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。

涪陵页岩气藏开采动态地应力演化规律研究

涪陵页岩气田储层孔隙压力和地应力随着页岩气开采不断演化,使得新井的钻井及压裂地层应力环境与在产老井存在明显差异,准确评价老井压后生产过程中的动态地应力演化规律对后期新井部署和压裂改造设计具有重要意义。针对该问题,文章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,并基于页岩气藏老井压后开采储层四维地应力演化方法,以四川盆地涪陵页岩气L-Z立体井组为例,建立了渗流—应力交叉耦合的动态地质力学模型,模拟了该井组老井压裂复杂裂缝扩展及压后长期开采四维地应力动态演化,研究发现:在67个月的开采时间段内,孔压和地应力不断降低;孔压和地应力的变化集中分布在各生产井轨迹周围,同时受到压裂改造范围的影响;在老井当前改造范围下,压后开采横向波及范围约为压后生产段改造范围的1.6倍,纵向波及范围基本与压后生产段纵向改造范围相等。研究成果为涪陵页岩气立体化新井压裂开发提供了有效的理论与技术支撑。