收稿日期：20131204；改回日期：20140519
基金项目：国家自然科学基金“页岩气储层低频脉冲水力压裂增渗机理研究”（51304258）；“863计划”页岩气勘探开发新技术“页岩气压裂裂缝微地震监测技术研究”
（2013AA064503）作者简介：潘林华（1982－），
男，工程师，2006年毕业于中国石油大学（北京）土木工程专业，2013年毕业于该校油气田开发工程专业，获博士学位，现主要从事岩石力学、地应力和压裂裂缝起裂和扩展等方面的研究工作。
DOI ：10.3969/j.issn.1006－6535.2014.04.001
页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展
潘林华
1，2，3
，程礼军1，2，3，陆朝晖1，2，3
，岳
锋
1，2，3
（1.国土资源部页岩气资源勘查重点实验室重庆地质矿产研究院，重庆400042；2.重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心
重庆地质矿产研究院，重庆400042；
3.油气资源与探测国家重点实验室
重庆页岩气研究中心，重庆400042）
摘要：页岩储层低孔低渗，水平井多级压裂、重复压裂和多井同步压裂为主要的增产措施，压裂缝扩展和展布对于页岩压裂设计和施工、裂缝监测、产能评价至关重要。对大量相关文献进行了调研和分析，得出以下结论：①水力压裂室内实验是评价页岩复杂裂缝形态最直接的方法，但难以真实地模拟实际储层条件下的水力压裂过程；②扩展有限元、边界元、非常规裂缝扩展模型、离散化缝网模型、混合有限元法及解析和半解析模型为页岩气常用的复杂裂缝扩展模拟方法，但各种方法都有其优缺点和适用性，需要进一步改进和完善才能真实地模拟页岩复杂裂缝扩展；③天然裂缝分布和水平主应力差共同决定页岩复杂裂缝网络的形成，天然裂缝与水平最大主应力方向角度越小、水平主应力差越大，复杂裂缝网络形成难度越大；天然裂缝与水平最大主应力方向的角度越大、水平主应力差越小，越容易形成复杂裂缝网络。研究结果可以为页岩储层缝网压裂裂缝扩展模拟和水力压裂优化设计提供借鉴。
关键词：页岩气；水平井；水力压裂；压裂技术；裂缝扩展；室内实验；数值模拟中图分类号：TE357
文献标识码：A
文章编号：1006－6535（2014）04－0001－06
引言
页岩储层孔隙度、
渗透率极低，给页岩气的经济高效开发带来了极大的困难和挑战，长水平井段钻井和多段大排量水力压裂施工是页岩气开发的关键和核心技术
［1－2］
，能最大程度地增加压裂裂缝
的改造体积和表面积，最终达到提高产量和采收率的目的。页岩储层脆性大，天然裂缝和水平层理发育，压裂过程中容易发生剪切滑移和张性破坏
［3］
，
压裂裂缝不再是单一对称的两翼缝，可能形成复杂的网状裂缝，给页岩水力压裂设计、裂缝监测及解释、压后产能预测等带来诸多不便。压裂裂缝的展布特征和裂缝形态可以通过室内实验和数值模拟方法进行评价。笔者广泛调研了目前页岩储层水平井压裂技术、复杂裂缝室内实验模拟和数值模拟方法的现状，分析了各种页岩水力压裂技术及压裂裂缝模拟方法的优缺点，对后续页岩储层水平井水
力压裂技术的选择以及压裂设计具有指导意义。
1页岩储层水力压裂技术
页岩储层水力压裂是个复杂的系统工程，用液
量大、施工车组多、耗时长、资金耗费量大。页岩储层水力压裂涉及压裂设计、压裂工艺选择、压裂液选择与配置、压裂设备和井下工具选择、压裂裂缝监测等问题，需要进行系统的考虑和处理。1.1
页岩储层水平井多级压裂技术
水平井多级压裂技术是页岩储层开发的关键技术，长水平井段、多级水力压裂使页岩储层能够形成多条压裂裂缝，可以增大页岩储层与井筒的渗流通道［4］
。目前常见的页岩水平井压裂主要有4
种。
（1）水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术
［5－6］
。该技术是国内外常用的页岩储层水力压
2特种油气藏第21卷
裂技术之一，主要采用“多段分簇”射孔、套管压裂和可钻式桥塞封隔。优点：定位准确、封隔可靠、污染低、不易砂堵；缺点：施工步骤复杂，施工周期长，施工成本高，可能出现桥塞钻不进或桥塞泵送遇堵情况。
（2）水平井多级滑套封隔器分段压裂技术［5，7］。该技术国内应用较少，主要采用井口落球系统操控滑套、用机械或压力坐封的机械式封隔器坐封。优点：压裂层段选择性强，工序步骤简单，施工速度快，成本低；缺点：井下工具性能要求高，砂堵风险大，工艺复杂。该技术在页岩压裂中的应用逐年减少。
（3）水平井膨胀式封隔器分段压裂技术［8］。该技术主要通过遇油或遇水膨胀的封隔器进行坐封，其核心是遇油或遇水膨胀封隔器的研制。优点：可靠性高，成本和作业风险低，压后转入试油投产快；缺点：压裂打滑套风险大，压裂后无法解封，无法堵水以致影响整体产能。
（4）水平井水力喷射分段压裂技术［9－11］。该技术利用水力喷射工具进行分段压裂，无需封隔器和桥塞等封隔工具，是综合射孔、压裂、封隔为一体的新型增产改造技术。优点：封隔效果好、定位准确、适用范围广、埋砂和砂卡风险低、针对性和可控性强、储层伤害低、工具和施工程序简单、可靠性高；缺点：水力喷射工具寿命短，对油管和套管的强度有较高的要求。
1.2页岩储层重复压裂技术
支撑剂在闭合应力、井底压力和孔隙压力的联合作用下会慢慢嵌入地层，流体高速运移产生大量的岩屑和颗粒，在裂缝中聚集堵塞，从而导致压裂裂缝失效，降低产量。页岩储层由于存在大量的吸附气，采收时间较长，压裂裂缝的失效会降低储层的采收率，因此需要对页岩储层进行重复压裂，以保证产能和提高采收率。重复压裂形成新的压裂裂缝，新压裂裂缝可能与旧压裂裂缝沟通，形成更复杂的裂缝网络，进而提高裂缝的导流能力，以尽可能低的成本，恢复页岩气井的产量，甚至可能提高产量。
页岩储层重复压裂最先出现于美国，Barnett 页岩对以前采用凝胶压裂的页岩气井择优采取了重复压裂增产措施，增产效果明显，有些页岩气井在重复压裂后产量甚至超过初次压裂的产量［12－13］。重复压裂目前被广泛用于老井和初次压裂效果不佳的页岩气井，均取得较好的效果。Barnett页岩某水平井重复压裂前产气量约为1700m3/d，进行二段重复压裂后，初期产量约为4530m3/d，1a后产气量为2800m3/d，增产效果明显；另外某页岩气水平井初次压裂后产量衰减快，初次压裂2a后，产气量由5600m3/d 下降到1415m3/d，进行了三段重复压裂后，产气量增加到3400m3/d，1a后的产气量基本稳定在3000m3/d。对页岩气井进行重复压裂，需要准确掌握页岩气井的生产情况和裂缝状况，把握重复压裂时机，才能最大限度地提高重复压裂的效果。
1.3页岩储层多井同步压裂技术
同步压裂技术即同时在相隔不远的2口井或多口井进行多套车组的水力压裂，压裂过程中，压裂井周围的储层会承受更高的应力，增加储层的应力干扰以导致主应力转向，从而形成更加复杂的网状裂缝，提高网状裂缝的裂缝密度和复杂程度，增加改造体积［14］。
同步压裂在美国进行了一系列的实验，压裂效果较好，能够大幅增加页岩气井的产量［15］。国内页岩储层压裂开发刚刚起步，还没有进行过页岩储层同步压裂作业。页岩储层同步压裂技术能够增加页岩储层裂缝体积和复杂程度，是今后国内页岩储层体积压裂值得关注的研究方向。
2页岩储层水力压裂模拟方法
2.1水力压裂室内实验模拟
利用人造试件或天然露头，加工成一定尺寸且中间装有流体注入井筒的立方体试件，然后把试件装入大尺寸真三轴实验系统中，加载三向主应力，利用中间井筒进行液体注入，直至裂缝延伸到试件边界。实验过程中利用声发射仪器动态监测裂缝扩展特征，实验后利用高能CT扫描或者直接敲开试件进一步评价压裂裂缝的分布情况，能够准确地认识页岩储层水力压裂裂缝扩展机理。
国外哈里伯顿研发中心、荷兰Delft大学、澳大利亚西南威尔士大学、美国TerraTek公司［16］及国内中国石油大学（北京）、中石化勘探开发研究院、
第4期潘林华等：页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展
3
中石油勘探开发研究院、中石油勘探开发研究院廊坊分院都自行设计了水力压裂裂缝扩展模拟实验仪器，
实验试件尺寸为0.3 1.0m 。国外对页岩储层水力压裂裂缝扩展室内实验研究较少。中国石油大学（北京）压裂酸化实验室以及中石化工程研究院
［16］
进行了一系列页岩储层
裂缝扩展的室内实验，并获得了一些重要成果。图1是中国石油大学（北京）和中石化工程技术研究院进行页岩裂缝扩展模拟后的试件，通过实验后的试件观测或者高能CT 扫描，可以方便地评价页岩裂缝扩展的形态
。
图1页岩裂缝扩展室内实验后的试件
水力压裂裂缝扩展室内实验能够方便地获得页
岩压裂裂缝的形态，但是由于试件尺寸以及实验仪器的限制，室内实验难以真实的模拟储层实际条件下的水力压裂过程，小尺寸试件的天然裂缝分布可能与实际地层的分布有很大的差异性，导致室内实验具有很大的局限性。2.2
页岩储层压裂裂缝扩展数值模拟
页岩储层压裂裂缝可能是复杂的网状裂缝，常规的压裂模型不再适用，在常规理论基础上，国内外学者经过推导和模型改进，发展了一些适合页岩储层的压裂裂缝扩展模型。2.2.1
扩展有限元法（Extend Finite Element Meth-od －XFEM ）
扩展有限元法建立在常规有限元方法的理论基础上，保留了常规有限元法的优点。两者的区别在于：①网格与结构内部的几何或物理界面无关；②克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格剖分所带来的困难；③模拟裂纹扩展时，无需对网格进行重新剖分。
Dahi Taleghani ［17］利用扩展有限元法进行了页岩储层天然裂缝条件下的水力压裂裂缝扩展模拟，主要对垂直井进行计算。通过模拟发现：①天然裂缝与最大水平主应力方向角度较小时，比较难形成缝网，如图2a 所示；角度较大时，容易形成复杂裂
缝网络，如图2b 所示。②水平主应力差越大，形成复杂裂缝网络的难度越大
。
图2不同天然裂缝角度条件下扩展有限元法模拟的复杂裂缝扩展结果（垂直井）
扩展有限元法继承了常规有限元法的优点，能够方便地进行模拟和描述裂缝，计算过程中无需进行网格重划分，
计算速度较快，是今后页岩储层压裂裂缝扩展模拟的重要方法之一。2.2.2
边界元法（Boundary Element Method －BEM ）边界元法是将问题表达成边界积分方程后在区
域边界上离散求近似解的一种数值方法，具有如下特点：①主要在区域边界进行离散，降低了求解问题的维数，显著降低了未知量数目，可大大节省计算时间；②离散误差仅来源于边界，区域内的有关物理量可由解析式的形式求得，提高了计算精度；③奇异性的基本解可以更好的模拟裂缝尖端的奇异场。
4
特种油气藏第21卷
Olson ［18］利用边界元理论建立了水平井多段压裂的裂缝扩展模型，图3是不同水平主应力差条件下的裂缝展布形态。通过模拟发现：①天然裂缝不发育，压裂过程中容易形成两翼缝，但是压裂裂缝间可能由于干扰而发生转向；②天然裂缝分布方
向对缝网形成影响较大，天然裂缝方向与水平井筒平行或者角度较小时，容易形成缝网；③压裂裂缝内静压力越大，越容易形成复杂的网络裂缝；④水平主应力差越大，压裂裂缝形成缝网的难度越大，压裂裂缝相对平直
。
图3边界元模拟的水平井多段压裂裂缝扩展结果
边界元法能够很好地处理复杂缝网的裂缝扩展问题，并且处理比较简单，但是，该方法模拟流固耦合的过程难度大。因此，如何考虑孔隙压力条件下的裂缝扩展模拟是边界元发展的方向之一。2.2.3
非常规裂缝扩展模型（Unconventional Frac-ture Model －UFM ）
Weng 等［19－20］提出了非常规压裂裂缝扩展模型，基于二维位移不连续方程求解储层的应力场及
裂缝间的相互干扰作用，根据判断准则判断裂缝扩展路径及扩展长度，利用三维的裂缝高度方程和支撑剂的沉降方程，计算裂缝的宽度和支撑剂的分布等参数。利用该模型计算获得的缝网的裂缝宽度和支撑剂浓度分布如图4所示。模型的计算结果可以通过微地震监测进行校正。非常规模型的主要问题在于：天然裂缝的分布依赖于离散裂缝地质建模的结果，对输入参数的精确性要求较高
。
图4UFM 模型模拟的体积裂缝扩展结果
2.2.4离散化缝网模型（Discrete Fracture Network －DFN ）
该模型最早由Meyer ［21－22］
等人提出，主要基
于自相似原理及Warren 和Ｒoot 的双重介质模型，通过建立网格系统模拟裂缝在3个主应力方向的裂缝扩展及支撑剂的运移和铺砂浓度的分布，基于连续性方程和裂缝网络的计算获得压裂裂缝的几何形态。
DFN 模型是目前模拟页岩气体积压裂复杂缝网的成熟模型之一，能够考虑裂缝干扰问题和滤失
现象，可以准确地描述压裂裂缝的形态和分布范围，能够计算压裂液和支撑剂在压裂裂缝中的流动。DFN 模型假设压裂裂缝与天然裂缝纵横交错，压裂裂缝为正交网状，裂缝扩展模拟结果如图5所示。DFN 模型人为主观性强，约束条件差，无法处理页岩随机裂缝扩展问题。
第4期潘林华等：页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展
5
图5DFN 模型模拟的裂缝扩展结果
2.2.5混合有限元模型
通过将ALE （Arbitrary Lagranagian －Eulerian ）算法引入常规有限元，实现了裂缝的随机动态扩展，模型能方便地模拟裂缝扩展、流－固耦合及大变形等问题。
Li ［23］利用ALE 算法建立了页岩复杂裂缝扩展
的三维有限元模型（图6），研究了天然裂缝分布等对压裂裂缝扩展的影响。ALE 法能够方便地模拟裂缝动态扩展和流固耦合问题，但是，计算过程中需要适时进行网格重划和重新赋值，计算效率和计算速度相对较慢，特别是针对流固耦合的非线性问题
。
图6不同时间ALE 算法建立的复杂裂缝扩展模型扩展结果
2.2.6解析、半解析模型
解析模型的压裂裂缝模拟取决于井筒附近的
压力和应力波分布、拟稳态近似法的建立。该模型建立的思路是首先研究地层及施工的详细数据资料，并将其应用到页岩地层，再用反演来模拟缝网
的延伸［24］
。该方法可获得流压、缝宽、裂缝渗透率、裂缝条数和裂缝壁表面积的详细资料，方法简单，适合现场应用，但其精度较低。
3结论
（1）页岩储层水力压裂技术是页岩气经济高效开发的关键和主要技术，主要包括水平井多级压裂技术、多井同步压裂技术和重复压裂技术。（2）水力压裂室内实验是评价页岩压裂裂缝形态最直接的方法，但是难以真实模拟储层实际条
件下的水力压裂过程，如何进行大尺度条件下的页岩裂缝扩展模拟是今后需要继续研究的问题。
（3）扩展有限元法、边界元法、非常规裂缝扩展模型、离散化缝网法、混合有限元法及解析和半解析模型为页岩气常用的裂缝扩展模拟方法，各种方法都有其优缺点和适用性，需要进一步改进和完善才能真实地模拟页岩复杂裂缝扩展；扩展有限元法和边界元法精度高，裂缝描述方便，求解速度快，是今后页岩裂缝扩展模拟的发展方向之一。
（4）天然裂缝分布和水平主应力差共同决定复杂裂缝网络的形成，天然裂缝与水平最大主应力方向的角度越小，水平主应力差越大，形成复杂裂缝网络的难度越大，天然裂缝与水平最大主应力方向的角度越大，水平主应力差越小，越容易形成复杂裂缝网络。
6特种油气藏第21卷
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编辑刘兆芝
Simulation of Hydraulic Fracture Propagation in ShaleＲeservoir
Pan Linhua1，2，3，Cheng Lijun1，2，3，Lu Zhaohui1，2，3，Yue Feng1，2，3
（1．Key Laboratory of Shale Gas Exploration，Ministry of Land andＲesources，Chongqing Institute of
Geology and MineralＲesources，Chongqing400042，China；
2．Chongqing EngineeringＲesearch Center for Shale GasＲesources and Exploration，Chongqing400042，China；
3．State Key Laboratory of PetroleumＲesources and Prospecting，Chongqing
Shale GasＲesearch Center，Chongqing400042，China）
Abstract：As for low－porosity low－permeability shale gas reservoirs，multi－stage fracturing in horizontal wells，re－fracturing and multi－well simultaneous fracturing are major measures of stimulation．The propagation and distribution of fractures are of great significance to design，operation，monitoring，and productivity evaluation for shale fracturing．Through research and analysis on large amounts of literatures，following conclusions have been drawn：①laboratory experiment of hydraulic fracturing is the most direct approach to evaluate the complicated fracture patterns in shale，but it is hard to accurately simulate the process of hydraulic fractu-ring under real reservoir conditions；②finite element，boundary element or unconventional fracture propagation model，discretized fracture network model，composite finite element，and analytical and semi－analytical models are common methods to simulate com-plicated fracture propagation．All methods have their own pros and cons as well as applicability，and they need to be improved to precisely simulate complicated fracture propagation in shale；③the distribution of natural fractures and the difference of horizontal principal stress jointly decide the pattern of complicated fracture network．The smaller the directional angle between natural fracture and maximal horizontal principal stress is，the larger the difference of horizontal principal stress is，and the harder it is to form com-plicated fracture network；the larger the directional angle between natural fracture and maximal horizontal principal stress is，the smaller the difference of horizontal principal stress is，and the easier it is to form complicated fracture network．Ｒesearch results can provide references for the simulation of fracture propagation in shale reservoir and design for hydraulic fracturing optimization．
Key words：shale gas；horizontal well；hydraulic fracturing；fracturing technology；fracture propagation；laboratory experiment；numer-ical simulation
Summary on Application of Modern Control Theory in Closed LoopＲeservoir Management
Nie Jianying，Zuo Xin，Hu Yiru
（China University of Petroleum，Beijing102249，China）
Abstract：Intelligent well technology，which thrived and prospered in the1990s，can realize the nearly continuous monitoring and control over downhole conditions．It has greatly transformed the traditional passive and negative reservoir management into a modern active and positive one．Based on a great number of references，the application of classic control theory in petroleum development is introduced，and the features and advantages of permanent downhole monitoring equipment and downhole control valve in intelligent well serving as detection transmitting unit and executing unit are also presented．The concept about closed－loop reservoir manage-ment is proposed on the basis of intelligent well technology，which is the medium of modern control theory applied into upstream in petroleum industry．It takes modern reservoir management as a model－based closed－loop control process．Its core includes three parts，namely，model descent，model update based on data incorporation and optimized control based on reservoir model．With re-gard to water injection and oil production，detailed discussion is made on relevant application of optimized control theory from the perspective of reservoir model，optimized objective as well as research situation．The future application of model control theory in closed loop reservoir management is also expected．
Key words：intelligent well；closed－loop reservoir management；water－flooding；modern control theory；summary on application Ｒesearch on Upgrading Evaluation of Oil Entries in Exploration Wells of Jiyang Sag
Xu Guihua
（Shengli Oilfield of SINOPEC，Dongying，Shandong，257015）
Abstract：After over50years of exploration in Jiyang Sag，many oil entries have been left．In view of the oil entry reuse，it is sug-gested an evaluation system be set up to determine if the oil entry can be upgraded as reserves reported in current exploration condi-tions．First，based on analysis of oil entries which had not been upgraded，the key factors limiting the upgrading of oil entry into re-serves have been found out；second，according to empirical analysis of oil entry upgrading in previous years，the measures to up-grade oil entry are confirmed．Accordingly，evaluation criterion for upgrading oil entry in Jiyang Sag is established to evaluate the upgrading potential of oil entries quantitatively，and it is concluded that oil entries with evaluation value of more than0．5have larger possibility in upgrading，so upgrading of that type shall be in priority．
Key words：“oil entry”；evaluation criteria；evaluation method；reasons for un－upgrading；Jiyang Sag
Evaluation of Shallow Biogenic Gas Accumulation Conditions and Potential Traps in Dongting Basin
Zhu Wei1，Cao Zijian1，Wang Hongyun1，Jing Baoguo2
（1．Hunan University of Science and Technology，Xiangtan，Hunan，211401；
2．CNPC Liaohe Oilfield Company，Panjin，Liaoning，124010）
Abstract：In the Dongting basin，the Quaternary deposits are stable and active shallow gas shows have been found during drilling，indicating the potential of biogenic gas development．From combined investigation of drilling sampling and seismic reflection survey data，the Quaternary formation distribution and structural shape have been figured out．Some favorable accumulation sand bodies of multi－origins have been identified by means of sedimentary micro－facies analysis of cores．In the interest area，the fan deltaic front sand bodies with good physical property are the most favorable reservoirs；the sludge and clay layers in deep lake environment are the gas source rocks；the gas generation layer above reservoir may act as the direct cap rock；the favorable gas reservoirs include source－reservoir in one structural－lithologic gas reservoirs．The downdip traps in the fan deltaic sedimentary facies zone are very likely to form biogenic gas accumulation．
Key words：shallow biogenic gas；trap evaluation；southern margin of the Huarong uplift；Dongting basin
第五章储层裂缝 裂缝是油气储层特别是裂缝性储层的重要储集空间，更是良好的渗流通道。世界上许多大型、特大型油气田的储集层即为裂缝性储层。作为一种特殊的孔隙类型，裂缝的分布及其孔渗特征具有其独有的复杂性，它不象正常孔隙那样通过沉积相、成岩作用及岩心分析能够较为容易地预测和评价。由于裂缝的存在对油气储层的勘探和开发会导致很大的影响，因而对油气储层中裂缝的研究就显得十分重要。本章主要介绍裂缝系统的成因、裂缝的基本参数、孔渗性以及裂缝的探测和预测方法。 第一节裂缝的成因类型及分布规律 所谓裂缝，是指岩石发生破裂作用而形成的不连续面。显然，裂缝是岩石受力而发生破裂作用的结果。本节分别从力学和地质方面简要介绍裂缝的成因分类及分布规律。 一、裂缝的力学成因类型 在地质条件下，岩石处于上覆地层压力、构造应力、围岩压力及流体(孔隙)压力等作用力构成的复杂应力状态中。在三维空间中，应力状态可用三个相互正交的法向变量(即主应力)来表示，以分量σ1、σ2、和σ3别代表最大主应力、中间主应力和最小主应力(图5-1)。在实验室破裂试验中，可以观察到与三个主应力方向密切相关的三种裂缝类型，即剪裂缝、张裂缝(包括扩张裂缝和拉张裂缝)及张剪缝。岩石中所有裂缝必然与这些基本类型中的一类相符合。 图5-1 实验室破裂实验中三个主应力方向 及潜在破裂面的示意图 图中A示扩张裂缝，B、C表示剪裂缝
1.剪裂缝 剪裂缝是由剪切应力作用形成的。剪裂缝方向与最大主应力(σ1)方向以某一锐角相交(一般为30°)，而与最小主应力方向(σ3)以某一钝角相交。在任何的实验室破裂实验中，都可以发育两个方向的剪切应力(两者一般相交60°)，它们分别位于最大主应力两侧并以锐角相交(图5-1)。当剪切应力超过某一临界值时，便产生了剪切破裂，形成剪裂缝。根据库伦破裂准则，临 界剪应力与材料本身的粘结强度(τo)及作用于该剪切平面的正应力(σn )和 材料的内摩擦系数(μ)有关，即， τ临界＝τo＋μσn 剪裂缝的破裂面与σ1－σ2面呈锐角相交，裂缝两侧岩层的位移方向与破裂面平行，而且裂缝面上具有“擦痕”等特征。在理想情况下，可以形成两个方向的共轭裂缝(即图5-1中的B、C)。共轭裂缝中两组剪裂缝之间的夹角称为共轭角。但实际岩层中的剪裂缝并不都是以共轭型式出现的，有的只是一组发育而另一组不发育。剪裂缝的发育型式与岩层均质程度、围岩压力等因素有关。当岩层较均匀、围岩压力较大时，可形成共轭的剪裂缝；而当岩层均质程度较差、围岩压力较小时，趋向于形成不规则的剪裂缝。 2.张裂缝 张裂缝是由张应力形成的。当张应力超过岩石的扩张强度时，便形成的张裂缝。张应力方向(岩层裂开方向)与最大主应力(σ1)垂直，而与最小主应力(σ3)平行，破裂面与σ1－σ2平行，裂缝两侧岩层位移方向(裂开方向)与破裂面垂直。张裂缝一般具有一定的开度，有的被后期矿物充填或半充填。 根据张应力的类型，可将张裂缝分为二种，即扩张裂缝和拉张裂缝。 (1)扩张裂缝 扩张裂缝是在三个主应力均为压应力的状态下诱导的扩张应力所形成图5-2 扩张裂缝的形成和应力单元
图片简介: 本技术介绍了一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，包括以下步骤，获取天然裂缝分布信息，生成离散天然裂缝系统几何模型，根据实际工程问题确定水力裂缝扩展模拟相关参数，建立深层油气藏水力裂缝扩展数学模型，基于所述模型开展数值计算，得到数值模拟结果，根据数值模拟结果进行压裂效果分析，本技术采用弹塑性本构方程描述深层油气藏压裂过程中的岩石非线性变形，耦合井筒内、裂缝内和基质中流体流动，实现深层油气藏水力裂缝扩展过程的精准模拟，并对压裂效果进行定量分析，为深层油气藏人工压裂的预测、评价和优化提供有效手段。 技术要求 1.一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，其特征在于，包括以下步骤: S1.获取天然裂缝分布信息，生成离散天然裂缝系统几何模型； S2.确定所述水力裂缝扩展数值模拟的相关参数； S3.建立深层油气藏水力裂缝扩展数学模型，基于所述深层油气藏水力裂缝扩展数学模型开展数值计 算，得到数值模拟结果； S4.根据所述数值模拟结果进行压裂效果分析。 2.根据权利要求1所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，其特征在于： 所述S1包括： 根据深层油气藏的实际地质数据和现有地质模型数据，获取在水平面上的所述天然裂缝分布信息，包括裂缝的中心点、长度、倾角信息； 根据所述天然裂缝分布信息，建立所述离散天然裂缝系统几何模型； 若地层中不发育有天然裂缝，则此步骤省略。
3.根据权利要求1所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，其特征在于： S2所述相关参数包括： 岩石弹性力学参数，包括杨氏模量和泊松比； 岩石塑性力学参数，包括内摩擦角、膨胀角和粘聚力； 岩石断裂力学参数，包括抗拉强度和断裂能； 岩石天然裂缝性质，包括内聚力和摩擦角； 岩石物理参数，渗透率和孔隙度； 储层参数，储层厚度、孔隙压力和水平主应力； 压裂液参数，粘度、密度和注入速率。 4.根据权利要求1所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，其特征在于： 所述S3包括： S3.1.构建岩石非线性变形模型； S3.2.构建流体流动模型； S3.3.构建全局嵌入式内聚区模型； S3.4.多物理场耦合求解。 5.根据权利要求4所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，其特征在于： 所述构建岩石非线性变形模型包括构建应力平衡方程、几何方程和弹塑性本构方程； 所述岩石非线性变形，采用德鲁克-普拉格屈服准则和非相关联流动法则进行描述； 所述弹塑性本构方程，基于所述德鲁克-普拉格屈服准则和非相关联流动法则，根据增量塑性理论推导获得。 6.根据权利要求4所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，其特征在于： 所述构建流体流动模型包括构建井筒内流体流动模型、裂缝内流体流动模型和基质内流体流动模型；所述井筒内流体流动，被简化为一维流动，其流动规律符合基尔霍夫定律；
·综述· 裂缝型火山岩储层类型划分方法研究 李彬1张伟杰2刘宏明2陈辉强2 1.中国石油集团长城钻探工程有限公司测井公司 2.中国石油测井有限公司长庆事业部摘要：准确地对火山岩储层进行综合评价分类是产能建设的必要条件。火山岩储层产能受孔隙、裂缝类型等诸多因素影响，利用常用的按储集空间和物性分类标准难以反映其真正的储层类型。鉴于此，本文在对工区内火山岩储层按空隙空间、物性等进行了分类之后，根据孔隙、裂缝类型等与经济极限产能的关系，确定了划分火山岩储层分类的综合评价系数，并通过此综合评价系数与产量的关系确定了储层综合评价分类标准，进而实现了对工区内储层类型的划分。关键词：裂缝型；火山岩；储层类型；划分 作者简介：李彬(1978-)，男，2001年毕业于西南石油大学，工程师，从事测井新技术研究工作。 0引言 火山岩油气藏目前已成为世界油气田勘探开发的一个新领域。在美国、前苏联、古巴和墨西哥等很多国家都有这类油气藏被发现[1]。我国大多数油田也相继发现有这类储层，例如在准噶尔盆地西北缘的石炭系中发现了一批火山岩油藏，而且探明的地质储量相当可观。目前对这类特殊的储层进行综合评价分类研究时，常采用的方法是根据其物性进行分类[2～4]。由于火山岩油藏受孔隙、裂缝等诸多因素的影响，使得采用简单的储层分类方法不能满足产能建设的需要。本文针对此，根据孔隙度、裂缝强度指数等参数建立了综合评价系数，进而对储层类型进行综合评价分类。 1火山岩储层分类 1.1储集空间 火山岩的储集空间分孔隙和裂缝两种类型。孔隙包括气孔、杏仁体内孔、斑晶晶间孔、收缩孔、微晶间孔、晶内孔、溶蚀孔、胀裂孔、塑流孔等。这些孔隙空间大多呈封闭状态，有裂缝使其连通，将明显改善储集性能。裂缝包括构造裂隙、隐爆裂隙、成岩裂隙、风化裂隙、竖直节理、柱状节理等。各种储集空间多呈某种组合形式出现，如原生孔隙中的气孔往往和溶缝、洞相连，而次生的构造缝常形成溶蚀—构 造复合缝。 1.2储集空间的演化 储集空间的演化可分为下述几个阶段：（1）岩浆作用阶段：形成各种原生孔隙和裂缝。（2）岩浆期后热液阶段：对原生孔进行填充。（3）次生裂缝与蚀变交代阶段：由于构造作用影响，岩石破碎或产生裂隙,次生裂隙本身就是储集空间，并把不连通的孔(如气孔)缝(如原生裂隙)给以一定程度的连通和改造，同时热液沿裂缝通道改造两侧的外貌，对岩石进行交代，并形成熔孔。交代溶蚀与充填同时发生，形成各种熔孔、充填残留孔、缝等。 （4）风化淋滤作用阶段：地质体裸露地表，经机械风化作用产生大量裂隙，加上化学风化作用的淋滤作用，一般有利于储存空间的形成与改善，但极细的风化物也能起到充填作用。 （5）深埋改造作用阶段：地壳下降，接受沉积，火山岩受上覆地层的覆盖和地下水的改造作用，携带油气的有机酸对孔、缝也有强烈的改造作用，改造后的空间被油气或水充填。1.3熔岩储集体物性分类 克拉玛依油田石炭系火山岩是一典型的溢流相玄武岩油气藏，断层活动引起的破裂作用是改善火山岩储层物性的主要因素，断层角砾岩物性最好。前人对克拉玛依油田石炭系火山岩油藏研究，制定了火山岩储层评价标准(见表1)，对研究区引用了该 国外测井技术 WORLD WELL LOGGING TECHNOLOGY 2012年第4期总第190期 Aug.2012Total 190 17
第４２卷第４期 中国矿业大学学报 Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．４２０１３年７月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｌ．２０１３高煤级煤储层水力压裂裂缝扩展模型研究 张小东１，２，张 鹏１，刘 浩１，苗书雷１ （１．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作 ４５４００３； ２．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 １０００８３） 摘要：为了研究煤层气井水力压裂后的裂缝扩展规律，以沁水盆地南部煤层气井为例，基于区内煤储层的物性特征和水力压裂工程实践，根据水力压裂原理，采用数值分析的方法，探讨了研究区的煤层气井水力压裂后的裂缝形态与裂缝展布规律，提出了研究区煤层气井压裂过程中的综合滤失系数计算方法，构建了高煤级煤储层水力压裂的裂缝扩展模型，并进行了验证．研究结果表明：区内煤层气井压裂后形成的裂缝一般扩展到顶底板的泥岩中，且以垂直缝为主，裂缝形态符合ＫＧＤ模型．区内常规压裂井的裂缝长为４７．８～１７７．０ｍ，平均９０．６ｍ．裂缝缝宽为０．０１３～０．０４９ｍ，平均０．０２８ｍ．模型计算结果与实测值、生产实践较为吻合． 关键词：高煤级煤；水力压裂；滤失系数；裂缝扩展模型 中图分类号：Ｐ ６１８．１文献标志码：Ａ文章编号：１０００－１９６４（２０１３）０４－０５７３－０７ Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｍｏｄｅｌ ｕｎｄｅｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｒａｎｋ ｃｏａｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｄｏｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｐｅｎｇ１，ＬＩＵ Ｈａｏ１，ＭＩＡＯ Ｓｈｕ－ｌｅｉ １ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４００３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｍｉｎｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｌａｗ ｏｆ ｃｏａｌ－ｂｅｄ ｇａｓ ｗｅｌｌ ａｆｔｅｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｔｏｏｋ ｃｏａｌ－ｂｅｄ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｏｆ Ｑｉｎｓｈｕｉ ｂａｓｉｎ ａｓ ａ ｃａｓｅ ｉｎ ｐｏｉｎｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃｓ ｃｈａｒ－ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｔｈｉｓ ｒｅ－ｓｅａｒｃｈ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｌａｗ ｏｆ ｃｏａｌ－ｂｅｄ ｇａｓ ｗｅｌｌ ａｆｔｅｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ａｎｄ ｐｒｏ－ｐｏｓｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ａｌｓｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｒａｎｋ ｃｏａｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｄｕｒ－ｉｎｇ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｎｄ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆｔｅｎ ｅｘｔｅｎｄ ｔｏ ｍｕｄｓｔｏｎｅ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ａｎｄｔｈｅ ｆｌｏｏｒ ｏｆ ｃｏａｌ ｓｅａｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｏｎｅｓ；ｔｈｅ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｃｏｎ－ｆｏｒｍ ｔｏ ＫＧＤ ｍｏｄｅｌ；ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ’ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｗｅｌｌ ｖａｒｙ ｆｒｏｍ ４７．８ｍ ｔｏ １７７．０ｍ，ｗｉｔｈ ａｎ ａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ９０．６ｍ；ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ’ｗｉｄｔｈｓ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ０．０１３ｍｔｏ０．０４９ｍ，ａｎｄ ｗｉｔｈ ａｎ ａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ０．０２８ｍ．Ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｉｔ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｒａｎｋ ｃｏａｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ；ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｆｒａｃｔｕｒｅ ｅｘｔｅｎ－ 收稿日期：２０１２－０８－２１ 基金项目：国家自然科学基金项目（４１０７２１１３）；中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放基金项目（ＳＫＬＣＲＳＭ１０ＫＦＢ０１） 通信作者：张小东（１９７１－），男，河南省温县人，副教授，工学博士，从事煤地球化学、煤层气地质与工程方面的研究． Ｅ－ｍａｉｌ：ｚ＿ｗｅｎｆｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ Ｔｅｌ：０３９１－３９８７９０１
收稿日期：20131204；改回日期：20140519 基金项目：国家自然科学基金“页岩气储层低频脉冲水力压裂增渗机理研究”（51304258）；“863计划”页岩气勘探开发新技术“页岩气压裂裂缝微地震监测技术研究” （2013AA064503）作者简介：潘林华（1982－）， 男，工程师，2006年毕业于中国石油大学（北京）土木工程专业，2013年毕业于该校油气田开发工程专业，获博士学位，现主要从事岩石力学、地应力和压裂裂缝起裂和扩展等方面的研究工作。 DOI ：10.3969/j.issn.1006－6535.2014.04.001 页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展 潘林华 1，2，3 ，程礼军1，2，3，陆朝晖1，2，3 ，岳 锋 1，2，3 （1.国土资源部页岩气资源勘查重点实验室重庆地质矿产研究院，重庆400042；2.重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心 重庆地质矿产研究院，重庆400042； 3.油气资源与探测国家重点实验室 重庆页岩气研究中心，重庆400042） 摘要：页岩储层低孔低渗，水平井多级压裂、重复压裂和多井同步压裂为主要的增产措施，压裂缝扩展和展布对于页岩压裂设计和施工、裂缝监测、产能评价至关重要。对大量相关文献进行了调研和分析，得出以下结论：①水力压裂室内实验是评价页岩复杂裂缝形态最直接的方法，但难以真实地模拟实际储层条件下的水力压裂过程；②扩展有限元、边界元、非常规裂缝扩展模型、离散化缝网模型、混合有限元法及解析和半解析模型为页岩气常用的复杂裂缝扩展模拟方法，但各种方法都有其优缺点和适用性，需要进一步改进和完善才能真实地模拟页岩复杂裂缝扩展；③天然裂缝分布和水平主应力差共同决定页岩复杂裂缝网络的形成，天然裂缝与水平最大主应力方向角度越小、水平主应力差越大，复杂裂缝网络形成难度越大；天然裂缝与水平最大主应力方向的角度越大、水平主应力差越小，越容易形成复杂裂缝网络。研究结果可以为页岩储层缝网压裂裂缝扩展模拟和水力压裂优化设计提供借鉴。 关键词：页岩气；水平井；水力压裂；压裂技术；裂缝扩展；室内实验；数值模拟中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1006－6535（2014）04－0001－06 引言 页岩储层孔隙度、 渗透率极低，给页岩气的经济高效开发带来了极大的困难和挑战，长水平井段钻井和多段大排量水力压裂施工是页岩气开发的关键和核心技术 ［1－2］ ，能最大程度地增加压裂裂缝 的改造体积和表面积，最终达到提高产量和采收率的目的。页岩储层脆性大，天然裂缝和水平层理发育，压裂过程中容易发生剪切滑移和张性破坏 ［3］ ， 压裂裂缝不再是单一对称的两翼缝，可能形成复杂的网状裂缝，给页岩水力压裂设计、裂缝监测及解释、压后产能预测等带来诸多不便。压裂裂缝的展布特征和裂缝形态可以通过室内实验和数值模拟方法进行评价。笔者广泛调研了目前页岩储层水平井压裂技术、复杂裂缝室内实验模拟和数值模拟方法的现状，分析了各种页岩水力压裂技术及压裂裂缝模拟方法的优缺点，对后续页岩储层水平井水 力压裂技术的选择以及压裂设计具有指导意义。 1页岩储层水力压裂技术 页岩储层水力压裂是个复杂的系统工程，用液 量大、施工车组多、耗时长、资金耗费量大。页岩储层水力压裂涉及压裂设计、压裂工艺选择、压裂液选择与配置、压裂设备和井下工具选择、压裂裂缝监测等问题，需要进行系统的考虑和处理。1.1 页岩储层水平井多级压裂技术 水平井多级压裂技术是页岩储层开发的关键技术，长水平井段、多级水力压裂使页岩储层能够形成多条压裂裂缝，可以增大页岩储层与井筒的渗流通道［4］ 。目前常见的页岩水平井压裂主要有4 种。 （1）水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术 ［5－6］ 。该技术是国内外常用的页岩储层水力压
文献综述 前言 水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。 为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。 这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。 水力压裂技术的发展过程 水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。 70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合
油气储层裂缝形成、分布及有效性分析 近年来，随着我国油田勘探技术的不断创新与发展，对于油气储层的研究也日益加深，并从多个角度对油气储层的特征加以阐释，针对以往存在的一系列问题通过合理化的理论分析，对油气储层未来发展有一定的指导意义。文章主要针对现阶段我国油气储层中形成裂缝的成因及分布情况进行了浅显的分析，希望通过介绍可以为相关研究人员提供一些参考建议，以便更好地推动我国石油工业的发展建设。 标签：油气储层裂缝；形成；分布；有效性 引言 随着各种新技术的层出不穷，对于石油探勘技术也提出了更高的要求，就目前发展阶段而言，全世界范围内仅有百分之二十是可采石油储量，受各种条件因素的限制，处于垂直及平面上的各种非均匀隔挡条件下的地下石油储量很难被开采出来。于我国而言，此等情况更是如此，约百分之七十左右的石油储量与世界油田相同，均已进入了高含水阶段的开采时期，地下油气水分布较为复杂，这就在更大程度上对石油勘探技术提出了新的挑战，因此必须加强对油气储层的认识，通过建模预测改变原有的开采技术。 从某种角度来讲，原有的开采技术方式已经很难适应时代社会发展的需要，导致油气储层裂缝现象所占比重越来越大，油气储层不仅能够作为油气存储空间而独立存在，更能充当油气管道运输油气资源，对于油气而言有着极其重要的意义。但现实情况中却存在很大问题，使其不能够发挥应有的效用促进我国石油工业的发展，其中主要的问题则是油气储层的裂缝问题。 针对油气储层裂缝等问题，相关学者在AAPG年会上针对此问题进行了详细地讨论，结合近年来的发展对油气储层有了新的认识与理解，并提出了新的解决措施，从而减少出现油气储层裂缝的现象，关于油气储层裂缝的研究已从宏观向微观发展，由理论沉积学向应用沉积学发展，并逐渐完善。预计今后相当长的一段时间内，都将对油气储层裂缝形成、分布状况等有着更深地研究。下面文章就针对现阶段油气储层裂缝的形成原因及分析进行详细的阐释，供相关人员参考。 1 油气储层裂缝形成的原因 关于油气储层裂缝的形成并不是一种作用力影响下就能够发生的，要考虑到多方面的影响因素，尤其是针对小范围的微裂缝更好给予足够地重视，绝对不能忽视。此外，应力的增强也是导致裂缝形成的主要因素之一。但两种裂缝的形成在本质上存在着较大的差异，第一种微裂缝的形成主要是指在构造力的作用下，单层结构并没有受到内部应力的影响，此等裂缝只是单纯的存在于表面，并不会构成极大的威胁，且范围较小，故而被称作微裂缝；第二种裂缝的形成主要是由
基于能量理论的水力裂缝扩展模型研究与应用 摘要：为了能够准确地描述裂缝扩展规律，本文通过能量分布状态规律，探讨了在裂缝扩展过程中能量的变化规律，在对裂缝扩展的建立方面给出了新的思路，并由此对裂缝扩展驱动力给出了相对应的表达式。提出了有关裂缝扩展驱动力的裂缝扩展准则，建立了关于裂缝扩展速率计算模型。实例计算结果表明，该模型计算结果与实际吻合较好。 abstract： in order to accurately describe the law of fracture propagation， the article， from the energy distribution， presents a new idea about establishing the criterion of crack propagation， explores the regulation of energy changes in the fracture propagation process and then obtains the relevant expression of driving force of fracture propagation. at the same time， the criterion of crack propagation with the expression of driving force of fracture propagation is put forward， and the calculation model of crack propagation rates is built. the calculating result is accurate and agrees well with practical ones. 关键词：水力压裂；裂缝扩展；能量守恒 key words： hydraulic fracturing；crack propagation；conservation of energy 中图分类号：te371 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）
第21卷第7期2011年7月中国安全科学学报 China Safety Science Journal Vol．21No．7 Jul．2011 定向水力压裂裂隙扩展动态特征分析及其应用* 徐幼平1，2林柏泉1，2教授翟成1，2副教授李贤忠1，2孙鑫1，2李全贵1，2（1中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221116 2中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221116） 学科分类与代码：6203070（安全系统工程）中图分类号：X936文献标志码：A 基金项目：国家自然科学基金资助（51074161）；国家重点基础研究发展计划资助（2011CB201205）。 煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题（SKLCRSM08X03）； 国家科技支撑计划项目（2007BAK00168－1）。 【摘要】为减少煤矿井下水力压裂卸压盲区，扩大压裂影响范围，提高卸压增透效果，在分析水力压裂起裂机理和裂隙发展特征的基础上，提出定向水力压裂技术，分析定向水力压裂过程中煤体的裂隙发展分布规律，并利用RFPA2D－Flow软件模拟了压裂的起裂、扩展和延伸过程，对定向压裂与非定向压裂的效果进行了比较。最后将定向水力压裂技术在平煤集团十二矿己 15 －31010工作面进行了现场应用，得出在27MPa的水压下，单孔压裂有效影响半径达6m；单孔瓦斯抽放平均浓度较未压裂时提高80%，平均流量上升了382%，取得了显著的效果，具有良好的推广应用价值。 【关键词】穿层；定向水力压裂；卸压增透；RFPA2D－Flow软件；声发射 Analysis on Dynamic Characteristics of Cracks Extension in Directional Hydraulic Fracturing and Its Application XU You-ping1，2LIN Bai-quan1，2ZHAI Cheng1，2LI Xian-zhong1，2SUN Xin1，2LI Quan-gui1，2（1State Key Laboratory of Coal Resources＆Mine Safety，China University of Mining＆Technology，Xuzhou Jiangsu221116，China2School of Safety Engineering，China University of Mining＆Technology，Xuzhou Jiangsu221116，China） Abstract：In order to reduce roof-floor blind area of hydrofracture in underground mines，expand influ-enced range of fracturing，and improve the effect of hydrofracture，a directional hydraulic fracturing tech-nique was proposed on the basis of analyzing the mechanism of crack initiation and the characteristics of fracture development．And the process of crack starting，extending and elongating was simulated with RFPA2D-Flow．The effect of directional hydraulic fracturing and the effect of non-directional hydraulic frac- turing were compared．Finally the directional hydraulic fracturing technique was applied in the F 15 -31010 mining workface of the Twelfth Coal of Pingdingshan Coal Mining Group．The results show that single drill-hole fracturing effective radius rises to6m under the pressure of27MPa，and the average concentration of single-drillhole gas drainage promotes80%，average flow up382%than that it is not fractured．All these suggest that the technology obtains remarkable effect，and has a high application value． Key words：cross layer；directional hydraulic fracturing；pressure relief and permeability increase； RFPA2D-Flow software；acoustic emission *文章编号：1003－3033（2011）07－0104－07；收稿日期：2011－04－20；修稿日期：2011－05－20
双侧向—微球形聚焦测井系列 对高角度裂缝，深、浅側向曲线平缓，深側向电阻率> 浅側向电阻率，呈“正差异”。 在水平裂缝发育段，深、浅側向曲线尖锐，深側向电阻率< 浅側向电阻率，呈较小的“负差异”。 对于倾斜缝或网状裂缝，深、浅側向曲线起伏较大，为中等值，深、浅电阻率几乎“无差异”。 声波测井识别裂缝： 一般认为声波测井计算的孔隙度为岩石基质孔隙度，其理由是声波测井的首波沿着基质部分传播并绕过那些不均匀分布的孔洞、孔隙。但当地层中存在低角度裂缝(如水平裂缝)、网状裂缝时，声波的首波必须通过裂缝来传播。裂缝较发育时，声波穿过裂缝使其幅度受到很大的衰减，造成首波不被记录，而其后到达的波反而被记录下来，表现为声波时差增大，即周波跳跃。因此，可利用声波时差的增大来定性识别低角度缝或网状缝发育井段。 利用感应差别识别裂缝：钻井液侵入裂缝，使感应测井曲线有明显的降低。 密度测井识别裂缝 密度测井测量的是岩石的体积密度，主要反映地层的总孔隙度。由于密度测井为极板推靠式仪器，当极板接触到天然裂缝时，由于泥浆的侵入会对密度测井产生一定的影响，引起密度测井值减小。 井径测井的裂缝识别对于基质孔隙较小的致密砂岩，钻井使得裂缝带容易破碎，裂缝相交处的岩块塌落，可造成钻井井眼的不规则及井径的增大。另一方面，由于裂缝具有渗透性，如果井眼规则，泥浆的侵入可在井壁形成泥饼，井径缩小。因此，可以根据井眼的突然变化来预测裂缝的存在。 井径测井对于低角度缝与泥质条带以及薄层的响应很难区分；另外，其它原因（如岩石破碎、井壁垮塌）造成的井眼不规则，会影响到该方法识别裂缝的准确性。 自然伽玛能谱测井识别裂缝 测量地层中天然放射性铀（U238）、钍（Th282）、钾（K40）含量。 原理：正常沉积环境U元素含量低于或接近泥质体（钍+钾）的值，当有裂缝存在时，铀含量比泥质体大。 应用能谱的高铀值识别裂缝和地下流体的运移及活跃程度有关。当裂缝（孔洞）发育段的地下水活跃时，地下水中溶解的U元素才能被吸附及沉淀在裂缝（或孔洞）周围，造成U元素富集，使得自然伽玛能谱测井在裂缝带处显示出U含量增加，在地下水不活动地区，裂缝性储层的自然伽玛显示为低值。 (1)侧向、感应及微电阻率测井 裂缝在电阻率测井曲线上的响应取决于裂缝的产状(倾角与方位)、 裂缝的宽度与长度(纵向或径向)、裂缝中的充填物（胶结物、泥浆 滤液、地层流体等）以及泥浆侵入深度等因素。 1.电阻率测井响应特征 (2)侧向测井——高角度裂缝影响 电极型仪器将强烈地受垂直裂缝的影响，这是因为这样的裂缝实际上提供了低阻通道（并联）。所以在垂直裂缝的情况下，侧向测井的电阻率比感应测井的电阻率低。又因为垂直裂缝的有效导电截面在径向上不变，而孔隙的导电截面在径向上是逐渐增大的，所以在浅侧向探测范围内裂缝与孔隙的有效导电截面之比远比深侧向要小。 在Rmf≈Rw时，常观察到RLLD与RLLS的比值为1.5到2； 在Rmf
0引言 裂缝性油气藏是近年油气勘探开发的重点，如何对裂缝 进行准确表征，对不同类型裂缝的识别、分布规律的预测以及如何建立更加贴近实际的裂缝性油气藏地质模型，一直以来都是研究的重点和难点[1,2]。为此，国内外学者做了很多努力，最早的研究方法是通过对露头、岩心、薄片等地质分析来对裂缝特征进行描述，如Van Golf-Racht [3]在薄片观察的基础 上，提出了裂缝孔隙度、渗透率以及体密度的计算方法，Ruh - land 提出裂缝强度等概念[4]。随测井技术的发展，利用常规测 井数据分析，总结出了一系列数学统计方法：神经网络法、多元统计、灰色关联等，罗贞耀、戴俊生等[5,6]提出了裂缝物性参数计算方法。在裂缝预测方面，主要有数值模拟、非线性理论预测等方法，包括构造曲率法、构造应力场数值模拟、二维、三维有限元数值模拟、物探方法等[2,7]。本文通过系统总结分析 储层裂缝表征及预测研究进展 唐诚 中石化西南石油工程有限公司地质录井分公司，四川绵阳621000 摘要 全面、准确对致密储层的裂缝网络进行定量表征及预测影响着裂缝性油气田的高效开发。在系统调研国内外裂缝研究成果 且详细对比分析的基础上，从地质分析、测井识别、构造曲率法及应力场模拟、地震裂缝检测、非线性理论方法等着手，总结出了储层裂缝表征及预测研究的进展。研究表明，根据成因将储层裂缝划分为构造裂缝和非构造裂缝两大类，构造缝包括区域性裂缝、局部构造缝和复合型构造缝，局部构造缝指与断层和褶皱相关的裂缝；非构造缝主要分为收缩缝和与表面有关的裂缝两大类及9个亚类，裂缝类型不同，其特征及成因机理也不同。采用地质分析与测井解释相结合，建立露头、岩心与测井的识别模式对裂缝进行准确识别。利用地质、测井和构造应力等资料，建立数学模型，对裂缝参数进行定量计算。详细阐述并分析了多种裂缝预测方法的优缺点，最终指明了储层裂缝研究的不足与发展方向。 关键词裂缝性储层；裂缝表征；裂缝识别；裂缝预测 中图分类号P618.13文献标志码A doi 10.3981/j.issn.1000-7857.2013.21.013 Progress in Fracture Characterization and Prediction TANG Cheng Geologic Logging Company of Southwest Petroleum Bureau,Sinopec,Mianyang 621000,Sichuan Prvovince,China Abstract It is very important for exploration and development of oil and gas to comprehensively and accurately and quantitatively describe and predict fracture.Base on the basis of the literature investigation of fractures research findings around the world,from geological analysis,log fracture identification,curvature method,tectonic stress simulation,seismic fracture prediction and so on,the progress of fracture characterization and prediction are summarized.It is shown that the reservoir fractures can be classified into two types,including structural and non-structural fracture according to their origin.The structural fracture includes regional fracture,local fracture and complex structural fracture,in which the local structural fracture is related to fracture of fault and fold.The non-structural fracture can be classified into contraction fracture and related fracture of surface,which have 12sub-types.Every type of fractures has different characteristics and origin.The main identification of fracture is combination of geological analysis and log interpretation,and then pattern recognition of outcrop,core and well logging will be established.Also quantitative calculation method for fracture is proposed using geological,logging and tectonic stress data.With the aid of those bases,the advantage and disadvantage of methods for detection and prediction of the fracture distribution are discussed.Finally the shortcoming and development of fracture research are pointed out. Keywords fractured reservoir;fracture characterization;fracture identification;fracture prediction 收稿日期：2013-01-28；修回日期：2013-03-18 作者简介：唐诚，工程师，研究方向为石油地质录井与信息技术研究，电子信箱：110880280@https://www.doczj.com/doc/744760354.html,