Fracability评价储层压裂和压裂区优化的基础。致密砂岩储层具有低孔隙度、低渗透率、需要水力压裂提高工业生产率。在这项研究中,提出了一种系统模型fracability评价致密砂岩储层。岩石力学测试和声波测试表明,致密砂岩储层的特点是高脆性、高断裂韧性和弱天然裂缝的发展。数值模拟被用来分析储层参数的变化在水力压裂和原位应力对裂缝延伸的影响。结果表明,当水平应力各向异性系数很小,自然骨折可能导致液压骨折改变方向,和复杂的裂缝网络很容易形成的水库。水平应力各向异性系数范围从0.23到0.52,,很容易产生裂缝网络在水库。一个新的fracability评价模型建立了基于层次分析法(AHP)。的致密砂岩储层的特点是fracability fracability指数(FI),分为三个层次。模型的基础上,本研究进行了fracability评价和优化压裂区在研究区,与微震监测结果验证了模型的准确性。
随着对油气资源的需求,非常规能源的发展得到了越来越多的关注(
在fracability评估,确定参数影响水力压裂的关键。里克曼et al。
学者(
正如上面所讨论的,水库fracability是与很多因素有关,包括弹性参数,脆性,断裂韧性,自然骨折,外部应力各向异性。很难建立一个fracability评价模型考虑所有的因素。另一方面,地应力对水力压裂特征有很大的影响,但fracability研究考虑外部应力各向异性是非常罕见的。因此,本研究分析了影响因素的fracability致密砂岩储层基于测井资料和实验室试验,进一步研究了地应力特征对水力压裂的影响通过数值模拟。最后,我们提出了一种新的系统模型fracability致密砂岩储层的评价。
的参数,分析了影响fracability基于测井资料和实验室测试在这一节中,提供后续的水力压裂的基础建模和fracability评估。
块4准噶尔盆地位于中国的新疆维吾尔自治区。地层发育良好,在这一领域一般温柔,显示厚在南部和薄的特点在北方,西方厚,薄在东部。研究区位于中心的油源和良好的油气运移方向,油气丰度高。研究区域的结构如图 致密砂岩储层的成因是复杂的,与低孔隙度、低渗透率、复杂的孔隙结构,次生孔隙发育。勘探报告显示,研究地区致密砂岩的平均孔隙度为4.1%,渗透率是0.132 ~ 0.839。尽管研究区域有丰富的石油和天然气储备,试生产并不理想。传统开发方法不能满足生产需求;因此,水力压裂是必要的。
这项工作使用声波logging-based方法计算连续地层的岩石力学参数,可以计算和动态弹性参数使用P -和s[的渡越时间 三轴压缩试验和声波测试的结果。
应力-应变曲线的15个核心。
可以看出,随着围压的增加,弹性模量增大,泊松比减少,和波速的增加。动态弹性模量和动泊松比计算使用P -和s的渡越时间,如方程式所示。( 适应动态和静态力学参数,确定拟合方程: 基于声波测井数据(P -和横波渡越时间图 Fracability相关参数三个井的研究领域:(一)D7, (b) D8, D701 (c)。
岩石脆性影响水库fracability是一个重要的参数。财大和杜瓦尔( 声波logging-based方法还用于计算连续的脆性指数形成。具体的过程将不会重复。结果如图所示 储集岩的失败行为本质上是一个能量耗散的宏观表现和释放。断裂能量,尤其是postpeak断裂能量,反映了断裂传播的能量消耗和是一个重要的因素在决定是否发生岩石断裂。在这项研究中,王三轴压缩基于测试方法( 拟合曲线的弹性模量和断裂的能量密度。
基于弹性模量的计算结果 原位应力计算是基于日志数据和上面的分析结果,如情商所示。( 不同深度的原位应力如图 水平主应力各向异性特征的水平应力各向异性系数。 水平应力各向异性系数在不同深度图所示 本研究利用岩石破裂准则确定剪切断裂率和拉伸断裂率不同的地层深度和计算的加权和两个获得裂缝发展指数,可以定量描述研究区域的发展程度的自然骨折。
剪切破坏率的方程是情商所示。 拉伸断裂率的方程是情商所示。 裂缝发展指数方程情商所示。 裂缝发展指数在不同深度图所示 水力压裂的目的是产生一个复杂的断裂系统。的过程中产生断裂系统包括骨折的生成和传播。这两个部分确定水力压裂的效果。岩石脆性高更容易断裂。在这项研究中,脆性指数的特点是弹性应变能比总应变能量在岩石破裂(Eq。 天然裂缝力学是一个弱的一部分。一方面,天然裂缝会导致井筒附近压力变化。另一方面,自然骨折可以相互作用诱导骨折影响裂缝延伸。裂缝发展指数主要范围从0.4到0.8,而且大部分的地层略有fracture-developed区。
原位应力各向异性影响骨折的开幕式和传播模式,但目前的研究很少,而不是全面的。
正如上面所讨论的,本研究考虑四个因素当fracability评价模型的建立,包括岩石脆性、断裂韧性、天然裂缝,水平应力各向异性系数。因为水平应力各向异性的影响是不确定的,本研究进行了数值模拟
核心数
围压/ MPa
峰值强度/ MPa
静态泊松比
静态弹性模量/绩点
纵波速度/ m·s<年代up>1年代up>
横波速度/ m·s<年代up>1年代up>
1
0
54.6
0.258
8.26
3632年
1994年
2
10
106.9
0.256
11.74
3735年
2052年
3
10
140.8
0.219
16.28
4122年
2400年
4
20.
136.0
0.185
15.26
3965年
2442年
5
20.
142.9
0.174
14.48
3919年
2427年
6
30.
164.9
0.168
18.90
4180年
2630年
7
30.
172.4
0.188
17.84
4025年
2447年
8
40
173.4
0.203
16.72
4155年
2470年
9
40
179.8
0.205
17.33
4054年
2428年
10
50
194.6
0.217
18.80
4283年
2521年
11
50
186.3
0.216
17.84
4232年
2503年
12
60
206.4
0.188
19.84
4225年
2547年
13
60
210.5
0.198
19.53
4203年
2524年
14
70年
237.3
0.197
22.16
4293年
2604年
15
70年
242.4
0.202
23.53
4322年
2634年
针对问题分析部分 数值模拟使用的内聚单元进行有限元分析软件。储层的力学行为是traction-separation所描述的标准和双线性本构关系,以及模型如图 双线性本构模型。
在图 在postpeak刚度下降阶段,材料的损伤演化过程是情商所示。 有限元模型(<我nl我ne-formula>
有限元模型和网格分区。
结合测井资料和实验分析部分 数值模拟的参数。
注入水在穿孔位置,注射速率为0.001 m<年代up>2年代up>/ s。压裂持续100秒,然后泵关闭为2400秒。
注射压力的分布在不同时间获得的数值模拟,如图 注射压力云图:(一)0.10年代注入期间,(b) 9.70秒在注射,注射期间(50.46 c)年代,100年代(d)在注射,注射停止后(e) 5.13秒,2400年代(f)注射后停止。
在图 注射压力的变化规律,研究了压裂过程中裂缝宽度,如图 注射压力的变化曲线和裂缝宽度。(一)0 ~ 600年代。(b) 0 ~ 20多岁。
在图 在第一阶段,注入压力迅速增加的时候注入。在2.1秒,注入压力达到最大值107.4 MPa时,水库是损坏,裂缝宽度增加迅速。
在第二个阶段,从2.1到8.5秒,注射压力逐渐降低到61.5 MPa。由于注射压力大于断裂传播所需的压力,裂缝宽度增加,但增长率逐渐下降。
在第三阶段,从8.5到100.0秒,注射压力等于断裂传播所需的压力;因此,裂缝发展稳定。
在第四阶段,在100.0秒后停止注射,注射压力下降缓慢,和裂缝宽度是稳定的。在这个时候,有必要选择合适的支撑剂支持骨折。
水平应力各向异性是最直观的因素反映原位应力的特点。在本节中,水平应力各向异性储层压裂的影响和不考虑天然裂缝模拟和分析。
该模型没有考虑天然裂缝是一样的,在3.1。最小水平主应力是50 MPa,最大水平主应力是50 MPa, 60 MPa, 70 MPa,和80 MPa,分别,这意味着水平应力各向异性系数为0,0.2,0.4,和0.6,分别。数值模拟结果在100秒注入如图 在不同地应力条件下注射压力云图。(一)<我nl我ne-formula>
如图 裂缝宽度的变化曲线在不同水平应力各向异性系数。
因此,水平应力各向异性对压裂效果的影响是最小的,当不考虑天然裂缝。
该模型考虑天然裂缝如图 条件1:最大和最小水平主应力是70 MPa和50 MPa,分别,这意味着水平应力各向异性系数是0.4。图 条件2:最大和最小水平主应力都是50 MPa,这意味着水平应力各向异性系数为0。图 有限元模型考虑天然裂缝。
注射压力和裂缝形成条件下1。(一)60.12年代期间注入。在注射(b) 115.60秒。(c)在注射150.00秒。
注射压力和裂缝形成条件下2。(一)60.12年代期间注入。在注射(b) 116.70秒。(c)在注射150.00秒。
总之,当考虑天然裂缝的影响,不同地应力条件下产生更大影响的传播液压骨折。当水平应力各向异性系数大,天然裂缝一点点影响水力裂缝的传播。液压骨折很容易通过天然裂缝继续扩展沿着最大水平主应力的方向。当水平应力各向异性系数很小,液压骨折不会延长沿着最大水平主应力的方向与天然裂缝相交后,但沿着天然裂缝的道路。换句话说,天然裂缝很容易诱发水力裂缝的方向变化,从而形成交错骨折。在实践中,有许多天然裂缝油藏。因此,水平应力各向异性系数越小,越复杂储层水力压裂过程中裂缝网络形式。
参数
价值
参数
价值
孔隙度
10%
磁导率
0.1医学博士
弹性模量
20个绩点
泊松比
0.25
抗拉强度
8 MPa
抗剪强度
20 MPa
垂直应力
60 MPa
孔隙压力
40 MPa
最大水平主应力
70 MPa
最小水平主应力
50 MPa
流体的粘滞性
0.001 pa·年代
过滤系数
这项工作决定了每个影响因素的权重fracability评价的层次分析法(AHP) ( 亟待解决的问题,分为不相交的水平。标准层的因素是相互独立的,服务目标层和限制索引层,如图 层次结构模型。
因为每个参数有不同的维度、价值观和范围,参数标准化。范围变换方法用于规范化脆性指数、断裂能量密度,水平应力各向异性系数、裂缝发展指数。
脆性指数和裂缝发展指数是正指标。值越大,越有利储层压裂。情商所示计算公式。 水平应力各向异性系数和断裂能量密度是负索引。值越大,对储层压裂越不利。情商所示计算公式。 所有的元素,影响最终的目标是分层和层次模型的限制。假设上层的元素的标准,比较规模<我nl我ne-formula>
确定每个两个参数的相对重要性通过建立比较矩阵。根据比较矩阵,建立判断矩阵,每个参数的重量可以解决。然而,这个重量有强烈的主观性的缺点。因此,熵方法是用来修改层次分析法得到的权重( 判断矩阵的fracability指数。
每个参数的重量决定根据判断矩阵,如方程式所示。( 矩阵的最大特征值<我t一个l我c>
一个我t一个l我c>是 脆性指数的权重,断裂能量密度,水平应力各向异性系数、裂缝发展指数是0.42,0.23,0.23,和0.12,分别判断矩阵的最大特征值是4.012。
验证的合理性<我nl我ne-formula>
结果表明,<我nl我ne-formula>
Fracability指数(FI)是用来描述致密砂岩储层的Fracability: 这项工作将fracability致密砂岩储层的划分为三个等级,如表所示 Fracability致密砂岩储层的分类。
脆性指数
断裂能量密度
水平应力各向异性系数
裂缝发展指数
脆性指数
1
2
2
3
断裂能量密度
1/2
1
1
2
水平应力各向异性系数
1/2
1
1
2
裂缝发展指数
1/3
1/2
1/2
1
储层类型
脆性指数
断裂能量密度
水平应力各向异性系数
裂缝发展指数
Fracability指数
Fracability程度
我
0.5 ~ 1
0.7 ~ 1
0.6 ~ 1
0.5 ~ 1
0.569 ~ 1
高
二世
0.3 ~ 0.5
0.5 ~ 0.7
0.4 ~ 0.6
0.3 ~ 0.5
0.369 ~ 0.569
温和的
三世
0 ~ 0.3
0 ~ 0.5
0 ~ 0.4
0 ~ 0.3
0 ~ 0.369
低
D8是作为一个例子,本文建立的模型被用来评估fracability。微地震监测的结果验证了模型的准确性。
fracability指数在不同深度的D8如图 D8 Fracability评价和压裂区优化好。
有效储层是指水库,可以存储和渗出液(碳氢化合物或地层水)和生产石油和天然气工业价值。有效储层的岩石物性封闭的研究区域是由测井解释方法和经验统计方法,如表所示 下限的物理性质研究地区侏罗纪。
在数据 为了验证fracability评价模型的正确性,我们使用微震的监测观察压裂的效果。微地震监测是一种有效的方法来研究液压骨折的特点。微震动微地震事件的发生是由于注入流体进入井眼( D8微震的点的地图。(一)水力压裂的初始阶段。水力压裂完成后(b)。
在图
地层系列
方法
截止孔隙率/ %
截止渗透率/ mD
中粮屯河形成
测井解释方法
4.22
0.14
经验统计方法
4.30
0.14
平均
4.26
0.14
三工
测井解释方法
3.71
0.11
经验统计方法
3.57
0.12
平均
4.64
0.12
fracability评估一个新的系统模型提出了致密砂岩储层的研究。它提供了技术支持致密油和天然气的勘探和开发。
基于三轴压缩试验和声波测试,影响fracability的参数进行了分析。脆性指数范围从0.50到0.83,岩石相对脆弱。大多数断裂能量密度范围从83.5到275.4·n·毫米毫米<年代up>3年代up>,这就需要大量的能源对裂缝延伸。水平应力各向异性系数范围从0.23到0.52,这是容易形成裂缝网络。裂缝发展指数主要范围从0.4到0.8,和最发达地区的地层是轻微骨折
数值模拟被用来分析储层参数的变化在水力压裂和原位应力对裂缝延伸的影响。当水平应力各向异性系数很大,液压骨折很容易通过天然裂缝继续扩展和最大水平主应力的方向。当水平应力各向异性系数很小,天然裂缝容易诱发水力裂缝的方向改变,而复杂的裂缝网络很容易形成的水库
致密砂岩储层的新fracability评价模型建立了基于层次分析法(AHP)。水库fracability特点是fracability指数(FI),分为三个层次。基于模型,5120 - 5330和5350 - 5365的D8是选为压裂区。微震监测结果验证模型的准确性
数据是可用的。
作者宣称没有利益冲突。
本文中描述的研究财务支持由中国国家自然科学基金(41972138)和中国国家大科学基金(zd2019 - 183 - 007和2016 zx05002 - 002)。