缝网压裂机理研究与认识[任岚120425]

缝网压裂机理研究与认识赵金洲西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室2012年4月1一.什么是缝网压裂二.能不能形成缝网三.怎样才能够形成缝网四.如何形成缝网五.缝网压裂实例分析汇报提纲21984：Warpinski通过矿场试验首次发现压裂形成主裂缝与复杂分支裂缝同时延伸，提出了ZoneofFractures的概念。1986：Blanton通过物理模拟实验首次发现并提出水力裂缝相交天然裂缝后，水力裂缝可能存在穿过、转向、穿过和转向3种状态。一.什么是缝网压裂？3水力裂缝相交天然裂缝后的延伸模式（Blanton）1999：Mahrer认为天然裂缝性地层压裂将形成NetworkFractures。2000：Beugelsdijk通过物理模拟实验证实了NetworkFractures的存在。2002：Fisher和Maxwell同时通过微地震测试发现压裂形成FractureNetworks的可能性。2004：国内（赵金洲）首次提出了网络裂缝酸化概念。2006：国内（胥云等人）首次提出了缝网压裂概念。2006：Mayerhofer提出了StimulatedReservoirVolume(SRV)概念，国内翻译为体积改造（压裂）。一.什么是缝网压裂？42008：国内（赵金洲，任岚）开始研究缝网压裂理论模型。2009：Olson发表了缝网压裂的力学模拟成果。一.什么是缝网压裂？5Rn=1Rn=2传统压裂的裂缝形态缝网压裂的裂缝形态•裂缝单一•双翼裂缝•水力裂缝对储层流动区域控制范围小表现为裂缝面对储层流动区域的控制•裂缝带•裂缝延伸具有随机性•缝网对储层流动区域控制范围大表现为缝网体积对储层流动区域的控制6一.什么是缝网压裂？7Warpinski（1984）室外矿场试验发现形成了裂缝带（缝网）：二.能不能形成缝网？8二.能不能形成缝网？室内物理模拟实验证实了网络裂缝(缝网)的形成：（Beugelsdijk，2000）(陈勉，2008)施工结束190min130min80min9微地震监测证实了网络裂缝（缝网）的形成：（Maxwell，2002)二.能不能形成缝网？10微地震监测证实了网络裂缝（缝网）的形成：（Cipolla，2009）二.能不能形成缝网？11地质条件——储层必须具有结构弱面（如天然裂缝），储层结构弱面越发育，缝网系统越发育三.怎样才能够形成缝网？12在不同应力差和相交角组合下的实验结果实验室构架三.怎样才能够形成缝网？应力条件——最大最小水平主应力差越小，最大水平主应力方向与结构弱面（如天然裂缝）走向夹角越小，越容易形成缝网且缝网系统越发育（Blanton，1987）Rickman认为脆性矿物(硅质+钙质)总量要大于40%，才能够形成缝网岩矿成分3角图（Rickman，2008）13三.怎样才能够形成缝网？岩矿条件——脆性矿物(硅质+钙质)含量越高，储层越容易形成缝网脆性特征参数约大于50，储层才具有缝网扩展的岩石力学条件14三.怎样才能够形成缝网？力学条件——弹性模量越大、低泊松比越小，储层越容易形成缝网（Rickman，2008）15计算条件：岩石抗张强度5MPa，流体黏度1mPa.s（赵金洲，任岚2010）三.怎样才能够形成缝网？工程条件一：净压力越高，储层越容易形成缝网且缝网越发育模拟实验结果（Beugelsdijk，2000）低粘高粘裂缝监测结果（Cipolla，2008）16冻胶滑溜水清水弱交联压裂液理论计算结果（赵金洲、任岚，2010）三.怎样才能够形成缝网？工程条件二：主裂缝形成后，压裂液黏度越低，越容易形成缝网17注入压裂液量与缝网发育程度相关性（Mayerhofer，2010）三.怎样才能够形成缝网？工程条件三：压裂规模越大，缝网体积越大18缝网压裂的基本条件地质条件：结构弱面（天然裂缝、节理等）发育应力条件：水平应力差小岩矿条件：脆性矿物含量高力学条件：弹性模量大、泊松比小工程条件：三.怎样才能够形成缝网？净压力高流体黏度低规模大Y方向(m)σHσhX方向(m)t=40minσHσht=60minY方向(m)X方向(m)σHσht=80minY方向(m)X方向(m)σHσht=105minY方向(m)X方向(m)σHσht=135minY方向(m)X方向(m)σHσht=175minY方向(m)X方向(m)缝网形成示意图四.如何形成缝网？1920缝网概念图（Blanton）四.如何形成缝网？缝网概念图（赵金洲，任岚）21netmaxmino11cos22ptTnetmaxminof11cos22ptTptnfiptp从相交点直接穿过穿过天然裂缝判据：从天然裂缝端部延伸天然裂缝转向判据：水力裂缝与天然裂缝相交作用后的延伸理论模型220nff20nftf421211expsin2142cnppnktnpnCLfp四.如何形成缝网？水力裂缝相交天然裂缝后的延伸分析(1)低相交角时，水力裂缝倾向沿天然裂缝转向延伸；(2)中相交角低应力差时，水力裂缝倾向沿天然裂缝转向延伸；(3)高相交角时，当水平应力差小于岩石抗张强度，水力裂缝倾向沿天然裂缝转向延伸；(4)水平应力差越小，相交角越小，水力裂缝转向延伸需要的净压力越低；总体上说，低相交角和低应力差有利于远场缝网的形成，而高相交和高应力差将更容易形成对称双翼裂缝。相交角和水平应力差对水力裂缝转向延伸的影响22四.如何形成缝网？清水（1mPa.s）(1)随着作业液体体系的黏度越来越高，水力裂缝转向延伸角范围逐渐缩小；(2)压裂液黏度越高，水力裂缝沿天然裂缝转向延伸所需的净压力越高，转向延伸越困难，不利于水力裂缝的横向延伸；选择低黏度的压裂液更加有利于液体对流体压力在天然裂缝内的传播，更易形成复杂的远场缝网。弱交联压裂液（50mPa.s）23水力裂缝相交天然裂缝后的延伸分析四.如何形成缝网？24天然裂缝与水力裂缝不相交对水力裂缝延伸的影响：水力裂缝转向不相交作用分析的物理模型除了水力裂缝与天然裂缝相交作用会发生转向、穿过、转向和穿过并存以外，还存在水力裂缝与天然裂缝不相交的相互作用四.如何形成缝网？25其中ffffnfnfnfnffffn1fτ1ffffnfnfnfn2nfτ2nfnfnf211``11`````LLLLLLLLLxLxKLxdxKLxdxLxLxLLLxLxKLxdxKLxdxLxLxLaⅠⅡⅠⅡ水力裂缝转向角201tan824KKKKⅠⅠⅡⅡ水力裂缝与天然裂缝非相交情况下水力裂缝转向模型四.如何形成缝网？26相交角对水力裂缝延伸转向角的影响纵向距离对水力裂缝延伸转向角的影响水力裂缝与天然裂缝横向分布距离越小，相互作用越强，转向角越大，水力裂缝与天然裂缝之间越易搭接；为此，天然裂缝分布密度越大，天然裂缝与水力裂缝之间的作用距离越小，越容易形成缝网。四.如何形成缝网？27水力裂缝沿天然裂缝转向延伸路径模拟转向裂缝的等效平面裂缝水力裂缝在与天然裂缝相交后的延伸路径水力裂缝转向延伸情况下的等效裂缝延伸路径四.如何形成缝网？28裂缝缝宽方程2fn2(1)(()())()hpxxWxE裂缝流体流动方程3fn(()())64hWdpxxqdx物质平衡方程3nL(()())2644()pxxcWWxxttx求解的边界条件(,)0WLtxLt3fn00(()())|64xhWdpxxQdx四.如何形成缝网？29不同转向次数下延伸裂缝缝长方向上的流体压力和宽度分布39404142434445460102030405060708090裂缝内的流体压力(MPa)水力延伸裂缝长度(m)一次转向延伸两次转向延伸02468100102030405060708090裂缝最大宽度(mm)水力延伸裂缝长度(m)一次转向延伸两次转向延伸四.如何形成缝网？二次转向延伸的缝宽分布示意图30不同排量下延伸裂缝缝长方向上的流体压力和宽度分布39404142434445460102030405060708090裂缝内的流体压力(MPa)水力延伸裂缝长度(m)排量2m^3/min排量5m^3/min排量8m^3/min02468100102030405060708090裂缝最大宽度(mm)水力延伸裂缝长度(m)排量2m^3/min排量5m^3/min排量8m^3/min排量越高，整个缝内的流体压力都越高，说明提升排量能增加转向段的流动能力，降低转向段的节流效应；排量越高，包括转向延伸段在内，整个缝内的缝宽都越大。对于缝网压裂来说，提高排量能增加转向裂缝段的缝宽，提升支撑剂通过转向延伸裂缝段的能力，降低支撑剂桥塞的风险；同时也可以提高施工净压力，促进缝网的形成。四.如何形成缝网？2、脆性特征参数计算结果311、岩石矿物成分（石英含量40.32-69.58%,有利于形成缝网）五.缝网压裂实例分析井号样号石英斜长石钾长石方沸石浊沸石菱铁矿铁白云石白云石方解石D106146.1910.5214.4117.750.000.0011.130.000.00242.420.0014.6720.420.000.0011.4511.030.00369.5811.4910.140.000.000.004.504.280.00D10653.0722.0415.599.300.000.000.000.000.00b35640.320.000.000.000.0059.680.000.000.00B28储层弹性模量为2.878-5.064×104MPa，平均弹性模量3.971×104MPa；泊松比0.218-0.293，平均泊松比0.255。由右图可得B28储层岩石脆性特征参数为50.22，可见，该井基本具有形成缝网的岩石力学条件。123456789100.150.170.190.210.230.250.270.290.310.330.350.370.390.41脆性特征参数100-12075-10050-7525-500-25弹性模量(104MPa)泊松比(无因次)以松辽盆地某口井为例，分析缝网压裂的实施情况。32井孔崩落法水平最大主应力方向为北东60度到北东85度之间，水平应力差3-12.4MPa储层网状裂缝非常发育，岩石强烈破碎成角砾状，微裂缝分布呈不规则的网状，走向为近东西向为主，天然裂缝与水平最大主应力夹角较小，在0—30°之间。3、地应力特征4、天然裂缝分布051015202530350102030405060708090裂缝延伸净压力8-106-84-62-40-2水平应力差(MPa)逼近角(°)水力裂缝沿天然裂缝转向延伸所需的净压力一般在4-6MPa，最大需要8MPa。五.缝网压裂实例分析33利用微地震监测分析，主裂缝方向为北东东-南西西向，在裂缝延伸方向上形成了大范围的网络裂缝分布，并且裂缝作用距离远，反映形成了充分的缝网系统。微地震监测的裂缝延伸结果裂缝带清水和降阻清水用量1684m3，冻胶220m3，总用液1904m3，施工排量6m3/min左右五.缝网压裂实例分析34缝网压裂（体积压裂）理论研究刚刚起步，尤其需要开展下列工作：(1)储层结构弱面（如天然裂缝）量化评价(2)缝网扩展物理模拟(3)缝网扩展理论模型及数值模拟(4)缝网压裂生产动态评价模型(5)缝网压裂优化设计方法35谢谢！