不同组分断层泥的剪切特性试验研究

断层泥的强度参数是影响地下储气库断层封闭性好坏的主要因素之一。利用3种矿物含量(高岭土含量K、蒙脱石含量M和石英含量Q)批量制作了不同组分的含水率为30%的断层泥并开展土工直剪试验来获取不同断层泥剪切强度参数(黏聚力c和内摩擦角φ)。试验研究表明:(1)断层泥的黏聚力与蒙脱石含量呈正相关关系,而与石英含量呈负相关关系。高蒙脱石含量(M≥40%)下断层泥黏聚力与高岭土含量呈正相关关系;(2)断层泥的内摩擦角与蒙脱石的含量呈负相关关系,与高岭土的含量呈正相关关系;(3)断层泥的黏聚力与塑性指数IP呈正相关关系,内摩擦角与塑性指数IP呈负相关关系;(4)通过统计学方法获取的断层泥剪切强度参数预测值与试验结果吻合度很高,表明统计学方法可以用于预测断层泥的剪切特性。

页岩气藏加密井压裂时机优化——以四川盆地涪陵页岩气田X1井组为例

加密井的压裂时机直接影响着页岩气藏最终的开发效果。为了有效地指导页岩气藏加密井部署与压裂施工,基于离散裂缝网络模型、有限差分模型及有限元模型,提出了一套页岩气藏加密井压裂时机优化方法:根据页岩气田开发现状及井网加密需求,系统考虑储层非均质性和天然裂缝发育特征,建立渗流—地质力学耦合条件下四维地应力演化及复杂裂缝扩展的多物理场模型,进而模拟加密井水力裂缝扩展形态、加密井及井组开发效果,最终优选出加密井最佳的压裂时机。以四川盆地涪陵页岩气田X1井组为例,利用该优化方法研究了加密井压裂时机和施工参数对其复杂裂缝扩展形态、单井及井组产能的影响规律。结论认为:①该优化方法能够有效模拟老井生产过程中储层物性及力学状态变化,预测压后产量变化,优选加密井压裂参数及压裂时机;②当加密井射孔簇间距减小、每簇施工液量增大时,水力压裂改造体积、裂缝密度增大,压裂后产量提高,但射孔簇间距过小、每簇施工液量过大时,则有可能会导致分支裂缝串通和重叠,降低压裂液效率、影响压裂后产能;③压裂时机越晚,加密井井筒附近分支裂缝越密集,但改造体积越小、初期产量越低;④当目标井组生产36个月进行加密井压裂时,井组累计页岩气产量最高、开发效果最优。

致密油水平井注采储集层四维地应力演化规律--以鄂尔多斯盆地元284区块为例

综合考虑储集层物性和力学参数的非均质性、初次压裂裂缝以及实际注采制度影响,提出了一套致密砂岩油注采开发过程中储集层多物理场四维地应力演化数值模拟方法,建立了致密砂岩油储集层渗流-地质力学耦合的四维地应力演化模型,以鄂尔多斯盆地华庆油田元284区块为例,开展了水平井注采开发过程中四维地应力演化规律研究。研究表明:①受注采关系影响,注水井处三向应力增大,生产井处三向应力减小,但平面上水平两向主应力沿各自应力方向呈明显的条带状分布。②注采开发过程中,水平两向主应力差在注水井所对应的水平井井筒处最大,而在注水井之间的未动用区域则最小;在注水井处最大水平主应力方向变化最大,且呈径向汇聚状分布。③注采井网中,水平井重复压裂时,水力裂缝受地应力影响会出现非对称扩展和方向偏转。研究结果有效指导了致密砂岩油水平井注采井网调整和重复压裂设计。

页岩气储层四维地应力演化及加密井复杂裂缝扩展研究进展

油气藏流体运移及地层岩石形变贯穿油气开发始终,是油气开发的核心科学问题。页岩储层天然裂缝发育、地层流体流动机理多样、岩石力学参数呈现非均质性和各向异性等特征,致使页岩气储层气藏渗流—地质力学耦合问题异常复杂。页岩气井生产过程中井筒周围储层产生不同程度的压降,扰动压降区的原地应力,储层应力随开采时间不断演化,即四维动态地应力。准确预测页岩气储层四维动态地应力场是页岩气加密井压裂和重复压裂设计的前提。因此,本文系统总结了油气藏渗流—地质力学耦合及加密井裂缝扩展的数值模拟方法,深入讨论了页岩气藏多场耦合模拟进展和最新研究成果。目前油气藏渗流—地质力学耦合模型多种多样,按照耦合求解形式可划分为全耦合、顺序耦合、单向耦合及拟耦合,通过一种或多种软件结合实现复杂的耦合计算,但各类计算方法的计算时效性及适用性存在差异。由于页岩储层地质特征复杂,目前四维地应力演化模型在传统模型基础上进行了改进,其主要为基于全耦合方法的连续介质模型和离散裂缝模型,以及迭代耦合模型。页岩气开发过程中,三向地应力随孔隙压力的减小而降低,应力方向也会随之发生偏转。相对于连续介质,裂缝会影响储层地应力分布规律和变化趋势。这种地应力状态演化会使加密井裂缝扩展发生偏转及产生"Frac-hit"现象,并引起"微地震屏障"效应。页岩气藏开发过程中的储层渗流—地质力学耦合及裂缝扩展研究是多物理场、多维度、多尺度的耦合问题,本文建议深入研究地质工程一体化的解决方案,开展四维地应力演化条件下页岩气藏水平井重复压裂及加密井压裂过程中复杂裂缝扩展机理研究、页岩气储层立体化开发复杂裂缝空间干扰机理研究、重复压裂及加密井压裂时间优化研究,以及水平井压裂套管损伤机理研究等,为我国页岩气藏的持续高效开发提供理论支撑。

页岩气储层四维地应力演化及加密井复杂裂缝扩展规律

页岩气储层天然裂缝发育,非均质性和各向异性强,储层压力、地应力等地质力学参数随着页岩气开采不断演化,使得老井与加密井裂缝扩展存在明显差异,这对后期加密井部署和压裂改造设计具有重要影响。综合考虑页岩气储层地质力学参数、天然裂缝等的非均质性和各向异性,提出了一套基于储层四维地应力演化的页岩气藏加密井水力压裂复杂裂缝扩展模拟方法,建立了气藏渗流-地质力学耦合的水力压裂复杂裂缝交错扩展模型,并通过现场试井数据、压裂施工参数、微地震监测数据等进行验证。以四川盆地X1页岩气井组为例,开展了页岩气储层长期开采过程中四维地应力动态演化及其对加密井复杂裂缝扩展的影响规律研究,研究结果发现:目标区域长期开采后,老井附近储层三向地应力均减小,但水平两向主应力差和垂向应力差增大,且地应力差增大程度在老井井筒处最大,越靠近加密井处则越小;受地层应力状态变化影响,加密井水力压裂复杂裂缝扩展规律与老井相比存在明显差异,相比老井,加密井水力压裂裂缝在井筒附近较复杂,越靠近老井越简单。