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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。
69肯基亚克盐下油田石炭系碳酸盐岩储层是主力开发层，下二叠统属于海陆过度沉积，主要为含石英砂钙质胶结塑性泥板岩，岩性致密，研磨性强，加之高密度钻井液的压持效应，导致在常规钻井方式下的机械钻速过低，因此开展基于机械比能和地层岩石力学特性比值的钻进效率评价和参数优选方法，有利于提高机械钻速并减少井下阻卡，达到高效、经济钻井的目标。
1 区域钻井地质概况肯基亚克盐下油田目前钻井普遍存在周期长，平均机械钻速慢，是制约盐下油田高效开发的主要瓶颈，针对水平井井型，下二叠统地层岩性以硬石膏、粉砂岩和砾岩组成，硬脆性地层，可钻性级值4~8，采用常规钻井方式的机械钻速0.4~0.8m/h，因井下低效事件频发，钻具振动，钻井参数缺乏科学有效选择。
2 地层岩石强度特性2.1 地层岩石力学地层岩石力学特性建模通过利用弹性力学原理和测井资料预测岩石的可钻性、硬度、抗剪强度和塑性系数等指标，以量化岩石破碎难易程度。
岩石的物理力学性质限制了这些量的变化。
根据钻进分析、测试分析、钻进工具类型、钻进参数等变化，利用这些预测指标建立的钻井岩石力学特性模型可以优选出合适的分层钻头类型[1]。
此外，该模型还可用于钻井参数优选、钻头使用效果评价，实现科学高效的钻进，对现场作业具有实用性和指导意义。
2.2 地层岩石力学建模根据已钻井部分井段测井资料得出地层岩石力学特性参数（见表1）建模，为钻头合理选型提供依据。
表1 地层岩石力学参数地层抗压强度/MPa抗剪强度/MPa硬度/MPa 岩石可钻性级值P 1tg 80~12040~901200~20006~8P 1a 40~12020~80600~20004~8P 1s 40~8020~40600~13003~6P 1as 40~5020~50600~15004~6C120~20040~1601000~24004~9盐下下二叠统是海陆过度沉积，其中主要岩性为致密泥板岩、硬石膏和砂岩。
在二叠纪的孔谷阶P 1tg地层，岩石的研磨性很强，抗压强度在80~120MPa之间，抗剪强度小于90MPa，硬度在基于机械比能在肯基亚克油田钻井参数的优选颜斌 李贤思 马炳奇 张茂林 陈涛 中国石油西部钻探工程有限公司 工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000摘要：肯基亚克盐下油田位于西哈萨克斯坦滨里海盆地东缘肯基亚克构造带上，下二叠统、石炭系油藏为裂缝-孔隙型双重介质储层，裂缝发育分布不均。
⽔⼒压裂造缝机理2．地应⼒场确定地应⼒场确定包括地应⼒⼤⼩和⽅向。
主要⼿段主要有：1) ⽔⼒压裂法微型压裂(mini-frac)压⼒曲线计算应⼒场。
2)实验室分析⽅法应⽤定向取⼼技术保证取出岩⼼样品的主应⼒⽅位与其在地层中主应⼒⽅位⼀致。
岩⼼从地下三向压应⼒状态改变到地⾯⾃由应⼒状态，根据岩⼼各⽅向的变形确定主应⼒⽅位和数值。
(1) 滞弹性应变恢复（ASR）基于岩⼼与其承压岩体发⽣机械分离后所产⽣的应⼒松弛，按各个⽅向测量应变并确定主应变轴。
并假定主⽅向与原位应⼒主轴相同，按已知的弹性常数和上覆岩层载荷情况间接计算应⼒值。
(2) 微差应变分析（DSCA）从井底取出的岩⼼由于应⼒释放和应变恢复会发⽣膨胀，产⽣或重新张开微裂缝。
基于应变松弛作为“应⼒史”痕迹的思想，应变松弛形成的微裂缝密度和分布与岩⼼已经出现的应⼒下降成正⽐。
通过描述微裂隙分布椭球，即可揭⽰以前的应⼒状态。
根据和这些微裂缝相关的应变推断主应⼒⽅向，并从应变发⽣的最⼤⽅向估算出最⼩主应⼒值。
3) 测井解释⽅法利⽤测井（主要是密度测井、⾃然伽玛测井、井径测井和声波时差测井以及中⼦测井、⾃然电位测井等）资料，⾸先基于纵横波速度与岩⽯弹性参数之间的关系解释岩⽯⼒学参数，再结合地应⼒计算模式获得连续的地应⼒剖⾯。
4) 有限元模拟根据若⼲个测点地应⼒资料，借助于有限元数值分析⽅法，通过反演得到构造应⼒场。
强烈取决于根据研究⼯区所建⽴的地质模型、数学⼒学模型和边界条件。
此外，测定地应⼒⽅向的常⽤⽅法还有声波测定、井壁崩落法、地⾯电位法、井下微地震法和⽔动⼒学试井等⽅法。
3．⼈⼯裂缝⽅位在天然裂缝不发育的地层，压裂裂缝形态取决于其三向应⼒状态。
根据最⼩主应⼒原理，⽔⼒压裂裂缝总是产⽣于强度最弱、阻⼒最⼩的⽅向，即岩⽯破裂⾯垂直于最⼩主应⼒⽅向。
当s z最⼩时，形成⽔平裂缝（horizontal fracture）；当s y最⼩时，形成垂直裂缝(vertical fracture)。
异常高压碳酸岩油藏水力破裂缝成因李南;程林松;廉培庆;程佳【期刊名称】《世界地质》【年(卷),期】2011(030)001【摘要】The paper analyzed the potential formation reasons of hydraulic fractures based on the formation mechanism and conditions of fractures. Taken an abnormal high pressure reservoir as example, the formation condition of hydraulic fractures are confirmed through theoretical research and analysis to tectonic evolution history. The core photos showed there are existed fractures in this oil field which could be classified into three types: re-open fracture, extend fracture and new fracture. All those fractures could greatly improve the seepage ability of reservoir and form high-yield reservoir.%从水力破裂缝形成机理和条件入手,分析水力破裂缝形成的潜在原因.以某异常高压油田为例,通过对构造演化史进行研究,确定了该油田具有水力破裂缝形成的条件.对岩心照片观察结果表明,该油田存在水力破裂缝,其形成方式主要分为:重新开启缝、后期延伸缝及新形成缝;这三类裂缝主要分布在渗透率较低的隔夹层,形成的水力破裂缝可大大改善储层渗流能力,形成高产储层.【总页数】4页(P56-59)【作者】李南;程林松;廉培庆;程佳【作者单位】中国石油大学石油工程学院,北京,102200;中国石油大学石油工程学院,北京,102200;中国石油大学石油工程学院,北京,102200;中国石油大学石油工程学院,北京,102200【正文语种】中文【中图分类】P618.130【相关文献】1.异常高压碳酸盐岩油藏应力敏感实验评价--以滨里海盆地肯基亚克裂缝-孔隙型低渗透碳酸盐岩油藏为例 [J], 赵伦;陈烨菲;宁正福;范子菲;吴学林;刘丽芳;陈希2.碳酸岩储层水力裂缝方向预测仿真研究 [J], 周祥;张士诚;潘林华3.异常高压变形介质油藏的开发动态特征研究--以尕斯库勒油田E3油藏为例 [J], 付国民;李荣西;李永军4.白云鄂博碳酸岩型REE-Nb-Fe矿床--一个罕见的中元古代破火山机构成岩成矿实例 [J], 郝梓国;王希斌;李震;肖国望;张台荣5.岩石类型分类在碳酸岩油藏动态模型中的应用 [J], 徐文斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第六章水力压裂技术一、名词解释1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。
2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。
3、地应力场：地应力在空间的分布。
4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。
5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。
6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。
7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。
8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。
9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。
10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。
11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。
二、叙述题1、简述岩石的破坏及破坏准则。
答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。
岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。
其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。
塑性流动主要发生在塑性岩石。
2、简述压裂液的作用。
答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。
其中，携砂液是压裂液的主体液。
○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
3、简述压裂液的性能及要求。
答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。
4、压裂液有哪几种类型？答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。
肯基亚克盐下油田回接固井技术研究与应用【摘要】肯基亚克盐下油田位于哈萨克斯坦国西部滨里海盆地东缘的肯基亚克构造带上。
该油田地质构造复杂，油藏压力高，油气异常活跃，密度安全窗口较小，易喷、易漏，钻井和固井难度较大。
通过研究分析，优选胶乳水泥浆体系、优化环空浆柱结构，设计合理的扶正器安放位置、改进回接固井工具、附件以及完善配套的固井工艺等多项措施，提高了尾管和回接固井质量，消除了回接固井后期套间压，满足了油田开发建设的需要。
【关键词】套间压胶乳水泥浆防气窜回接固井本文通过研究选定胶乳水泥浆作为尾管和回接固井首选水泥浆体系，提高了尾管和回接固井水泥胶结质量，有效地阻止油气上窜，形成一套适合肯基亚克盐下油田固井的配套工艺技术。
1 基本概况1.1 地质特点和井身结构肯基亚克盐下油藏岩性特点：（1）在浅层岩盐层中存在高压水层和伴生气。
（2）二叠系和石炭系地层油气极为活跃，压力系数分别为 1.74～1.85和1.84～1.90，且油气中含有H2S气体。
（3）油层段孔隙裂缝发育，承压能力低，泥浆安全密度窗口小，一般在0.02g/cm3左右，易漏易喷（如表1）。
1.2 固井技术的难点固井难点主要表现在：（1）肯基亚克盐下油田中生界是一套成岩性差、弱胶结砂泥岩互层、水化后易发生垮塌和漏失。
（2）下二叠统孔谷阶组为含膏泥岩，盐膏层、盐岩层，易膨胀缩径和塑性流动，下套管易发生套管粘卡，固井作业出现高泵压。
（3）下二叠统和石炭系为高压油藏，溢漏同层，安全压力窗口小，易发生井漏或井喷事故。
2 影响回接固井质量的原因分析2.1 顶替效率差，窜槽严重目前肯基亚克盐下油田没有水泥干混设备和水泥混配的过渡罐等装置，这对水泥浆体系和添加剂选择方面受到一定的制约，加重材料无法有效掺入水泥中，使得泥浆与水泥浆不能形成有效的密度差（0.24-0.48g/ cm3），无法加入性能优良的固体防气窜剂等因素。
在回接固井施工中容易发生互窜现象，水泥浆的顶替效率低。
井筒破裂机理井筒破裂是指油田开发过程中，油井井筒遭受到破坏，导致井筒发生裂缝、断裂或坍塌等现象。
井筒破裂对油井的产能、安全以及环境都有很大的影响，因此，深入了解井筒破裂的机理非常重要。
井筒破裂机理主要有以下几个方面：1. 地质力学因素：地质力学是井筒破裂的重要因素之一。
岩石层的力学性质、应力状态以及岩石层的变形和破裂能力，都会对井筒的稳定性产生影响。
在地质构造活动频繁的区域，由于地壳运动引起的地震力，会对井筒产生剪切力，进而引起井筒破裂。
2. 岩层压力：岩层的压力是造成井筒破裂的另一个重要因素。
岩层压力是指由于岩石层自身重力和地层内部流体静压力共同作用所产生的压力。
当井筒周围的地层压力超过了井筒的承载能力时，井筒就会发生破裂。
3. 井筒工程：井筒工程的施工过程也会对井筒破裂产生影响。
例如，钻井过程中的钻进和回拉操作，以及井筒固井中的水泥浆填充等都可能对井筒的稳定性造成破坏。
4. 井压管理：井压管理是指在油井生产过程中对井筒压力进行控制和管理的一系列措施。
过高或者过低的井筒压力都可能导致井筒破裂。
在生产过程中，如果井底压力过高没有得到及时的控制和处理，井筒就会发生破裂。
5. 井底流体动态行为：井底流体的动态行为也是导致井筒破裂的原因之一。
在油井开采生产过程中，产生的废水、石脑油、气体等对井底流体压力的变化会产生影响。
如果井底流体的压力发生剧烈变化，就会对井筒产生影响，进而导致井筒破裂。
为了防止井筒破裂，可以采取以下措施：1. 地质勘探：在井筒设计和施工之前，进行详细的地质勘探工作，了解井筒所在地的地质情况，进行合理的设计和施工计划。
2. 井筒设计：在井筒设计过程中，要充分考虑岩石层的力学性质和压力状态，进行合理的井筒尺寸和结构设计。
3. 施工技术：在井筒施工过程中，要选择合适的钻进和回拉操作方法，合理控制施工速度。
在固井过程中，要注意水泥浆的比重和浆液强度，保证良好的固井效果。
4. 井压管理：在油井生产过程中，严格控制井底压力，合理调整生产参数，确保井筒周围地层的稳定性。
233吴起油田地处鄂尔多斯盆地陕北斜坡（伊陕斜坡），目前生产层位主要为侏罗系延安组和三叠系延长组，属“低压、低渗透、低空隙”油藏，尤其是三叠系下组合油藏储层物性较差，在油水井投产、措施改造必须采用水力压裂工艺措施，油田压裂工艺为油田稳产提高采收率做出了突出贡献。
但在压裂施工作业中经常会遇到很多问题，现对油田压裂施工中常见问题进行分析及处理措施。
1 储层压不开原因分析（1）地质因素：因地层物性较差，目的层无注入量或注入量较低达不到设计要求。
处理措施：在安全压裂施工范围内，井下管柱或地面设备不超压的情况下进行瞬间多次起停泵憋压压开地层、或挤酸预处理再进行压裂。
（2）井下压裂管柱、工具因素：①压裂封隔器下入位置与设计不符或压裂工具组配错误；②压裂管柱不通；处理措施：封隔器位置错误可以现场调整隔器位置后在进行压裂，如组配错误则起出后重新按设及进行下入，或大排量反洗出油管中堵塞物后在进行压裂。
（3）井身因素：①射孔炮眼污染严重（主要为钻井泥浆污染）；②射孔质量问题；③旧井结蜡结垢严重炮眼被堵；处理措施：对于射孔炮眼污染严重压开目的层后地层吸入量较低可以先进行挤酸预处理，因射孔质量问题可以重新进行射孔后在进行压裂，对于旧井压裂改造前先进行套管刮削洗井后在进行压裂见图1。
图1 压裂施工曲线2 封隔器不座封原因分析（1）封隔器损坏：固井后套管壁有水泥块或在下压裂管柱速度过快。
处理措施：在压裂措施作业前先进行套管刮削控制下钻速度。
（2）封隔器上部管柱有裂缝或穿孔：使用旧井油管压裂时因油管磨损腐蚀被损坏。
处理措施：利用旧油管压裂时先进行清蜡对油管试压、检查油管丝扣是否完好。
（3）下入喷砂器或直咀直径不符合设计要求：修井技术员未按设计选取合适的喷砂器或直咀。
处理措施：现场排查无其他原因后起出原压裂管柱检查直咀及封隔器是否完好，重新下入进行压裂。
3 压窜的原因分析（1）层间窜：同时射开两层，上下夹层比较薄，压裂时易窜层；处理措施：下入三封或选择两层合压。
