体积压裂复杂裂缝起裂与延伸基础理论研究

【压裂】体积压裂机理及3D动画演⽰体积压裂是指在⽔⼒压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩⽯产⽣剪切滑移，形成天然裂缝与⼈⼯裂缝相互交错的裂缝⽹络，从⽽增加改造体积，提⾼初始产量和最终采收率。

⼀、体积压裂机理体积压裂的作⽤机理：通过⽔⼒压裂对储层实施改造，在形成⼀条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩⽯产⽣剪切滑移，实现对天然裂缝、岩⽯层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次⽣裂缝，并在次⽣裂缝上继续分⽀形成⼆级次⽣裂缝，以此类推，形成天然裂缝与⼈⼯裂缝相互交错的裂缝⽹络。

从⽽将可以进⾏渗流的有效储层打碎，实现长、宽、⾼三维⽅向的全⾯改造，增⼤渗流⾯积及导流能⼒，提⾼初始产量和最终采收率。

体积压裂的提出，是基于体积改造这⼀全新的现代理论⽽提出。

体积改造理念的出现，颠覆了经典压裂理论，是现代压裂理论发展的基础。

常规压裂技术是建⽴在以线弹性断裂⼒学为基础的经典理论下的技术。

该技术的最⼤特点就是假设压裂⼈⼯裂缝起裂为张开型，且沿井筒射孔层段形成双翼对称裂缝。

以1条主裂缝实现对储层渗流能⼒的改善，主裂缝的垂向上仍然是基质向裂缝的“长距离”渗流，最⼤的缺点是垂向主裂缝的渗流能⼒未得到改善，主流通道⽆法改善储层的整体渗流能⼒。

后期的研究中尽管研究了裂缝的⾮平⾯扩展，但也仅限于多裂缝、弯曲裂缝、T 型缝等复杂裂缝的分析与表征，但理论上未有突破。

⽽“体积改造”依据其定义，形成的是复杂的⽹状裂缝系统，裂缝的起裂与扩展不简单是裂缝的张性破坏，⽽且还存在剪切、滑移、错断等复杂的⼒学⾏为（图1-1所⽰）。

图1-1 体积压裂⽰意图⼆、体积压裂的地层条件（1）天然裂缝发育，且天然裂缝⽅位与最⼩主地应⼒⽅位⼀致。

在此情况下，压裂裂缝⽅位与天然裂缝⽅位垂直，容易形成相互交错的⽹络裂缝。

天然裂缝的开启所需要的净压⼒较岩⽯基质破裂压⼒低50%。

同样，有模型研究复杂天然裂缝与⼈⼯裂缝的关系，以及天然裂缝开启的应⼒变化等，建⽴了天然裂缝发育与扩展模型，研究表明，在体积改造中，天然裂缝系统会更容易先于基岩开启，原⽣和次⽣裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性，从⽽极⼤地增⼤改造体积。

水力压裂多裂缝基础理论研究水力压裂技术是一种广泛应用于石油、天然气等矿产资源开采中的重要方法。

在水力压裂过程中，由于地层岩性的复杂性和压力传递的特殊性，往往会产生多裂缝现象。

多裂缝的生成、扩展和相互作用对采矿工程的稳定性和安全性具有重要影响，因此针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。

本文旨在深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，为相关工程实践提供理论支撑。

水力压裂多裂缝的基础理论主要涉及裂缝的产生原因、特征和影响等方面。

在采矿工程中，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。

裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，进而引发裂缝的扩展和相互作用。

多裂缝的特征主要表现在裂缝的数量、形态、大小和方向等方面。

裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。

多裂缝的影响主要表现在以下几个方面：多裂缝会导致地层中的压力重新分布，影响采矿工程的稳定性和安全性。

多裂缝会降低采矿效率，增加采矿成本。

多裂缝还可能引发地面塌陷等地质灾害。

因此，针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。

为了深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，本文设计了一系列实验研究。

实验过程中，我们采用了真实地层岩样和实际施工条件，通过模拟水力压裂过程，观察和记录了多裂缝的产生、扩展和相互作用情况。

同时，我们采用了岩石力学测试仪器和压力传感器等设备，对裂缝的数量、形态、大小和方向等特征进行了详细测量。

实验结果表明，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。

在采矿工程中，多裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，引发裂缝的扩展和相互作用。

多裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。

为了进一步验证水力压裂多裂缝基础理论的正确性，本文采用了数值模拟方法。

我们建立了水力压裂多裂缝的数值模型，该模型基于弹塑性力学理论，并考虑了地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性等因素。

《致密气藏体积压裂伤害机理实验研究》篇一一、引言随着油气资源的日益紧缺，致密气藏的开发成为了国内外研究的热点。

在致密气藏的开发过程中，体积压裂技术被广泛地应用，以提高气藏的采收率。

然而，体积压裂过程中可能对气藏造成伤害，影响其产能。

因此，本文旨在通过实验研究致密气藏体积压裂的伤害机理，为优化体积压裂技术提供理论依据。

二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用致密岩心、压裂液、支撑剂等材料。

其中，致密岩心取自某致密气藏，具有代表性的岩性特征。

2. 实验方法（1）制备致密岩心模型，模拟实际气藏条件；（2）进行体积压裂实验，记录压裂过程中的压力、流量等数据；（3）对压裂后的岩心进行物理、化学性质分析，观察其伤害程度；（4）通过对比实验数据，分析体积压裂对致密气藏的伤害机理。

三、实验结果与分析1. 压裂过程中的压力、流量变化在体积压裂过程中，随着压裂液的注入，岩心模型内的压力逐渐升高。

当压力达到一定值时，岩心开始出现裂缝。

随着裂缝的扩展和连通，压力逐渐稳定，流量也逐渐增大。

2. 岩心伤害程度分析（1）物理性质分析：通过对压裂后的岩心进行物性测试，发现其孔隙度、渗透率等有所降低，表明体积压裂对岩心造成了一定的伤害。

（2）化学性质分析：通过对比压裂前后岩心的化学成分，发现压裂液中的某些化学物质可能对岩心造成一定的化学伤害。

3. 伤害机理分析（1）物理伤害：体积压裂过程中，岩心受到较大的应力作用，导致其内部结构发生破坏，孔隙度、渗透率降低。

此外，支撑剂的加入也可能对岩心造成一定的物理伤害。

（2）化学伤害：压裂液中的某些化学物质可能与岩心中的矿物发生反应，导致岩心性质发生变化。

例如，某些酸性物质可能溶解岩心中的某些矿物，降低其稳定性。

四、结论通过实验研究，我们发现致密气藏体积压裂过程中存在物理和化学伤害机理。

物理伤害主要表现在岩心内部结构的破坏和孔隙度、渗透率的降低；化学伤害则主要由于压裂液中的化学物质与岩心中的矿物发生反应，导致岩心性质发生变化。

第 51 卷 第 4 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.4 2023 年 7 月PETROLEUM　DRILLING　TECHNIQUES Jul., 2023doi:10.11911/syztjs.2023023引用格式：蒋廷学. 非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨[J]. 石油钻探技术，2023, 51（4）：184-191.JIANG Tingxue. Discussion on several key issues of the new-generation network fracturing technologies for unconventional reservoirs [J].Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(4)：184-191.非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨蒋廷学1,2,3（1. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室, 北京 102206；2. 中国石化页岩油气钻完井及压裂重点实验室, 北京 102206；3. 中石化石油工程技术研究院有限公司, 北京 102206）摘　要: 体积压裂技术是实现非常规油气藏高效开发的关键，围绕有效改造体积及单井控制EUR最大化的目标，密切割程度、加砂强度、暂堵级数及工艺参数不断强化，导致压裂作业综合成本越来越高。

为此，开展了新一代体积压裂技术（立体缝网压裂技术）的研究与试验，压裂工艺逐渐发展到“适度密切割、多尺度裂缝强加砂、多级双暂堵和全程穿层”模式。

为促进立体缝网压裂技术的发展与推广应用，对立体缝网的表征、压裂模式及参数界限的确定、“压裂–渗吸–增能–驱油”协同提高采收率的机制、一体化变黏度多功能压裂液的研制、石英砂替代陶粒的经济性分析及“设计–实施–后评估”循环迭代升级的闭环体系构建等关键问题进行了探讨，厘清了立体缝网压裂技术的概念、关键技术及提高采收率机理，对于非常规油气藏新一代压裂技术的快速发展、更好地满足非常规油气藏高效勘探开发需求，具有重要的借鉴和指导意义。

体积压裂裂缝分布扩展规律及压裂效果分析--以鄂尔多斯盆地苏53区块为例郭鹏;姚磊华;任德生【摘要】The volume fracturing provides a new light for large-scale economic and effective development of tight sandstone gas reservoir.In order to analyze the fracture distribution and propagation laws during the volume fractu-ring, fluid-solid coupling models of the sandstone body were established with the RFPA-flow code based on the re-gional reservoir characteristics in Block Su53, Ordos basin and seepage-stress coupling theory.Then, the effects of guide fracture, natural fracture, and confining pressure on the fracture propagation were simulated with the pro-posed models during the volume paring volume fractured wells with common fractured wells and without fractured wells, technology advantages of volume fracturing show up.%体积压裂技术为致密砂岩气藏大规模经济有效开发提供了新的途径。

为了分析裂缝在体积改造中的分布和扩展规律，基于鄂尔多斯盆地苏53区块储层特征和渗流-应力耦合理论，采用RFPA-flow软件建立了储集层砂岩体的流固耦合模型，模拟分析了引导裂纹、天然裂缝、围压对体积压裂中裂缝扩展的影响。

《致密气藏体积压裂伤害机理实验研究》篇一一、引言随着油气资源的日益紧缺，致密气藏的开发成为了国内外研究的热点。

在致密气藏开发过程中，体积压裂技术作为一种有效的开采方法，已得到了广泛的应用。

然而，在实施体积压裂的过程中，可能产生的伤害问题日益受到关注。

因此，对致密气藏体积压裂伤害机理的实验研究显得尤为重要。

本文旨在通过实验研究，深入探讨致密气藏体积压裂的伤害机理，为优化体积压裂技术提供理论依据。

二、实验目的与意义本实验旨在通过对致密气藏体积压裂过程的模拟与实验，深入研究体积压裂过程中的伤害机理，揭示致密气藏体积压裂对储层的影响，为优化体积压裂技术提供理论依据。

同时，本实验研究有助于提高致密气藏的开发效率，降低开发成本，对推动致密气藏的开发具有重要意义。

三、实验原理与方法1. 实验原理：本实验基于岩石力学、渗流力学、化学工程等原理，通过模拟致密气藏体积压裂过程，研究压裂过程中产生的伤害机理。

2. 实验方法：（1）选取具有代表性的致密气藏岩心样品；（2）对岩心样品进行物理性质和化学性质的测试；（3）模拟体积压裂过程，记录压裂过程中的压力、流量等数据；（4）对压裂后的岩心样品进行物理性质和化学性质的测试，分析压裂对岩心样品的影响；（5）结合实验数据，分析致密气藏体积压裂的伤害机理。

四、实验过程与结果分析1. 实验过程：（1）准备阶段：选取合适的岩心样品，进行物理性质和化学性质的测试；（2）模拟阶段：通过高压泵等设备模拟体积压裂过程；（3）测试阶段：对压裂前后的岩心样品进行物理性质和化学性质的测试；（4）数据分析阶段：结合实验数据，分析致密气藏体积压裂的伤害机理。

2. 结果分析：（1）通过对岩心样品进行物理性质和化学性质的测试，发现致密气藏的物理性质和化学性质对体积压裂过程具有重要影响；（2）在模拟体积压裂过程中，发现随着压力的增大，岩心样品的渗透率逐渐降低，表明体积压裂过程中存在伤害现象；（3）对压裂前后的岩心样品进行对比分析，发现体积压裂后岩心样品的孔隙度和含水率均有所降低，进一步证明了体积压裂对储层的伤害；（4）结合实验数据，发现体积压裂过程中可能存在的伤害机理包括：裂缝延伸过程中产生的岩心破碎、储层敏感矿物溶解导致的孔隙坍塌、水锁效应等。

体积压裂1体积压裂体积压裂是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。

1.1体积压裂机理体积压裂的作用机理：通过水力压裂对储层实施改造，在形成一条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络。

从而将可以进行渗流的有效储层打碎，实现长、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高初始产量和最终采收率。

1.2体积压裂的地层条件1)天然裂缝发育，且天然裂缝方位与最小主地应力方位一致。

在此情况下，压裂裂缝方位与天然裂缝方位垂直，容易形成相互交错的网络裂缝。

天然裂缝的开启所需要的净压力较岩石基质破裂压力低50%。

同样，有模型研究复杂天然裂缝与人工裂缝的关系，以及天然裂缝开启的应力变化等，建立了天然裂缝发育与扩展模型，研究表明，在体积改造中，天然裂缝系统会更容易先于基岩开启，原生和次生裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性，从而极大地增大改造体积。

2)岩石硅质含量高(大于35%)，脆性系数高。

岩石硅质(石英和长石)含量高，使得岩石在压裂过程中产生剪切破坏，不是形成单一裂缝，而是有利于形成复杂的网状缝，从而大幅度提高了裂缝体积。

3)敏感性不强，适合大型滑溜水压裂。

弱水敏地层，有利于提高压裂液用液规模，同时使用滑溜水压裂，滑溜水黏度低，可以进入天然裂缝中，迫使天然裂缝扩展到更大范围，大大扩大改造体积。

2太沙基有效应力原理太沙基（K. Terzaghi）早在1923年就提出了有效应力原理的基本概念，阐明了粒材料与连续固体材料在应力--应变关系上的重大区别，从而使土力学成为一门独立学科的重要标志。

σσ+μ=’式中σ为平面上法向总应力, kPa; σ′为平面上有效法向应力, kPa; μ为孔隙水压力, kPa。

泵送桥塞分段体积压裂技术的研究及现场应用摘要：泵送桥塞是一种近年来发展的压裂改造新工具，在致密性油气藏中应用广泛。

致密性油气藏具有低孔、低渗、天然裂缝不发育等特征，完井方式通常以水平井完井为主。

在致密性水平井体积压裂改造中，泵送桥塞工艺有着很大的优势，其分隔、射孔一体技术满足了致密性油气藏水平井改造所需要的大排量、大液量等施工参数。

为该种油气藏的改造开发提供了一套完备的方式方法。

关键词：致密油泵送桥塞体积压裂水平井引言随着我国油气田勘探开发的深入，常规油气产量有逐步递减的趋势。

美国致密油的突破性进展给我国的致密性（低渗透）油气藏开发给予了重要启示。

我国油气勘探开发也将逐步向致密性油气藏方向发展。

2013年2月完钻的任密1H井是华北油田公司一口致密性油藏水平井。

其地质特点为储层岩性复杂，以泥质粉砂岩，砂岩为主。

储层低孔、低渗，天然裂缝不发育，总体属低孔、低渗致密油储层。

任密1H井多段改造提高裂缝长度，体积改造是该井获得突破的关键。

该井采用泵送桥塞，分段改造工艺，压裂过程中采取先进行酸化处理，后添加转向剂的体积压裂技术，实现体积改造最大化和低成本经济开发的目标，为国内致密性油气藏开发提供了可借鉴的成功案例。

一、泵送桥塞工艺1.泵送桥塞泵送桥塞是一种近年来发展的压裂改造新工具，在国外致密性油气藏中广泛应用，哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢、威德福等公司都有该工具的研发与使用。

尤其是在致密油气藏水平井压裂上具有很大优势，逐步替代了传统的封隔工具，为水平井压分层改造提供了更好的选择。

泵送桥塞工具主体由电缆、射孔枪、坐封工具、封隔器构成。

桥塞中心具有球碗结构，坐封完毕投球封堵，如图1所示。

泵送桥塞投放前预置在井口防喷管串内，开启井口后，尾部拖带电缆投入光套管。

当到达一定井斜位置，靠其自身重力无法克服外部阻力时，与地面泵车配合，采用泵送方式，泵送到设计位置，进行点火作业，炸药推动坐封工具内液压缸坐封，坐封后坐封工具与桥塞脱离。

页岩气压裂的几个关键问题与探索郭建春;路千里;何佑伟【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2022(42)8【摘要】页岩气体积压裂过程中,水力裂缝易沟通天然裂缝快速向前扩展并诱导地层沿裂缝面产生滑移,由此引发的井间压窜和套变问题已成为影响页岩气压裂安全高效施工的技术瓶颈。

此外,由天然裂缝窄缝宽引起的裂缝欠支撑问题导致裂缝流动能力变差,进而影响页岩气储层改造效果。

为此,针对页岩水力压裂中的井间压窜、套管变形和微裂缝支撑3个影响页岩气勘探开发和经济效益的关键问题,在大量文献调研基础上,结合理论与实验分析开展了机理研究:(1)在阐明压窜机理并分析主控因素的基础上,建立了基于机器学习的压窜干扰程度评价模型及预测方法,并依据井组缝网模型开展压窜控制措施评价,提出了缝端暂堵、老井关井等压窜防治工程措施;(2)基于应力分析建立了裂缝剪切滑移导致套变机理分析模型,通过分析压裂过程中与裂缝相交的套管受力变化,明确了天然裂缝流体压力升高是引发套变的主要因素,并从压裂施工和建井两个方面提出了套变防治方法;(3)结合颗粒运移模型和大型平板输送实验分析了微支撑剂的运移机理,通过导流能力实验证实了微支撑剂提高裂缝流动能力的有效性。

经现场应用表明:所提出的压窜和套变防治措施能够显著提高压窜恢复程度,降低套变率,采用微支撑剂可以大幅度提高页岩气压后产量,为深层页岩气的规模效益开发提供了技术支撑。

【总页数】14页(P148-161)【作者】郭建春;路千里;何佑伟【作者单位】“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学【正文语种】中文【中图分类】TE3【相关文献】1.页岩气压裂返排液处理技术探索及应用2.页岩气压裂液及其压裂技术的研究探析3.电动压裂泵在页岩气压裂作业中的应用4.自交联变黏压裂液性能评价及其在深层页岩气压裂中的应用5.川庆钻探全电驱压裂助力大足深层页岩气压裂时效创新高因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。