裂縫性致密油儲層壓裂裂縫擴展與支撐機理研究

張大慶

摘要：致密油儲層壓裂裂縫的形成及變化對開發(fā)有著重要的作用，為了更好地明確其特點規(guī)律，需要開展相應的實驗研究。通過對致密油儲層研究現(xiàn)狀的介紹，闡述致密油儲層及裂縫特征，分析致密油儲層裂縫擴展機理以及支撐機理，可使壓裂裂縫擴展及支撐機理的研究能夠為相關工作提供更多的依據(jù)，改善壓裂技術的應用效果，提升開發(fā)的效率。

關鍵詞：裂縫性致密油儲層;壓裂裂縫;機理

引言

當前致密油儲層中具有微裂縫發(fā)育的特征，裂縫可使油氣具備更多的儲存空間，還可帶來良好的運移條件，使油氣的產(chǎn)量水平得到提升。由于儲層巖石裂縫對水力裂縫延伸具有一定的影響，在存在裂縫的致密油儲層壓裂過程中，裂縫擴展及支撐的情況比較復雜，為了明確裂縫變化機理，需要對其進行研究，使勘查及開發(fā)獲得相應的參考，進而為資源的利用提供相應的支持。

1致密油儲層研究現(xiàn)狀

致密油儲層滲透率低，需要在開發(fā)過程中使用大型水力壓裂改造其滲透率，使產(chǎn)量得到改善，提升采收率，在壓裂之后水力壓裂的效果及產(chǎn)能都需要根據(jù)滲透率來判斷。研究人員通過對壓裂之后的滲透率進行室內實驗，根據(jù)相應的理論計算出滲透率結果，還有人利用裂縫擴展模型來預測儲層的性質，使壓裂作業(yè)的進行獲得相應的參考依據(jù)。當前，裂縫性致密油儲層的研究還有待進一步完善，由于壓裂之后裂縫的變化對其開發(fā)有著重要的影響，需要對裂縫擴展進行研究。

2致密油儲層及裂縫特征

致密油儲層的分布面積小，厚度比較大，通常大于30m。儲層的巖石類型比較復雜，其中包含有砂巖、泥頁巖以及白云巖等。儲層的非均質性比較強，物性差，孔隙度及滲透率低，通常小于10%。大部分儲層為低壓或者常壓，原油密度及氣油比的差異比較大。在不同區(qū)域內，致密油儲層的巖石脆性及地應力差之間的差異大。同時，儲集層埋深相差比較多，大部分埋深超過了3000m。經(jīng)過對致密油儲層裂縫擴展實驗情況的分析可知，裂縫擴展的特征包括了三種，第一種為水力單縫，水力裂縫沿著垂直于水平的最下應力的方向延伸，形成的裂縫是單一的;第二種是沿天然裂縫開啟，裂縫沿著天然裂縫延伸，無法在巖石上形成水力裂縫;第三種是復雜裂縫，指的是多條水力裂縫，同時開啟天然裂縫。通過實驗來研究裂縫復雜程度的影響因素，發(fā)現(xiàn)巖樣中存在高角度天然裂縫的時候，難以直接開啟天然裂縫，天然裂縫趨向于低角度縫或者水平縫的時候，容易產(chǎn)生人工裂縫及天然裂縫交錯的裂縫。在天然裂縫存在的情況下，壓裂裂縫形態(tài)容易受到影響。在天然裂縫傾角越低的時候，越容易產(chǎn)生復雜裂縫。

3致密油儲層裂縫擴展機理

水力裂縫與天然裂縫交互延伸規(guī)律存在三種形式，第一種是沿著天然裂縫張開，水力裂縫張開天然裂縫，沿著天然裂縫延伸，不再形成新的水力裂縫;第二種為穿過天然裂縫，水力裂縫在張開部分天然裂縫的時候，初始交互的位置會形成人工裂縫，并且產(chǎn)生工字形縫;第三種是被天然裂縫阻斷，水力裂縫在天然裂縫位置停止延伸，不能張開。在選層的時候，應考慮到裂縫較發(fā)育的地層，需要選擇地層水平最大主應力與天然裂縫走向存在一定夾角的區(qū)域。根據(jù)裂縫交互延伸理論分析，水力裂縫在0°-8°逼近角及天然裂縫相交的時候，裂縫易先發(fā)生剪切破壞。當超過了8°的時候，天然裂縫可能產(chǎn)生剪切破壞，而超出了60°的時候，應力差大于4MPa，水力裂縫可能直接穿越天然裂縫。應采取有效的技術來對裂縫周圍巖石的局部應力進行改善，使地應力差減小，裂縫發(fā)育地層，濾失量比較大，提升排量可充分溝通天然裂縫。

根據(jù)某地致密油儲層特點、巖石力學特點等情況進行分析，使用巖土力學數(shù)值模擬軟件ABAQUS建立裂縫擴展數(shù)值模型，可采用有限元方式以及粘彈性損傷cohesive孔壓單元模擬人工主裂縫在壓裂液驅動下的擴展情況，并且模擬天然裂縫在人工裂縫影響下的損傷情況。通過對某井的實驗，建立模型，計算水平應力比條件下的裂縫擴展形態(tài)，可知應力比越小，天然裂縫損傷范圍越大，并且對井的不同排量條件下的裂縫擴展形態(tài)進行分析，可發(fā)現(xiàn)排量越大的時候，天然裂縫損傷范圍越大，產(chǎn)生應力反轉的范圍越大。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)儲層中水力裂縫可產(chǎn)生誘導應力降低地應力差的結論，可運用二次壓裂技術來提升水力裂縫的復雜程度，比如二次復雜縫網(wǎng)壓裂技術、水平井多簇水力裂縫壓裂技術。通過實踐應用可知技術的應用效果比較顯著，可使壓裂的效率得到提升。

4致密油儲層支撐機理

致密油儲層壓裂縫網(wǎng)包括主裂縫、多條分支次裂縫以及微裂縫。主裂縫寬度大，壓裂過程中有大量的支撐劑鋪置，越靠近井筒的時候，支撐劑鋪置越多。支撐裂縫的滲流能力由支撐劑顆粒間的孔隙來提供，支撐劑嵌入到了儲層巖石之中，這使支撐裂縫寬度降低，導流能力受影響降低。支撐裂縫在壓裂液殘渣等影響下，支撐裂縫滲流能力降低，這使導流能力減弱。根據(jù)不同的裂縫來采取不同的支撐方式，在遠井筒主裂縫中使用30/50目以及40/70目組合陶粒支撐，近井筒主裂縫使用30/50目陶粒支撐。次裂縫使用40/70陶粒支撐。微裂縫使用巖石粗糙面自支撐。其中30/50、40/70目支撐劑導流能力可滿足導流需求，可借助支撐劑的合理選擇來加強處理效果。應對剪切裂縫的形成產(chǎn)生關注，優(yōu)化支撐劑的用量，使用主裂縫高濃度支撐、次裂縫低濃度支撐、微裂縫自支撐的三級支撐技術。為了避免對導流能力造成影響，需要選擇性能良好的支撐劑，將壓裂液體系優(yōu)化，減少壓裂液對支撐裂縫造成的影響。

5結論

致密油儲層作為目前開發(fā)研究的重點類型，采取的技術效果影響著產(chǎn)量，為了使致密油儲層的開發(fā)獲得有效支持，應對相關技術進行改善。通過對致密油儲層壓裂裂縫擴展及支撐機理的分析，為開發(fā)提供相應的參考依據(jù)，選擇恰當?shù)募夹g，可使開發(fā)的方式發(fā)揮出更好的作用，為資源的開發(fā)帶來幫助。同時，應對壓裂技術進行優(yōu)化，滿足實際的開發(fā)需求。

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