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页岩裂缝网络的几何特征二维表征及连通性分析第一章：绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状和进展1.3 研究内容和目标第二章：页岩裂缝网络二维表征方法2.1 裂缝网络特征参数2.2 图像处理方法与算法2.3 页岩裂缝网络二维表征模型第三章：页岩裂缝网络的几何特征分析3.1 裂缝长度分布规律分析3.2 裂缝面积分布规律分析3.3 裂缝角度分布规律分析3.4 裂缝密度与分形维数分析第四章：页岩裂缝网络连通性分析4.1 连通性参数的定义4.2 网络连通性的数学模型4.3 连通性分析实例及结果解释第五章：总结与展望5.1 涵盖的问题及创新点5.2 研究成果与展望5.3 存在的问题与改进方向附录：1. 图像处理算法介绍及源代码2. 统计分析软件介绍及用法第一章：绪论1.1 研究背景和意义近年来，页岩气作为一种新型的能源资源备受重视。
而在页岩气的开采中，掌握页岩储层的特征和裂缝网络是关键的技术之一。
页岩气储层的生产能力与裂缝网络的数量和规模密切相关，因此对页岩裂缝网络的研究成为了页岩气领域的研究热点。
页岩是一种含油气的泥岩，其孔隙度极低，储层不易形成，因此页岩储层的裂缝网络对气体流动和储集具有不可替代的作用。
裂缝网络的结构特征和空间分布决定了气体的流动路径和有效地渗透面积，在页岩储层的开采过程中，不仅会形成不同性质的裂缝网络，而且裂缝之间还有很强的复杂交互作用。
因此，合理地掌握裂缝网络的几何特征、规律和连通性对于评估页岩储层的开发潜力，并指导页岩气开采的灵活性和效率具有重要的意义。
1.2 国内外研究现状和进展页岩裂缝网络的研究主要集中在其几何特征和流体特性方面。
国内外学者尝试从不同角度深入研究页岩裂缝网络，形成了丰富的研究成果。
其中，基于三维数字化数据的几何表征方法和样品分析技术是研究页岩裂缝网络的重要手段。
例如，基于Ct扫描的3D数字模拟，能够真实、忠实地反映出页岩储层的内部结构和裂缝网络，为几何特征和流体特性方面的研究提供了途径。
页岩气地质工程一体化过程中的多尺度裂缝建模及其应用赵春段;张介辉;蒋佩;潘元炜;李君军;李清山【期刊名称】《石油物探》【年(卷),期】2022(61)4【摘要】受复杂地质因素的影响,地质工程一体化一直是页岩气提产增效的关键,其中,多尺度裂缝建模是一体化建模的关键环节之一,直接影响着综合地学模型的准确度和适用性。
为了预测天然裂缝对南方海相页岩气水平井钻井和压裂工程的影响,从地球物理、地质、测井和地质力学等多学科的角度对天然裂缝空间分布及其受力状态进行了精细刻画,具体如下:①对叠前地震道集进行精细化针对性的处理,提高地震资料的分辨率和保真保幅性,而后进行蚂蚁追踪和多尺度裂缝预测,并结合成像测井、录井和钻井数据进行验证,准确预测天然裂缝的空间分布;②结合成像测井揭示的天然裂缝产状,建立分尺度离散裂缝模型;③由于不同尺度裂缝的力学参数对钻完井工程存在不同程度的影响,故以分尺度的方式对裂缝模型进行粗化;④采用等效原理对裂缝的地质力学参数进行分尺度赋值,合理刻画天然裂缝对地应力场的扰动,预测天然裂缝应力状态,为研究天然裂缝对钻完井工程的影响奠定基础。
利用上述方法有效预测了钻井过程中的泥浆漏失,方法应用结果表明,包含天然裂缝影响的地质力学模型更能反映真实原场应力,可用于研究压裂过程中水力裂缝与天然裂缝的相互作用,优化水平井压裂设计。
【总页数】14页(P719-732)【作者】赵春段;张介辉;蒋佩;潘元炜;李君军;李清山【作者单位】斯伦贝谢中国公司;中国石油浙江油田公司【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.页岩气地质工程一体化建模及数值模拟:现状、挑战和机遇2.地质工程一体化实施过程中的页岩气藏地质建模3.地质—工程—经济一体化页岩气水平井井距优化——以国家级页岩气开发示范区宁209井区为例4.山地浅层页岩气地质工程一体化高效压裂试气技术——以昭通国家级页岩气示范区太阳气田为例5.地震信息约束的三维建模技术及其在松辽盆地古龙页岩油地质工程一体化中的应用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
页岩气压裂缝网复杂化工艺参数研究梁绪岗发布时间：2021-07-19T16:56:35.413Z 来源：《基层建设》2021年第12期作者：梁绪岗[导读] 从目前国内页岩气压裂改成功的经验来看，页岩压裂目的是形成复杂的体积缝网体系，把井筒周围页岩储层“打碎”中原井下特种作业公司河南省濮阳县 457100摘要：从目前国内页岩气压裂改成功的经验来看，页岩压裂目的是形成复杂的体积缝网体系，把井筒周围页岩储层“打碎”，实现更大规模的储层改造波及体积。
本文对页岩气压裂缝网机理进行研究，并通过优化施工工艺参数，如射孔参数、变排量、变粘度、变粒径等方法，使裂缝不断转向、缝网复杂化、储层改造体积最大化，为页岩气高效开发提供指导意义。
关键词：页岩气；压裂；缝网复杂化1 概述根据页岩气气体在储层中赋存状态，页岩气能否成功开发在于水利压裂使得天然缝发生膨胀和剪切滑移，使得裂缝之间相互连通，最后大规模的裂缝网络系统出现了，得到的效果是储层改造体积増大了，页岩气的产量和采收率也提高了。
这就是目前主流的针对页岩气储层压裂的新技术——缝网压裂。
压裂现场施工中如何有效地激活天然裂缝；哪些地质条件和施工工艺能满足压裂缝网出现的条件；怎样让形成的缝网尽可能复杂，形成的缝网导流能力的大小。
我们需进一步对缝网机理进行研究，优化施工工艺设计，如射孔参数、变排量、变粘度、变粒径等方法，使裂缝不断转向、缝网复杂化、储层改造体积最大化，为页岩气高效开发提供指导意义。
2缝网压裂地质条件分析国外对裂缝延伸形态的研究表明，压裂水力裂缝在延伸中遇到地层中天然裂缝后其走向有三种可能：（1）水力裂缝穿过天然裂缝继续延伸；（2）水力裂缝沿天然裂缝延伸一定距离后在天然裂缝面重新造缝；（3）压开天然裂缝，水力裂缝沿天然裂缝延伸。
当储层最大水平应力与最小水平应力差小于10MPa、逼近角θ小于30°，压裂水力裂缝沿天然裂缝的方向延伸；当最大水平应力与最小水平应力差越小，水力裂缝越容易沿天然裂缝延伸，形成多分支复杂的网络状裂缝。
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。
深层页岩气水平井体积压裂技术一、本文概述随着全球能源需求的不断增长，页岩气作为一种重要的清洁能源，正逐渐在能源领域中占据重要地位。
其中，深层页岩气资源的开发更是当前石油天然气工业面临的重要挑战和机遇。
深层页岩气储层具有低孔、低渗、非均质性强的特点，传统的开发技术难以满足其高效开发的需求。
因此，本文重点探讨了深层页岩气水平井体积压裂技术，旨在通过该技术提高页岩气储层的改造体积和导流能力，从而实现深层页岩气的高效开发。
本文首先介绍了深层页岩气储层的特点和开发难点，阐述了体积压裂技术在深层页岩气开发中的重要性。
随后，详细阐述了深层页岩气水平井体积压裂技术的原理、工艺流程、关键技术和装备，以及在实际应用中的效果分析。
总结了深层页岩气水平井体积压裂技术的发展趋势和未来研究方向，为相关领域的科研人员和技术人员提供参考和借鉴。
通过本文的研究，旨在为深层页岩气的高效开发提供有力的技术支持，推动页岩气产业的可持续发展，为实现全球清洁能源转型做出积极贡献。
二、深层页岩气地质特征深层页岩气储层通常位于地下数千米的深处，其地质特征相较于浅层页岩气储层具有显著的不同。
深层页岩气储层的地层压力普遍较高，这增加了钻井和压裂作业的难度。
深层页岩气储层的岩石矿物成分、有机质含量、热成熟度等参数也会随着深度的增加而发生变化，从而影响页岩气的生成和聚集。
深层页岩气储层中的裂缝系统通常更加复杂，裂缝密度和走向多变，这给体积压裂技术的实施带来了挑战。
为了有效开发深层页岩气资源，需要对储层的地质特征进行深入研究和精细描述，包括储层的厚度、埋深、岩石类型、有机质丰度、成熟度、含气性、物性特征、应力场特征以及裂缝系统等。
还需要对深层页岩气储层的温压系统进行准确预测，以确保钻井和压裂作业的安全和有效。
在此基础上，结合地质特征和工程技术要求，制定适合深层页岩气储层的体积压裂技术方案，包括压裂液的选择、压裂参数的优化、裂缝监测和评估等，以实现深层页岩气的高效开发。
第３３卷第９期开发工程页岩气体积压裂缝网模型分析及应用程远方１李友志１时贤１１－中国石油大学（华东）石油工程学院吴百烈１王欣２邓文彪１２．中国石油勘探开发研究院廊坊分院
程远方等．页岩气体积压裂缝网模型分析及应用．天然气工业，２０１３，３３（９）：５３—５９。摘要对低渗透页岩储层进行体积压裂改造以形成复杂裂缝网络是获得页岩气经济产能的关键，压裂改造体积和缝网导流能力是评价体积压裂施工效果的关键指标，同时对压裂优化设计、压后产能预测及经济评价也具有重要意义。为此，在分析页岩气体积压裂特点的基础上，对两种主要页岩气体积压裂缝网模型的假设、数学方程及参数优化方法进行了比较分析，并结合美国Ｍａｒｃｅｌｌｕｓ页岩区块现场参数对页岩储层压裂方案进行了优选。结果表明：离散化缝网模型及线网模型均能有效表征复杂缝网几何特征，模拟缝网的扩展规律和缝网中压裂液流动及支撑剂运移，获得缝网几何形态参数，可优选压裂施工方案；天然裂缝发育的页岩层是体积压裂改造的重点，水平地应力差越小则越易形成复杂缝网，施工排量越大，压裂液泵入总量越大，则储层改造体积范围越大，缝网导流能力越高，页岩气产能就越高。关键词页岩气体积压裂离散化缝网模型线网模型排量压裂改造体积缝网导流能力ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—０９７６．２０１３．０９．００９
Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌｓｏｆｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ
ｉｎｓｈａｌｅｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓＣｈｅｎｇＹｕａｎｆａｎ９１，ＬｉＹｏｕｚｈｉｌ，ＳｈｉＸｉａｎｌ，ＷｕＢａｉｌｉｅｌ，ＷａｎｇＸｉｎ２，ＤｅｎｇＷｅｎｂｉａ０１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ—ＥａｓｔＣｈｉｎａ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ
２６６５８０，Ｃｈｉｎａ；２．ＬａｎｇｆａｎｇＢｒａｎｃｈｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＰｅｔｒｏＣｈｉ—ｎａ，Ｌａｎｇｆａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ０６５００７，Ｃｈｉｎａ）ＮＡＴＵＲ．ＧＡＳＩＮＤ．ＶＯＬＵＭＥ３３，ＩＳＳＵＥ９，ｐｐ．５３—５９，９／２５／２０１３．（ＩＳＳＮ１０００—０９７６；ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｌｏｗ—ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｓｈａｌｅｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｗｈｉｃｈａｉｍｓｔＯｉｎｄｕｃｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｆｒａｃｔｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｉｓｋｅｙ
ｍｅａｓｕｒｅｔＯａｃｑｕｉｒｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｈａｌｅｇａｓ．Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｖｏｌｕｍｅａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｃｒｉｔｅｒｉａｏｆｅｖａｌｕａｔｉｎｇｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔａｎｄｅｓｓｅｎｔｉａｌｆｏｒｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｆｔｅｒｆｒａｃｔｕ—
ｒｉｎｇ，ａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｈａｌｅｇａｓ。ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｗａｓ
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ａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｗｅａｌｓｏｓｅｌｅｃｔｅｄｏｐｔｉｍａｌｓｈａｌｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｌａｎｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｆｉｅｌｄ
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ｄｕｃｔｉｖｉｔｙｗｅｌｌａｓｓｈａｌｅｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｅｇａｓ，ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｄｉｓｃｒｅｔｅｆｒａｃｔｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌ，ｗｉｒｅｍｅｓｈｍｏｄｅｌ，ｐｕｍｐｉｎｇｒａｔｅ，ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｅｒｖｏｉｒｖｏｌｕｍｅ，ｆｒａｃｔｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
基金项目：教育部长江学者和创新团队发展计划（ＮＯ．ＲＴｌ０８６）。作者简介：程远方，１９６４年生，教授，博士；长期从事石油工程岩石力学问题研究，在水力压裂机理、参数优化、效果评价等方面取得系列研究成果。地址：（２６６５８０）山东省青岛市经济技术开发区长江西路６６号。电话：（０５３２）８６９８３５９９。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｆｃｈｅｎｇ＠１２６．ｃｏｒｎ
万方数据天然气工业２０１３年９月
随着北美地区页岩气勘探的巨大成功，页岩气资源的勘探开发在全球范围内持续升温口。２］。美国页岩气商业开发的经验表明，水平井技术和水力压裂技术是获得页岩气工业气流的关键技术‘３｜。以体积压裂Ⅲ技术为代表的增产技术将是未来开采页岩一类特低渗透非常规油气藏的核心技术，由于形成了复杂的裂缝网络系统，增大了裂缝壁面与页岩基质的接触面积，进而提高储层整体渗透率，实现了对页岩层整体上的三维压裂改造。在页岩层进行体积压裂时，由于页岩特殊物理性质及其内部天然裂缝的影响，会产生一个水力裂缝与天然裂缝相互连通的复杂缝网系统［５。７］。而传统水力压裂模型（二维、拟三维、全三维模型）都是基于双翼对称裂缝理论，假设裂缝为单一形态裂缝，不适用于天然裂缝及层理发育、各向异性突出的页岩气体积压裂缝网系统的分析，因此需要建立专门的缝网压裂模型来模拟页岩层缝网几何形态及其扩展规律［８］。笔者给出了离散化缝网模型和线网模型两种页岩气体积压裂缝网模型的原理、缝网几何形态表征方法以及相应数学方程，分析了两种模型的优缺点，并利用两种模型进行了敏感性因素分析，深化了对页岩气缝网压裂优化设计方法的理解。１体积压裂缝网模型１．１离散化缝网模型离散化缝网模型（ＤＦＮ）最早由Ｍｅｙｅｒ［９。叩等人提出。该模型基于自相似原理及Ｗａｒｒｅｎ和Ｒｏｏｔ的双重介质模型，利用网格系统模拟解释裂缝在３个主平面上的拟三维离散化扩展和支撑剂在缝网中的运移及铺砂方式，通过连续性原理及网格计算方法获得压裂后缝网几何形态。ｃｒＨ／ａ二维图ＤＦＮ模型基本假设如下：①压裂改造体积为２口×２ｂＸｈ的椭球体，由直角坐标系ＸＹＺ表征，Ｘ轴平行于最大水平主应力（口Ｈ）方向，ｙ轴平行于最小水平主应力（盯ｎ）方向，Ｚ轴平行于垂向应力（ｄ，）方向；②包含一条主裂缝及多条次生裂缝，主裂缝垂直于仃。方向，在Ｘ—Ｚ平面内扩展，次生裂缝分别垂直于Ｘ、ｙ、Ｚ轴，缝间距分别为ｄ。、ｄ。、ｄ：；③考虑缝间干扰及压裂液滤失；④地层及流体不可压缩。基于以上假设，作出ＤＦＮ模型几何模型的示意图（图１）。ＤＦＮ模型主要数学方程如下所示。１）连续性方程在考虑滤失的情况下，压裂液泵入体积与滤失体积之差等于缝网中所含裂缝的总体积。即
ｑ（ｒ）ｄｒ—Ｖｌ（￡）一Ｖ。ｐ（￡）一Ｖｆ（￡）（１）式中ｑ为压裂液流量，ｍ３／ｍｉｎ；Ｖｌ为滤失量，ｍ３；Ｖ。。为初滤失量，ｍ３；Ｖ，为总裂缝体积，ｍ３。２）流体流动方程假设压裂液在裂缝中的流动为层流，遵循幂率流体流动规律，其流动方程为：五ｄｐ一一（掣４ｎ）”器ｂ
（２）廿Ｉ—————————●—一ｌ————————：————？—————？一
ｄｚ＼／西（，２７）”２”＋１
式中Ｐ为缝内流体压力，ＭＰａ；以７为流态指数，无因次；ｋ７为稠度系数，Ｐａ·Ｓ”；ａ、ｂ分布为椭圆长轴半长及短轴半长，ｍ；①（咒７）为积分函数，无因次。３）缝宽方程主裂缝缝宽方程为：砌：一ｒ。坐攀（户一盯ｈ一△盯：。）（３）
假设所有垂直于｝轴的次生缝缝宽相同，与主裂缝缝宽之比为Ａ。，则次生裂缝缝宽方程为：
图１ＤＦＮ几何模型三维、平面俯视图ｃｒＨｂ俯视图
万方数据
