En echelon crack-arrays in potash salt rock

Summary There are two types of fracture patterns in the yield pillars of the potash mines of Saskatchewan. The individual members of both patterns are tensile (extension) fractures that propagate parallel with the maximum principal stress trajectory (perpendicular to the minimum principal stress). The difference between the two patterns lies in the arrangement of the member fractures. In theen echelon tensile crack-array, the macroscopic fracture consists of individual tensile cracks that are slightly offset from each other. They have only a small overlap and the child crack seems to form randomly on either side of its parent. Consequently, the en echelon tensile crack-array inherits the axial orientation of its members. In contrast, the tensile cracks of anen echelon shear crack-array, have a larger overlap and their lateral displacement from each other is biased in one direction. Therefore, the crack-array is no longer axial but inclined 20–25 degrees from the maximum principal stress direction. With increasing stress, the shear crack-array often collapses, forming theenvelope orhourglass structures of the potash mines.     

Mode of development of sigmoidal en echelon fractures

The solution of stress distribution for a multicrack system and model experiments confirm that en echelon cracks mutually interact with each other during their growth. Such a mechanical interaction deviates the crack-tip stress axes orientations from that of the bulk stress field and leads to a continuous change in propagation direction of tension cracks, initially at a right angle to the bulk tension direction. The sigmoidal shape of en echelon fractures evolve through rotation and crack length increments with changing orientations. The theoretical analysis shows that the instantaneous fracture-tip stress orientation is a function of initial crack spacing, orientation of crack array with respect to the principal axes of far-field stress.     

褶皱构造的曲率分析及其裂缝估算--以江汉盆地王场褶皱为例

曲面曲率的几何意义可以反映曲面一点邻近区域的具体形态和变形特征,因而可以用来研究褶皱层面的变形特征、构造样式及其可展性.褶皱面裂缝发育主要为一组张裂系,张裂隙走向与最大主曲率的方向垂直.褶皱构造的主曲率在一定程度上可以反映与褶皱有关的张裂隙的发育情况.对于圆柱状褶皱可以估算与褶皱有关的裂缝孔隙度和渗透率.以王场褶皱构造面为例,通过计算二次趋势面的特征值和特征向量得到褶皱构造面主曲率的大小和方向,确定该褶皱为圆柱状褶皱,并对与之相关的裂缝孔隙度和渗透率进行了估算.     

利用地质统计学方法模拟岩石裂隙网络的三维空间分布——以云南个旧高松矿田为例

裂隙在地学的诸多领域中均具有重要意义,其空间分布可以使用地质统计学方法进行模拟,同时考虑裂隙的方向(走向和倾角)。利用序贯高斯模拟方法可以估计裂隙密度的空间分布,并根据裂隙密度数值随机产生裂隙位置的空间分布。裂隙方向被划分成若干(非)均等的方向组,将裂隙方向归属到其所属方向组,表示为由若干二值变量组成的指示形式,0和1分别代表该裂隙方向不属于和属于该组。为了便于计算,减少方向指示变量的成分数目,使用主成分分析法求出方向指示变量的主成分,用普通克里格法估计各主成分的空间分布。把估计结果反演为原始的指示形式,并找出其中数值最大的方向组且将其赋值为1。按照对应方向组内裂隙方向的累积密度函数,随机产生裂隙的方向。根据估计结果,将符合一定距离和角度标准的裂隙元连接为一个裂隙面,从而形成裂隙网络。根据在云南个旧锡矿高松矿田白云岩中进行裂隙网络模拟的应用,可见该方法由于组合了序贯高斯模拟法、普通克里格法和主成分分析法,可以较好地对岩石裂隙位置和方向进行合理的模拟。     

煤内生裂隙的成因

根据多年对煤层裂隙的几何形态、分布规律、性质、与煤层的组合关系等的研究，认为煤内生裂隙是在煤化作用过程中，由于脱水、脱挥发分、煤体积收缩作用产生或者是由于煤化作用生成的水、气体及温度升高，孔隙产生膨胀，形成异常高压产生的；裂隙的发育方向因受区域应力场的控制，区域上具有一致性，且走向与最大主应力方向一致；内生裂隙属于张性裂隙。     

大尺寸真三轴页岩水平井水力压裂物理模拟试验与裂缝延伸规律分析

采用真三轴物理模型试验机、水力压裂伺服系统、声发射定位系统以及压裂液中添加示踪剂等方式,在真三轴条件下对大尺寸页岩水平井进行了水力压裂物理模拟试验,通过裂缝的动态监测和压裂后剖切等分析了裂缝的扩展规律,并对页岩压裂缝网的形成机制进行了初步探讨。结果表明：（1）水力裂缝自割缝处起裂并扩展、压开或贯穿层理面,形成相对较复杂的裂缝形态;（2）裂缝中既有垂直于层理面的新生水力主裂缝,又有沿弱层理面扩展延伸的次级裂缝,形成了纵向和横向裂缝并存的裂缝网络;（3）水力裂缝在延伸过程中会发生转向而逐渐垂直最小主应力;（4）水力裂缝在扩展过程中遇到弱层理面时的止裂、分叉、穿过和转向现象是形成页岩储层复杂裂缝网络的主要原因,而弱结构面的大量存在是形成复杂裂缝的基础。其研究结果可为页岩气藏水平井分段压裂开采等提供有力技术支持。     

华庆地区长63储层裂缝分布模型与裂缝有效性

鄂尔多斯盆地华庆地区上三叠统延长组长6³油层组属于特低渗储层,裂缝发育、分布情况及裂缝的有效性已成为制约油气有效勘探开发的瓶颈之一。以统计法为基础,综合应用岩石破裂法和能量法,以非均质性储层有限元应力场模拟为手段,对华庆地区长6³储层天然裂缝发育程度和分布进行了定量化预测研究,同时结合定向岩心、薄片裂缝定量观测结果,主要依据裂缝方位、间距和密度等特征参数,初步建立了长6³储层天然裂缝分布网络概念模型;该模型描述了储层裂缝发育基本状况,包括天然裂缝密度、裂缝展布形态和不同井区裂缝组合的差异性。同时,根据长6³储层岩心裂缝充填情况与充填概率、裂缝结构面力学性质以及裂缝产状与现今水平主应力走向之间的关系,对储层裂缝系统的有效性进行了初步分析。结果表明,储层中无效裂缝居多,达85.6%,有效裂缝仅为14.4%;但经压裂改造后,NEE-NWW向范围内的天然裂缝系统往往易改造或转变为“有效”“显”裂缝系统,提高了储层渗流能力。     

裂缝性储层裂缝的阵列侧向测井响应数值模拟

为了研究裂缝性储层裂缝的阵列侧向测井响应, 采用裂缝组平板裂缝模型, 利用三维有限元方法, 进行不同裂缝参数条件下的高分辨率阵列侧向测井响应数值模拟.表明阵列侧向视电导率和裂缝孔隙度与裂缝流体电导率成线性关系; 低角度裂缝的阵列侧向深浅视电阻率呈现负差异特征, 高角度缝呈现正差异; 相同裂缝孔隙度下, 裂缝密度增加可使得阵列侧向视电阻率增加, 当裂缝密度足够大时, 测井响应特征基本不随裂缝密度发生变化; 交叉缝的测井响应与具有相同角度的平行裂缝组差异明显, 且不同倾角组合的交叉缝的测井响应之间差异明显.阵列侧向测井对裂缝有较强的敏感性, 根据其测井视电阻率大小可以评价裂缝孔隙度, 根据深浅视电阻率的幅度差异可以研究裂缝的产状, 这些为将阵列侧向测井用于裂缝性储层裂缝评价有指导意义.      

利用FMI资料分析塔河油田南部中—下奥陶统储层构造应力场

钻探结果表明,塔河油田南部地区上奥陶统覆盖区中—下奥陶统碳酸盐岩储层发育与分布明显地受断裂和裂缝控制。裂缝主要为构造开启缝,其次为钻井诱导缝,裂缝走向具有明显方向性,其形成与古构造应力场关系密切。利用大量中—下奥陶统钻井FMI资料进行裂缝识别、成因分类和走向统计分析,认为钻井诱导缝受现今构造应力场控制,构造开启缝主要受古构造应力场控制,裂缝走向与最大主应力方向一致。塔河油田南部地区诱导缝优势走向为北东向,现今最大主应力方向为北东向;构造开启缝优势走向主要有北北东向和北东东向两组,北北东向裂缝中可见充填缝,反映北北东向裂缝形成时间早于北东东向,其分别与加里东中期和海西早期的古构造应力场最大主应力方向相一致。     

页岩储层体积压裂裂缝扩展机制研究

页岩储层天然裂缝、水平层理发育,水力压裂过程中可能形成复杂的体积裂缝。针对页岩储层体积裂缝扩展问题,基于流-固耦合基本方程和损伤力学原理,建立了页岩储层水力压裂体积裂缝扩展的三维有限元模型。将数值模型的模拟结果与页岩储层裂缝扩展室内试验结果进行对比,二者吻合较好,从而证明了数值模型的可靠性。通过一系列数值模拟发现：（1）水力压裂过程中水平层理可能张开,形成水平缝,水平与垂直缝相互交错,形成复杂的体积裂缝网络;（2）水平主应力差增大,体积裂缝的分布长度（水平最大主应力方向压裂裂缝的展布距离）增加、分布宽度（水平最小主应力方向压裂裂缝的展布距离）减小,体积裂缝的长宽比增加;（3）压裂施工排量增大,体积裂缝的分布长度减小、宽度增加,压裂裂缝的长宽比降低;（4）天然裂缝的残余抗张强度增大,体积裂缝分布宽度减小、分布长度增加,体积裂缝的长宽比增加。研究成果可以为国内的页岩气的压裂设计和施工提供一定的参考和借鉴。