应力阴影效应对水平井压裂的影响

为揭示水平井分段改造中的应力阴影效应及其影响因素,基于水平井分段体积改造理论,借鉴Bunger的应力场分析假设条件,从水平井单一横切缝入手,建立起了考虑应力阴影的应力场叠加数学模型并推导出数学公式,在此基础上得出简化的水平井多段应力阴影效应应力场模型。对应力阴影效应影响因素的分析结果表明:储层地质参数中杨氏模量、水平主应力差对应力阴影效应的影响大,而泊松比对其影响则很小;施工参数中施工排量对应力阴影效应的影响明显,在一定储层条件下,分段及簇间距越小,应力阴影效果对水平井裂缝附近其他裂缝的扩展产生应力阴影影响越大。利用该研究成果对现场实际水平井压裂进行了优化设计,微地震监测结果表明:利用应力阴影效应只压裂6段就实现了以往10段压裂的改造体积,较之以往减少压裂4段,节约成本在30%以上。这对合理利用应力阴影效应进行水平井体积改造裂缝尺寸设置及工艺参数优化具有重要的指导意义。

丹江口库区初始地应力场的反演

根据丹江口库区的地质构造,考虑断裂破碎带和岩石力学参数随埋深变化,建立计算模型,反演分析了库区的初始地应力场,结果表明:1)库区地应力的临界深度在1km埋深附近;2)水平方向两个主应力,在埋深750m范围内X轴方向为主压应力,随埋深由13MPa增至23MPa,Y轴方向为主拉应力,随埋深由12MPa减至0,埋深750m以下两个坐标轴方向均为主压应力且随埋深增加;3)两个水平主应力差在埋深10km范围内随埋深基本呈线性增加,大约10km深处急剧减小,20km以外基本消失,岩体处于静水压力状态.

苏北盆地古近系阜宁组页岩工程品质测井评价

页岩储层通常无自然产能,需要采用水平井钻井和体积压裂等手段进行商业开采,基于工程品质测井评价的页岩可压裂层段优选工作显得尤为重要。以苏北盆地古近系阜宁组页岩为例,应用阵列声波资料计算泊松比、杨氏模量等岩石力学参数,并与岩心实测资料刻度实现岩石力学参数动静态转换,以此为基础应用泊-杨法和一维岩石力学模型分别计算脆性指数与三轴地应力。综合考虑单井不同层段的脆性指数以及水平主应力差,优选了脆性指数以及脆性指数与水平最大、最小主应力差的比值作为工程品质表征参数。结合试油资料表明对于脆性指数越大、水平主应力差越小的储层,其压裂后产能越高。将苏北盆地阜宁组工程品质划分为两类:Ⅰ类高产(工程品质表征参数>2.2),Ⅱ类中-低产(工程品质表征参数<2.2),并且Ⅰ类工程“甜点”段普遍压裂出油,表明依据该参数的“甜点”分类效果较好。页岩工程品质测井评价结果,可为可压裂性层段的优选提供理论依据与技术支撑,为页岩储层钻井轨迹设计与压裂设计工作提供科学指导。

天然裂缝对煤层水力压裂裂缝扩展的影响

煤层井下水力压裂过程中,天然裂缝会对水压裂缝的扩展产生重要影响,通过建立水压压裂裂缝遇天然裂缝二维模型,采用理论分析结合数值模拟的方法,对裂缝扩展规律及天然裂缝破坏机理进行研究.研究表明:扩展中主裂缝与天然裂缝的相交角度、水平主应力差及天然裂缝的发育程度是影响扩展方向的主要因素.在低主应力差、低相交角的条件下,压裂裂缝趋于沿天然裂缝发生剪切破坏扩展;在高应力差和高相交角情况下,压裂裂缝易直接穿过天然裂缝扩展.当天然裂缝尺寸较长,压裂裂缝易沿天然裂缝扩展,而小尺寸的天然裂缝对裂缝扩展影响不大.

页岩纹层结构对水力裂缝扩展规律的影响

根据鄂尔多斯盆地延科1井陆相页岩岩心特征,制备了岩性相似的混凝土样品。利用正交实验法四因素三水平设计原理,并采用真三轴水力压裂实验系统进行实验,以模拟水平主应力差、射孔套管与纹层的夹角、纹层厚度和间距对水力裂缝扩展规律的控制作用。结果表明:当水平主应力差较小时,试样的主破裂面为平行于纹层走向的面,一级裂缝走向的模式为:穿过纹层—在纹层层面处发生较大偏转—沿着纹层层面扩展—发生较大偏转—穿过纹层;当水平主应力差较大时,试样的主破裂面为垂直于纹层走向的面,一级裂缝走向的模式为:穿过纹层—发生较大偏转—穿过纹层。水平主应力差越小,裂缝偏转的角度越大,压裂效果越好;射孔套管与纹层的夹角越小,致裂性越好;页岩纹层的厚度适中时,分支裂缝多,压裂效果较好;凝灰岩纹层的厚度较小时,压裂效果好。水力压裂效果对水平主应力差最敏感,射孔套管与纹层的夹角次之。

岩体弹性模量沿地层埋深变化规律研究

利用国内外关于地应力的实测资料,通过数值方法探讨我国岩体的重要力学参数——弹性模量沿地层埋深的变化规律:10km埋深以上基本是线性增加的,在10km埋深附近会急剧减小.以丹江口地区为例,依据其表层地应力和岩体弹性模量的试验数据,利用我国岩体弹性模量沿地层埋深的变化规律,反演该区几种主要岩石在不同埋深处的弹性模量.

大庆油田致密砂岩储层压裂裂缝扩展形态实验研究

大庆油田在致密油砂岩储层体积压裂上取得了较好效果,但裂缝形成机理认识不清,制约技术的进一步提高。为了明确大庆松北地区致密砂岩储层裂缝形态特征,采用水力压裂模拟装置,在真三轴条件下对天然致密砂岩岩心进行了水力压裂物理模拟实验,分析了注入压力曲线特征和岩心裂缝形态变化规律。结果表明,裂缝形态主要受水平主应力差控制,层理特征对裂缝形态影响明显;脆性指数及杨氏模量对裂缝形态影响不明显。当水平主应力差小于3MPa时,储层层理特征越明显,压裂后水力裂缝越容易沟通层理弱面并发生转向,裂缝形态越趋于复杂。