地应力改变对水力裂缝扩展的模拟实验研究

采用RTM-1大尺寸岩石三轴力学性质测试装置测试人工试件(300×300×600 mm^3),模拟在改变水平地应力方向及大小的条件下,研究重复压裂裂缝的形成和扩展过程:已有裂缝的偏转和新裂缝的形成。实验结果表明:1重复压裂形成新裂缝的过程中,已有裂缝会重张、起裂偏转,已有裂缝的偏转主要以剪切破坏形式为主;2水平地应力发生改变时,不一定就产生新裂缝:-K'_h越小,已有裂缝越容易发生偏转;-K'_h越大,已有裂缝壁面上越容易产生单翼新裂缝,产生新裂缝临界条件是-K'h=5/7;3注入速率Q对新裂缝的产生影响较大:当Q较小时,已有裂缝壁面上不易产生新裂缝,仅发生已有裂缝的偏转;当Q较大时,已有裂缝壁面上容易产生单翼新裂缝。

砂岩钻孔轴向预制裂缝定向压裂试验研究

针对煤矿坚硬难垮顶板带来的冲击灾害,提出沿钻孔轴向预制裂缝定向水力压裂缩短悬顶长度的降冲技术。选用尺寸为300mm×300mm×300mm的紫砂岩试样,在试件中心打通孔,孔径为25mm,沿孔壁不同方位预制裂缝长度为10mm的对称裂缝,共制备试件16块,利用真三轴压裂试验平台与恒流恒压注液泵开展水力定向压裂试验,监测获得注液压力-注液时间的变化曲线,统计压裂裂缝路径形态,并引入裂缝偏转角表征裂缝路径的偏转特征,研究了不同预制裂缝角、水平应力差异系数及注液速率对水力裂缝的起裂、扩展规律的影响,并结合Hubbert-Willis弹性水力压裂模型与Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹水力压裂模型分别讨论了试验结果中水力裂缝的起裂机理与扩展机制。试验结果表明:预制裂缝定向压裂均形成单一裂缝,且裂缝形态可归纳为两类:转向裂缝和平直裂缝。起裂压力随预制裂缝角的增大而增大,随着水平应力差异系数的增加而减小,随着注液速率的增加而增大;具有定向作用的预制裂缝角度随水平应力差异系数增大而减小。在相同偏转角下裂缝的扩展长度随预制裂缝角的增大先减小后增加,在45°时为最小;随着水平应力差异系数的增加而减小;随着注液速率的增加而增大。结合试验结果与理论模型讨论可知:预制裂缝具有定向作用时,可用Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹水力压裂模型预测起裂压力和裂缝偏转规律;预制裂缝定向作用失效时,适用Hubbert-Willis弹性水力压裂模型求解起裂压力。研究结果为现场预制裂缝定向压裂参数设计提供参照。

基于真三轴压裂试验的页岩损伤研究

为了解牛蹄组页岩的水力压裂破坏规律及特征,文章利用室内真三轴岩土工程模拟试验机及压裂泵压伺服控制系统、声发射定位系统,建立一套页岩水力压裂物理模拟试验系统。通过对无围压、有围压的试样分析,发现有围压下的试样泵压在峰值左右持续时间较长。通过对有围压的岩石设置水平地应力差异系数,发现地应力差异系数影响水力压裂前期初始裂缝的形成,水平地应力差异系数大更容易形成初始裂缝,中后期的裂缝扩展受天然裂隙影响较大。裂缝规律表现为:在泵压作用下试样内部发生剪切或拉伸破坏,沿射孔方向先发生起裂,后形成初始裂缝,压裂液渗流至初始裂缝内,当裂尖处的渗流水压力强度大于模拟岩样的断裂韧性值时,裂缝将向前延伸,再逐步演化成渗流通道。

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.

页岩气工程甜点评价方法——以四川盆地焦石坝页岩气田为例

页岩气工程甜点的定量评价对于评判页岩气的开发难易程度及开发成本高低都具有重要的参考价值。为了寻求一种高精度的页岩气工程甜点定量评价方法,以四川盆地焦石坝页岩气田为例,结合国内外的研究成果,首先定性分析了脆性指数、应力差异系数、泥质含量和破裂压力等工程甜点参数对压裂加砂量及加液量的影响;在此基础上,采用相关系数法进行定量分析,确定主要工程甜点参数和表征页岩气工程甜点的目标评价参数;然后,采用单一参数评价、雷达面积模型和独立性权重系数模型等3种方法来评价页岩气工程甜点,并对比其结果。研究结果表明:(1)泥质含量、脆性指数、钙质含量和应力差异系数等4个参数为主要的工程甜点参数;(2)采用携砂比来表征页岩气工程甜点可以有效回避用加砂量和加液量来表征时所存在的多目标评价问题;(3)独立性权重系数模型评价工程甜点精度最高,其次是雷达面积模型,单一参数评价的精度较低。现场3口压裂井的应用效果也表明,利用独立性权重系数模型定量评价页岩气工程甜点所得到的评价结果可靠。结论认为,宜采用独立性权重系数模型对页岩气工程甜点进行定量评价。

地应力预测技术在页岩气水平井开发中的应用

相比于常规气藏,页岩气藏有着低孔隙度、低渗透率的特点,大规模开采页岩气需利用水平井压裂技术.研究表明:与最大水平主应力近垂直的方向钻水平井,且地应力差异系数较小时,有利于形成网状裂缝.选择川东南X工区对地应力预测技术在页岩气水平井开发中的应用进行研究,利用地层的构造信息、速度信息和密度信息,求得层位面的地应力参数,预测最大水平主应力方向、最小水平主应力方向以及地应力差异系数;通过区域应力机制分析以及X1、X2、X3三口井的钻井实测诱导缝解释结果和产量情况分析,验证了本文地应力方向和地应力差异系数预测结果的可靠性.在水平井设计时应综合考虑地应力方向和地应力差异系数,以获得良好的压裂效果和产能.

一种描述页岩储层可压性的简易评价方法

受川东南地区页岩气产能及产气性评价研究与涪陵等页岩气先导示范区开发建设需求影响,结合近年来在涪陵页岩气田焦石坝、平桥、江东等区块开展的相关调查与科技项目研究成果,提出了一种通过页岩储层的地层孔隙流体压力梯度、页岩储层上覆地层岩石密度等参数计算页岩储层水平地应力差异系数,进而评价页岩储层可压性的方法。实践证明,这种方法适用于涪陵页岩气田志留系龙马溪组--奥陶系五峰组页岩储层,水平井水平段页岩储层分段压裂效果验证符合率高为97.1%。