砂泥互层储层条件下水力裂缝扩展实验研究

鄂尔多斯盆地某区块发育丰富砂岩和泥岩多薄互层的页岩油资源,该区块层理、裂缝发育,非均质性特征显著,压裂改造中裂缝的扩展机理不明确,体积压裂改造难度较大。针对该区块开展了室内真三轴水力压裂物理模拟实验,探究了层理、地应力、排量等因素对裂缝穿层扩展的影响。研究结果表明:500 mm×500 mm×500 mm的天然露头砂泥夹层型岩样水力裂缝形态主要以复杂缝为主,层理发育程度越高,水力裂缝越偏向于水平方向;水平应力差的增大可以增加水力裂缝垂向穿层能力;高排量可以提高分支缝的开启概率,增大形成复杂缝网的概率。

一种薄互层条件下致密砂体展布地震综合预测的策略

松辽盆地北部上白垩统高台子油层发育典型的致密砂岩储层,属于三角洲前缘沉积环境,该套地层从上至下有三套主力砂层组,每套砂层组均为砂泥岩薄互层,单层砂岩厚度超薄,一般为2 m~3 m。寻找区域内砂体比高的砂层组并刻画砂组内部单砂体空间分布是致密油勘探开发的关键所在。而常规属性分析及地震反演储层预测效果差、精度低,为此提出了针对性的地震综合预测策略,除地震资料保真高分辨率处理和岩石物理分析外,主要包括砂层组级的多属性融合砂地比预测技术以及单砂体级的相控地质统计学反演技术。具体工作流程为:第一在地震属性归一化基础上,利用聚类分析方法将地震属性划分为三大类,每类挑选相关性最高的地震属性进行多元线性拟合,建立砂层组级的多属性融合砂地比预测模型;第二利用统计分析手段建立井点先验信息与砂地比对应关系,建立砂地比先验信息约束的单砂体级的相控地质统计学反演方法。松辽盆地北部某区块应用实例表明,综合预测策略在评价砂层组级的砂体发育情况、刻画砂层组内部薄砂体空间展布方面取得较好的效果,指导了水平井井组的部署方案优化设计。

塔河油田T1-5H井泵送桥塞分段加砂压裂工艺

针对塔河油田泵送桥塞分段加砂压裂施工中存在泵送桥塞工具串易遇阻遇卡,缺乏相配的井下工具,含硫化氢、井控风险较高等问题,以T1-5H井为例,提出了井下工具泵送模拟技术,提高工具串在复合套管中的通过性;形成了人工井底地质深度回归结合连续油管探底的高精度校深方法,保证首段射孔位置精确;采用大通径全封堵桥塞,解决高压气井组下生产管柱的难题。应用表明,T1-5H井泵送桥塞分段加砂压裂完井工艺4段5簇,注入地层总液量3210.7 m^(3),累计产能提高2401.6 t,有效提高了储层动用程度。该工艺为西北工区砂泥岩薄互储层改造提供经验借鉴,为实现超深石炭系储层大规模开发奠定了技术基础。

苏里格砂泥薄互储层缝控压裂造缝机制及穿层判别准则

针对苏里格气田二叠系盒8段砂泥薄互储层压裂施工中裂缝穿层扩展判别与压裂效果评价存在的问题,建立考虑层间非均质性的砂泥薄互储层地质力学模型,开展水力裂缝穿层扩展实验,揭示砂泥薄互储层中人工裂缝的起裂-延伸-交互-穿层机制。基于非常规裂缝模型的数值模拟,阐明了裂缝在薄互层中的垂向起裂与扩展特征,构建了裂缝穿层的判别准则与压裂效果评价方法。研究表明:层间应力差是直接影响穿层压裂裂缝形态的主要地质因素,苏里格气田层间应力差异系数(ξ_(IL))小于0.40时,裂缝可突破隔层在目标砂岩层内扩展;0.40≤ξ_(IL)<0.45时,裂缝突破隔层但无法在目标砂层内有效扩展;ξ_(IL)≥0.45时,裂缝仅在射孔储层扩展,无法实现穿层扩展。提高压裂液黏度与排量能弥补能量损耗并突破隔层限制,苏里格气田压裂施工参数控制区域内采用高黏度(50~100mPa·s)压裂液、高排量(12~18 m^(3)/min)施工条件有利于裂缝穿层。

松南盆地情字外前缘砂页交互储层可压性评价

松南盆地情字外前缘砂页交互储层资源储量丰富,但储层孔渗较低,资源禀赋差,在采取改造措施前需要对其进行有效的可压性评价。通过对该区的岩心进行X射线衍射、三轴应力压缩等实验,以脆性系数、水平地应力差异系数、断裂韧性以及脆性矿物含量四种影响因素为基础,采用层次分析法确定各因素所占权重,构建了与储层具有较好匹配程度的可压性指数计算模型,综合波速各向异性分析、应力敏感性评价等实验结果,对储层的可压性进行综合评价。结果显示,情字外前缘砂页交互储层可压性指数计算结果为0.28,可压性中等,但水平层理及天然裂缝较为发育,目标层整体具有较大的改造潜力。应用该方法对H2-1井开展可压性评价,并根据评价结果对压裂方案进行优化,优化后微地震解释有效改造体积491.2×10^(4)m^(3)、平均日产油9 m^(3),应用效果显著,研究成果可为压裂施工技术路线的确定提供理论支撑。

海南福山油田流一段石英砂替代陶粒适应性评价及意义

页岩气、致密油气等非常规油气资源开发,关键在于提质增效降低成本。文章阐明了海南近海福山油田流一段薄互层致密砂岩采用本地石英砂替代陶粒作为主流支撑剂的低成本和优化裂缝导流能力的适应性特征;提供了海南本地20/40目石英砂和20/40目陶粒室内试验评价结果,在不同应力不同铺置浓度条件下, 20/40目石英砂和20/40目陶粒具有不同的导流能力;进一步揭示了地质参数相近两口开发井,在数值模拟优化试验基础上实施现场试验的结果:裂缝导流能力达到21D·cm,可满足流一段致密砂岩储层的导流需求;在35Mpa应力条件下, 10kg·m-2铺置浓度的20/40目石英砂可获得21D·cm以上的导流能力。现场试验表明,石英砂试验井压裂后前期基本可与陶粒试验井效果相同,随着开采时间延长,使用陶粒井的累计产油量和稳产有效期均超过使用本地石英砂开发井。因此,陶粒支撑剂经济效益更高,陶粒支撑剂值得继续长期和规模化使用。

砂卵石互层地质钻孔灌注桩成孔施工技术

砂卵石互层地质中钻孔灌注桩成孔困难、塌孔、卡钻、扩孔严重,在灌注施工中易出现质量事故,本文以山西省祁县至离石高速公路项目钻孔灌注桩为例,通过钻孔施工机械、护筒及护壁泥浆比选及钻孔速度控制,提高了机械成孔效率和砂卵石地层钻孔灌注桩成品质量,降低了材料的损耗及施工安全风险,总结了钻进过程中常见事故的预防及处理措施,以期为类似工程提供经验。

砂页交互页岩油储层开采诱导应力场演化规律

页岩油储层立体开发中地应力演化规律复杂,影响邻井工程作业。本文以纵向砂页互层页岩油储层为研究对象,建立应力敏感模型,基于多孔弹性力学建立压裂储层开采诱导应力场演化预测模型,初步表征了页岩纵向非均质性条件下层内、层间开采诱导地应力动态演化规律。结果表明:多层合采时,水平井不同位置处的应力剖面演化规律不同,水平井中段近井处的层间水平应力差随时间减小,而端部的层间水平应力差随时间增大;随着生产进行,高渗层(砂岩)内有效最小水平主应力增大幅度和应力转向角度均大于低渗层(页岩);生产3年后,高渗层(砂岩)内最大应力转向角度达到79°。研究成果可为页岩油储层立体开发布井、压裂设计提供了理论支撑。

砂泥岩储层水力裂缝穿层规律数值模拟

水力压裂是实现页岩气高效开发的主要技术之一,而层理面是影响水力裂缝三维几何形态展布的关键因素。目前国内外学者已经探究了页岩储层层理面对水力裂缝纵向扩展的影响,但是对砂泥岩互层条件下水力裂缝纵向扩展规律缺乏认识。基于线弹性断裂力学理论,构建了耦合应力-损伤-滤失的多层理水力压裂裂缝扩展模型,并分析了储层应力场变化、地层倾角和层理面抗张强度对水力裂缝纵向扩展的影响。对比微地震监测结果,该模型的准确率可达95%以上。模拟结果表明,水力裂缝在贯穿砂泥岩层理面过程中的扩展动态可划分为三个阶段,储层应力场变化、地层倾角和层理面抗张强度决定了第三阶段水力裂缝的延伸方向;低应力差和低地层倾角储层有利于层理面开启,高应力差和高地层倾角储层有利于水力裂缝纵向扩展;随着层理面抗张强度的降低,层理面开启程度也随之增加,主要是由于层理面抗张强度越低,打开层理面耗费能量越小。

粉质黏土与中砂互层中地铁车站洞桩法施工地层变形规律

依托西安地铁8号线小白杨车站工程,针对粉质黏土与中砂互层地质条件,总结了导洞数量及施工顺序对地表沉降的影响规律,分析了洞桩法车站暗挖施工全过程的地表沉降规律。研究结果表明:粉质黏土与中砂互层中洞桩法导洞施工阶段地表沉降主要受导洞数量影响,不同导洞数量下导洞开挖顺序相同时地表沉降规律一致;三导洞方案各种施工顺序下地表沉降普遍较小,三导洞方案对地表沉降的控制效果明显优于四导洞方案和六导洞方案;洞桩法施工会对地层多次扰动,地表沉降在施工过程中表现出明显阶段性,导洞开挖及扣拱施作是引发地表沉降的主要阶段,主体扩挖易引发地层隆起。经对比分析,粉质黏土与中砂互层中地铁车站洞桩法施工建议采用三导洞先中后边开挖方案。

砂泥岩互层缓倾切向边坡应力特征及变形机理研究

为了更好地分析砂泥岩互层缓倾切向边坡的变形机理情况,以西南某红层边坡为例,基于数值模拟软件建立了软硬互层三维切向地质模型,探讨了边坡开挖、支护后的应力场和位移场。结果表明:砂泥岩互层切向边坡开挖后,边坡XX方向应力和YY方向应力出现了沿切向的锯齿形状,应力分布受岩层切向与互层岩性差异的影响较大,ZZ方向应力几乎不受影响;切向岩层受侧向约束的影响,致使边坡变形出现了层次性,且X方向较为显著,Y方向次之,Z方向最弱;边坡整体变形趋势类似于均质岩坡,呈现圆弧滑动趋势;边坡采用框架锚杆支护,仅起到构造护坡作用,边坡的变形和应力状态并未发生实质性的影响。研究成果对砂泥岩缓倾切向边坡的变形预测和支挡防护具有一定的工程借鉴意义。

断裂及其伴生微构造对不同类型储层的改造机理

断裂带具有典型的二元结构,即断层核和破碎带。由于断层核、破碎带与母岩间的物性具有一定差异,断裂在低-非孔隙性岩石和高孔隙性岩石中的表现形式明显不同,使其对储层物性具有相反的改造作用。传统观点认为,储层受力变形均会形成裂缝,而实际上高孔隙性储层中发育的是变形带,会降低储层的物性。中国含油气盆地多为陆相盆地,储盖层普遍为砂泥互层地层,受岩石固结程度、泥质含量、物性等因素影响,断裂在砂泥互层地层中具有6种断裂带结构类型:解聚型断裂带、碎裂型断裂带、层状硅酸盐-框架断层岩型断裂带、断层角砾岩型断裂带、断层泥型断裂带和涂抹型断裂带。以松辽盆地大庆长垣葡萄花油层高孔隙性储层和徐家围子断陷营城组致密火山岩储层为例,系统剖析断裂伴生微构造类型及其对储层反向改造作用。通过对大庆长垣杏树岗背斜带过断裂带钻探X7-20-S632井的岩心观察,发现断裂滑动面周围伴生大量变形带,且随着距滑动面距离增加,变形带密度越来越小。微观结构特征研究表明,变形带具有比母岩更低的孔渗性。徐家围子断陷营城组为致密的火山岩储层,储层变形后形成裂缝,徐中、徐东断裂两侧伴生裂缝密度随着距断裂距离增加逐渐减小,统计表明,断裂附近火山岩储层较远离断裂储层的孔隙度明显提高。依据断层核、破碎带的分布规律,建立了理想的地质模型,模拟了断裂伴生微构造的发育对流体流动效率的影响。结果表明,当储层中的变形带或裂缝发育达到一定程度时,对流体流动具有明显的阻滞或输导作用,因此,断裂及伴生微构造对储层物性具有反向改造作用。

薄互层滩坝砂体的定量预测——以东营凹陷古近系沙四上亚段（Es_4~上）为例

薄互层砂体的定量预测是沉积学研究的难点之一。滩坝是滨浅湖区典型的薄互层砂体,其预测和勘探难度大。通过对东营凹陷古近系沙四上亚段滩坝的沉积特征、平面分布及控制因素等研究,认为滩坝的形成与分布主要受不同波浪带控制,即冲浪回流带控制沿岸滩坝(包括砾质滩坝)、碎浪带控制近岸滩坝、破浪带控制远岸滩坝。在建立了东营凹陷风动力砂体分布模型基础上,通过分析不同波浪带波浪参数变化,建立了破浪带和碎浪带砂体定量预测模型,对东营凹陷博兴洼陷南部缓坡带近岸坝、远岸坝单砂体的厚度及宽度进行了定量预测计算,并对砂体的延伸长度通过微地貌恢复+风动力技术结合进行了计算。然后通过统计单个坝砂体厚度和连井对比对预测砂体厚度、宽度及长度进行了检验验证,二者吻合较好,证明预测方法切实可行。最后认为,6～8级风力最有利于滩坝的形成。该方法为薄互层砂体的定量预测研究提供了一种新的分析思路,对隐蔽油藏勘探有指导作用,但该方法不适用于明显受物源控制薄砂体的预测。

薄砂体预测的地震沉积学研究方法

立足砂泥岩薄互层地质背景下厚度小于λ/4(λ为地震子波波长)的单砂体地震储层预测,按照精细地层划分→砂体平面形态分析→砂体厚度预测的研究流程,提出地震沉积学研究思路。除曾洪流等倡导的地震沉积学研究规范涉及的井-震高精度层序格架、地震岩性分析(地震子波相位调整)、地层切片制作等核心研究内容之外,认为以细分岩性为基础的压实校正及古地貌恢复、邻层干涉压制、井-震联动的地层切片浏览、非线性地层切片等技术可准确预测薄砂体平面形态。在精细地层划分方面,地震同相轴的等时性分析技术有助于优选与地质等时界面吻合的同相轴作为层序界面,而基于精细合成记录制作和时深转换的井-震精细对比,可以实现高级层序界面的识别和追踪解释。薄砂层厚度预测方面,除常用的振幅-厚度分析技术和峰值频率技术之外,认为振幅-频率融合和遗传化神经网络技术等综合地震属性预测方法同样可以实现对薄砂体厚度的半定量或定量预测。该方法对准确刻画薄互层中的单砂体具有指导意义。

砂煤互层水力裂缝穿层扩展机理

临兴地区含煤岩系地层纵向互层发育煤层、致密砂岩层产层组,当砂煤薄层组合开发时,受界面胶结性质、地应力差、压裂选层、煤层厚度、施工参数等因素的影响,难以判断裂缝是否垂向穿层。为了分析砂煤互层水力压裂裂缝穿层扩展规律,通过选取砂煤天然露头岩样进行交错组合,利用大尺寸真三轴水力压裂系统开展了砂煤产层组组合的物理模拟实验,研究了压裂选层、层间胶结强度、煤层厚度、胶液和活性水对水力裂缝穿层扩展的影响。实验结果表明:在煤岩中起裂时,受煤岩层理和自身天然裂缝的影响,裂缝在扩展过程中,容易发生转向,使得裂缝形态复杂多样,不利于裂缝穿层;在砂岩层中起裂时,砂岩中水力裂缝形态简单,形成水力主缝,容易穿层扩展;当界面胶结强度较弱时,裂缝扩展至砂煤界面,容易发生转向,沿界面扩展,形成水平裂缝;煤层越厚越容易耗散水力能量,使得水力裂缝难以穿层扩展;胶液的造缝能力优于活性水,但其对储层伤害较重,压裂液类型的选取需根据现场压裂所需进行甄选。

砂岩储层酸化自转向酸研究与应用

利用一种长链甜菜碱表面活性剂在酸液中的聚集形态变化,形成了以土酸为主体酸的自转向酸体系:15%HCl+3%HF+4%转向剂+1%缓蚀剂+0.5%铁离子稳定剂。该体系在酸化改造过程中不需要大量钙镁离子的"交联"作用,仅依靠自身聚集形态随酸浓度的变化即可增黏,胶束平均水合直径最大可达330.5 nm,酸液黏度最大可达180 m Pa·s,能有效实现砂泥岩储层暂堵转向酸化的目的。体系缓速性能出色,酸岩反应20 min后,含转向剂的土酸酸液溶蚀率仅为13%,并且具有良好的耐高温流变性,在90℃下剪切90 min后的黏度依然保持在60m Pa·s以上。自转向酸残酸凝胶与地层原油接触120 min后,酸液黏度降至10 m Pa·s左右,能加快残酸返排。现场试验表明,自转向土酸酸液体系在砂岩储层增产效果明显。

河流相砂泥岩薄互层基本地震属性特征研究

在砂泥岩薄互层储层预测研究中,常因地震资料的"假象"或"陷阱"造成解释或预测结果的错误。在分析和总结前人研究工作的基础上,基于单砂体楔形模型,运用褶积方法正演合成地震记录,并提取其振幅类和瞬时类共20种基本地震属性;讨论了不同属性提取时窗对这些地震属性的影响,遴选出8种受时窗影响小且具有代表性的地震属性。建立了两种典型砂泥岩薄互层地质模型,重点分析了遴选出的8种基本地震属性的变化特征,总结了它们随薄互层砂岩厚度、泥岩夹层厚度和砂泥岩累积厚度的变化规律,为砂泥岩薄互层地震解释和储层预测的地震属性优选提供了一定的理论依据。

地质统计学反演参数选取及反演结果可靠性分析

基于随机建模技术的地质统计学反演方法预测结果垂向分辨率高,可细微地刻画储层空间分布,但反演结果随机性较强,因此反演结果的可靠性评价十分重要。笔者利用地质统计学方法,通过设置不同反演参数,对比反演结果,并结合地质规律选取最优反演参数,预测萨北开发区SⅡ和SⅢ油层组薄砂体,以正演模拟为依据,定性和定量分析反演结果的可靠性。结果表明:合理的初始框架采样率和反演井网密度、符合地质条件的变差函数参数,是反演工作高效率和反演结果可靠性高的必要条件。

水平井中砂泥岩互层的双侧向测井响应研究

针对砂泥岩互层的复杂测井环境,采用三维有限元数值模拟方法,计算了多层介质模型的水平井双侧向测井响应。结果表明,井眼半径、泥浆电阻率和围岩(砂岩、泥岩)的电阻率及侵入半径与电阻率对水平井双侧向测井响应都有不同程度的影响。在砂泥岩地层中,井眼尺寸越大,泥浆电阻率越高,对视电阻率的影响越严重;当目的层厚大于8 m后,视电阻率受围岩(砂岩、泥岩)影响很小,基本上反映地层的真实电阻率,并且曲线变化规律大致相同,此时可近似为三层介质模型;对于低阻侵入,侵入越深,视电阻率越偏离真实地层电阻率。

砂泥交互储层定向井压裂裂缝穿层扩展真三轴实验研究

对于低渗透砂泥互层储层,为沟通更多砂岩层并增加泄油面积,通常采用斜井结合水力压裂技术进行开发。与直井和水平井相比,斜井中水力裂缝的起裂、转向形态复杂,而近井区域的裂缝复杂程度决定了压裂效果。针对储层中砂泥互层的情况,利用物理模拟实验,研究了砂泥互层中不同钻完井参数及地应力条件下水力裂缝起裂、转向和垂向扩展形态。研究结果表明:方位角和水平应力差对裂缝扩展能力有很大影响,当方位角较大,水平应力差较小时,近井区域裂缝扭曲程度大,数量多,不利于裂缝垂向扩展和施工后期加砂;泥岩层会阻碍裂缝垂向扩展,砂岩层与泥岩层之间应力差越高,阻碍作用越大,裂缝越不容易从砂岩层进入泥岩层。根据实验所得结论,提出了组合及分层压裂的判断依据。