学弹性特征越强、水平应力差越小以及天然裂缝越发育,越有利于压裂缝的成网延伸与扩展;从压裂作业的工程条件上来说,施工净压力越高、压裂液流体黏度越低以及压裂规模越大,越有利于形成充分扩展的缝网。该研究对认识页岩储层缝网扩展机理以及提高页岩储层压裂设计的科学性具有重要的理论价值和现实意义。     

页岩气藏缝网形成影响机理研究

页岩气开发对我国能源保障具有重要的现实意义,页岩气开发的关键在于通过体积压裂形成复杂裂缝网络,从而提高页岩气的流通能力。国内对缝网形成机理研究较少,在文献调研基础上,系统分析了缝网形成影响机理:建立了岩石脆性判断准则,得出脆性指数大于40,储层适合体积压裂;分析了天然裂缝、地应力和诱导应力对缝网的影响,得出诱导应力有利于缝网形成,确定了天然裂缝张开后的走向及力学条件;建立了转向半径计算模型,得出泊松比和水平主应力差大于临界值时,难于形成缝网。研究结果为页岩储层体积压裂、判断缝网形成提供了参考和借鉴作用。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩矿物成分及脆性特征实验研究

水力压裂作业已被公认为实现页岩气工业开采的关键技术,压裂方案的设计离不开地层脆性特征分析。本文选取了渝东南龙马溪组露头页岩,从脆性角度对其压裂可行性进行了实验研究。结果显示：该区域页岩具有层理发育,致密、低孔、低渗等特点,具有储层改造的必要性;从矿物组分结果来看,龙马溪组页岩石英、碳酸盐等脆性矿物含量高,在49%-65%范围变化,平均含量为57%,粘土矿物含量低,同时不含强水化膨胀性的高岭土和蒙脱石;在此基础上,利用矿物成分及动态弹性参数计算得到的页岩脆性系数在49%-77%范围变化,平均值在57%以上,显示该地层脆性较好;与北美成功开采的储层数据对比,渝东南龙马溪组地层更适合压裂作业。根据北美页岩压裂实践经验,建议本区块页岩压裂设计中考虑到岩石脆性,选择液体用量多、支撑剂浓度低、支撑剂用量少的压裂液。     

混凝土窄条断裂区模型及其应用

以大量的实验观察结果为依据，提出了描述混凝土类半脆性固体材料失稳断裂前存在着裂缝稳定缓慢增长过程的窄条断裂模型．根据这一模型，提出了采用ＣＴＯＤｃ作控制参数来求解失稳断裂前的有效裂缝扩展量Δａｃ和等效断裂韧度～ＫＩＣ的计算方法．结果表明，将初始缝长ａ０加上Δａｃ进行有效裂缝长度修正后求得的～ＫＩＣ与试件尺寸无关，因而ＣＴＯＤｃ和～ＫＩＣ有希望作为控制混凝土类半脆性固体材料断裂的双参数准则．     

金属断裂及断口分类的逻辑问题与修正

剖析了一些文献中关于金属断裂及断口分类方面普遍存在的逻辑错误,提出了笔者的分类系统方案。     

碳素材料的断裂特性分析

本文研究了碳素材料的断裂行为和断裂韧性的试验方法,并分析了碳素材料的成份、孔隙等因素对断裂韧性的影响.     

基于分形方法的水力压裂裂缝起裂扩展机理

利用分形几何模型描述岩石断裂裂纹的曲折形态,建立了裂纹分形模型下的岩石应力强度因子表达式。在此基础上,以裸眼井为例分析了井底岩石的起裂压力,并建立了考虑裂纹分形扩展的缝内压力计算模型和裂缝宽度方程。理论分析结果表明,岩石扩展路径的曲折程度对模型的计算结果影响较大,考虑裂纹分形扩展后的模型计算数值大于直线型扩展的计算结果,且考虑裂纹分形模型与直线型模型的裂缝宽度计算值之比随着断裂面分形维数的增大而增大。     

断裂力学理论及其研究方法在材料学中的应用

综述了断裂力学理论的产生和发展的历史过程及断裂力学理论的主要内容.论述了断裂力学的两大理论线弹性断裂力学理论和弹塑性断裂力学理论的主要内容及其研究方法在材料磨损研究以及估算材料使用条件和安全寿命研究方面取得的成果以及发展水平.     

预防混凝土裂缝的几项对策

分析了混凝土结构产生塑性收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝的危害以及产生裂缝的原因，从材料组成设计（配合比）和施工工艺方面提出了应采取的预防对策。     

裂缝监测方法研究及应用实例

利用微震裂缝监测技术,对某油田的A区块进行压裂裂缝监测。通过接收地层破裂时的微震信号和微震震源定位方法确定震源。了解震源的空间分布,从而确定裂缝的形态、方位、高度。分析裂缝发育与地应力的关系,并考虑地应力状态下天然裂缝和人工裂缝的综合影响,为下一步的优化压裂设计、优化井网做好准备,从而为低渗透油藏高效开发提供依据。     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

激光催裂的初步研究

利用激光可实现对预制Ｖ型切口根部一定深度层内的淬硬，从而大大提高了材料的屈服强度，降低了断裂韧性值Ｋ＿（１ｃ），减少了疲劳断裂周次；并且实现了塑性较好材料的韧性断裂到脆性断裂的转化，降低了断裂能耗，提高了断料效率和断口质量。