水力压裂法地应力测量中的几个问题

回顾了应用水力压裂法测量地应力的基本原理。简要地分析了对水力压裂法地应力测量结果的可靠性影响较大的几个参数。最后,对水力压裂法在深部地应力测量中的应用及其在深钻孔地应力测量方面的发展前景也做了讨论,指出了今后深部地应力测量研究努力的方向。     

用水力压裂法获取煤储层地应力参数

地应力可反映煤储层的应力状况,它是认识和评价煤储层的重要参数之一。从水力压裂法获取煤储层地应力的原理和方法入手,通过对3组典型实测数据的分析,着重探讨了用时间平方根法和双对数曲线法在分析地应力时如何准确识别闭合压力和提高地应力测试精度,对煤层气工作者具有很好的借鉴价值。      

水平井压裂储层应力场分布模拟方法

在研究分析水力压裂对储层岩石力学特性参数影响的基础上,提出一种压力储层应力场分布模拟计算方法。通过建立水平井储层原地应力场模型和水力压裂产生人工裂缝诱导应力场模型,并且利用实际的水力压裂测井参数对储层原地应力场和压裂产生裂缝诱导应力场分布进行了模拟计算。模拟计算结果表明,压裂产生人工裂缝会对储层应力场分布造成很大影响;压裂后储层应力主要在裂缝周围得到积累,并且距离裂缝越远,应力值积累越少;压裂生成裂缝长度也会影响储层应力场分布,裂缝越长,裂缝诱导应力场减小越慢。     

基于FDEM-Flow研究地应力对水力压裂的影响

用提出的FDEM-Flow(考虑流固耦合的离散元-有限元耦合方法)方法作为工具,研究了地应力对水力压裂的影响。通过一个注水圆孔的算例,研究不同地应力状态对压裂裂隙的走向和形态的影响。研究结果表明,起裂压力的大小和压裂裂隙的方位均与地应力有密切关系。在竖向地应力v?保持不变的情况下,且侧压力系数?1时,随着?的增大,起裂压力和失稳压力均减小;?1时且取值较小时,主要产生水平向的裂隙,并有斜向裂隙产生;?1时且取值较大时,裂隙严格按照最大主压应力的方向扩展,不再出现斜向裂隙;?1时,主要产生竖向的裂隙;?=1时,水平地应力和竖向地应力相等,裂隙的扩展不存在优势方向。不同侧压力系数条件下,裂隙的扩展方向与最大主应力的方向一致,水力压裂裂隙的起裂和扩展主要由最大主拉应力控制,裂隙在拉应力集中的区域起裂。这些结果与已有的试验及理论认识是相符的,进一步验证了FDEM-Flow方法用于模拟水力压裂问题的有效性。     

金湖凹陷天96断块阜二段储层裂缝多参数定量预测

基于应变能、表面能理论, 采用格里菲斯岩石破裂准则, 建立了金湖凹陷天96断块造缝期古地应力、现今地应力与裂缝参数之间的关系; 基于构造分析确定了造缝时期古地应力的类型和方向, 用声速法和水力压裂法确定了现今地应力的方向和大小, 将古今地应力场的数值模拟结果导入裂缝参数计算模型中, 模拟计算了天96断块阜二段裂缝的密度、开度、孔渗参数, 并结合古地应力场分析以及岩心裂缝统计数据对裂缝预测结果进行验证; 最后, 综合分析了影响天96断块裂缝发育的因素。      

基于ABAQUS平台的水力裂缝扩展有限元模拟研究

随着扩展有限元理论的深入研究,利用扩展有限元方法模拟水力压裂具有了一定的可操作性。相比于常规有限元方法,XFEM方法具有计算结果精度高和计算量小的优点。但是,如何模拟射孔孔眼、如何模拟流体与岩石相互作用以及分析水力裂缝的扩展规律仍然是难题。以研究水力压裂裂缝扩展规律为目的,建立了岩石多孔介质应力平衡方程、流体渗流连续性方程和边界条件。通过有限元离散化方法对耦合方程矩阵进行处理。通过富集函数定义初始裂缝（射孔孔眼）,选择最大主应力及损伤变量D分别作为裂缝起裂和扩展判定准则,利用水平集方法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果显示：增加射孔方位角、压裂液排量和减小水平地应力差,起裂压力上升;黏度对起裂压力无明显影响。增加射孔方位角、压裂液排量、黏度和减小水平地应力差值有助于裂缝宽度的增加。增加水平地应力差值、压裂液排量和减小射孔方位角以及压裂液黏度有助于裂缝长度增加,反之亦然。基于ABAQUS的水力裂缝扩展有限元法可对不同井型和诸多储层物性参数及压裂施工参数进行分析,且裂缝形态逼真,裂缝面凹凸程度清晰,结果准确。此研究可作为一种简便有效研究水力压裂裂缝扩展规律的方法为油田水力压裂设计与施工提供参考与依据。     

川西洛带构造蓬莱镇组地层现今地应力场特征

本文利用水力压裂资料,测井资料对川西洛带构造蓬莱镇组地层的现今地应力特征进行了研究,确定出单井的地应力剖面及以段的砂岩层地应力分布,讨论地应力场特征。     

层理性页岩力学参数对水力压裂裂缝形态的影响分析

岩石力学性质及地应力等地质力学参数是进行储层压裂改造的基础数据,影响着整个压裂设计的准确性。由于页岩层理发育及矿物组成的复杂性、页岩力学性质的横观各向同性,所以基于传统力学模型获取的压裂参数设计将丧失意义。以横向各向同性模型体现层理发育页岩储层的力学性质,通过简化的横纵弹性模量和泊松比可以较好地表达出页岩的横观各向同性,并总结了横观各向同性地应力解释方法。基于上述理论,应用商业化水力压裂数模软件对四川盆地某层理页岩储层进行了压裂设计,比较了基于横观各向同性模型与传统模型解释力学参数差异,非常规储层动静态力学参数转换,同时通过改变射孔位置研究了起裂点对裂缝形态的影响。研究发现,横观各向同性解释的杨氏模量、地应力要略高于传统方法,同时横观各向同性解释的地层地应力差较小,所以受不同射孔位置的变化对裂缝几何的形态影响要远远高于各向同性模型模拟的结果,特别是缝高变化更为明显。同时数据表明,在高应力区射孔将形成更为狭窄缝宽的水力裂缝,这会严重影响后续支撑剂的进入,以上结论将为提高页岩储层的压裂设计精确性给予重要帮助。     

煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明：水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。     

国际水力压裂与地震关系研究进展及地质工作建议

水力压裂技术是开采致密气、煤层气、页岩油气、干热岩等资源的一项关键技术,随着中国页岩气主产区四川盆地及周缘规模化工业开采活动的不断推进,水力压裂等工作量激增,关于水力压裂是否诱发地震的问题受到各界高度关注。综述了国际水力压裂诱发地震风险的研究进展,梳理了国际上采取的有效风险防控措施,研究表明,水力压裂通过高压注入流体使岩石产生裂缝,不可避免地会导致微震活动发生;水力压裂诱发地震活动机理研究取得进展,为风险防控提供基础;水力压裂对三级以上地震活动影响有限,自然地震较少的地区人为地震活动记录也较少;水力压裂诱发微地震可能有助于释放累积的地应力或能量,降低大震风险;目前国际上水力压裂对地震的影响尚未量化。国际上已实施了应对水力压裂诱发地震风险的工程措施、法律制度、管理措施、技术研发等系列有效防控措施。对中国页岩油气、干热岩等资源开发提出建议：加强断裂构造调查评价,将水力压裂控制在距断层一定距离以内;加强微震监测,开展水力压裂地震危害评估;加强关键科学问题研究;加大公众科普宣传力度。     

蒙古Toson Uul油田地应力和裂缝特征及其合理开发方式浅析

从天然裂缝、地应力及水力压裂等方面简要地论述了蒙古Toson Uul油田地应力分布特征及裂缝发育特征。通过实际资料,详细分析了油田天然裂缝发育程度以及水力压裂裂缝展布规律,提出适合油藏特征的开发方式。研究成果对加深油田储层裂缝认识,指导油田制定合理开发方式以及开发后期调整具有重要意义。     

太原西山区块煤储层地应力分布特征及评价

地应力是影响煤层气开发的关键参数,为了分析太原西山区块煤储层地应力条件,为煤层气勘探开发提供理论依据,采用水力压裂法测量地应力,统计了太原西山区块35口井煤储层地应力资料,获取二叠系山西组2号煤储层地应力与煤层埋深之间的相关关系,阐明了现今地应力分布特征。结果表明,研究区山西组2号煤层破裂压力梯度、闭合压力梯度和煤储层压力梯度的平均值分别为4.77 MPa/hm、2.82 MPa/hm和0.6 MPa/hm;2号煤层最小水平主应力梯度、最大水平主应力梯度和垂直主应力梯度的平均值分别为2.82 MPa/hm、3.24 MPa/hm和2.7 MPa/hm。主应力均随煤层埋深增加呈线性规律增高。根据最小水平主应力的大小,将研究区划分为低应力区、中应力区、高应力区3个区。      

基于PFC2D数值模拟的交替压裂中应力阴影效应研究

为了探究应力阴影效应对交替压裂中压裂间距选取的影响,基于优化后的颗粒流离散元流固耦合计算模型,模拟并分析了双初始水力裂缝下因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,并与理论解析解进行对比,证明了该数值方法的合理性。在此基础上,分析了应力阴影效应在不同各向异性地应力场及初始压裂间距条件下对新水力裂缝的起裂压力及扩展形态的影响,研究结果表明：初始各向异性应力场不改变裂缝周边的应力场,不影响新水力裂缝的起裂压力;随着初始压裂间距的减小,应力阴影效应增强,新水力裂缝的起裂压力逐渐增加。初始水力裂缝间距与初始各向异性应力场共同影响新水力裂缝的扩展形态,随着初始水力裂缝间距或初始水平地应力场差异系数的增大,应力阴影对新水力裂缝的扩展方向的影响逐步减弱;初始水力裂缝对新水力裂缝的扩展有一定的限制作用,在一定程度上不利于形成复杂的裂缝网络。根据以上分析结果,对交替压裂中压裂间距的优化进行了定性的探讨。     

地应力对破裂压力和水力裂缝影响的试验研究

为研究水力压裂时地应力对破裂压力和水力裂缝的影响规律,采用水力压裂试验系统,以相似材料作为研究对象,进行了水力压裂物理模拟试验,并借助煤岩断面三维扫描系统、位移计提取了水力裂缝信息。试验结果表明,随着主应力差的增大,破裂压力逐渐降低,破裂时间也逐渐缩短;随着主应力差的增大,破裂面的表面积逐渐增加,破裂面变得逐渐粗糙;围压相近时水力裂缝易出现转向、分叉,压裂液的动力效应越明显;水力裂缝张开度随着主应力差的增大而逐渐减小。研究结果可为水力压裂试验的进一步研究、裂缝网络系统的建立提供参考。     

科学钻探中的地应力测量

本文详细介绍了在钻孔中利用声波测井和密度测井数据原位确定最小主应力的原理和方法。对于小型水力压裂实验确定地应力,以及利用其结果对测井结果进行刻度,从而获得连续地应力剖面的方法也作了系统讨论。对于预应力场中钻孔周围的应力分布和造成井眼变形的力学原理,以及利用多方位井径测量,声波井壁成像测井和微电阻率扫描成像测井确定主应力方向的方法作了介绍,文中给出ＫＴＢ主孔中应力测量结果的一些实例。     

基于最大周向应变断裂准则定向射孔水力裂缝扩展研究

利用最大周向应变断裂准则,基于裂纹扩展增量法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果表明,上述裂缝扩展方法能有效模拟水力裂缝扩展过程。在此基础上利用该方法分析了定向射孔水力裂缝初始起裂水压、扩展路径和裂缝"偏转角"受射孔长度与倾角、地应力差、泊松比和注水压力的影响。通过预测裂缝初始起裂水压和扩展路径,可以优化选择合适的射孔参数。减小地应力差有助于降低裂缝起裂水压,同时可以使裂缝在扩展过程中沟通更大的有效储层。泊松比在临界荷载条件下对裂缝起裂特性产生显著影响,但是在高水压条件下对裂缝扩展路径无明显影响。敏感性分析表明,射孔倾角是影响压裂效果的关键性因素。对上述多因素的影响分析可以为定向射孔水力压裂设计与施工提供重要的参考依据。     

新集试验区水力压裂裂缝监测技术

通过分析对比目前国内外常用的水力压裂裂缝监测手段,结合新集试验区的水力压裂裂缝监测总结,提出用温度对比测井方法监测缝高,用充电电位梯度法监测裂缝方位和长度,为今后该地区乃至其他地区进行水力压裂提供了可供参考的裂缝监测手段。      

前陆冲断带构造应力场与裂缝发育关系

针对前陆冲断带地层裂缝预测难的现状, 在选择适合于研究区破裂准则的基础上, 确立了造缝时期古地应力和现今地应力与裂缝参数之间的关系; 通过构造特征研究确定了造缝时期古地应力的性质和方向, 用断层和裂缝走向统计法、声速法、水力压裂法和声发射法计算了现今地应力的方向和大小; 将古、今地应力场的数值模拟结果代入到裂缝参数计算模型中, 计算出了乌夏前陆冲断带二叠系火山岩-沉积岩混杂地层裂缝的开度、密度、孔隙度和渗透率, 并分析了分布趋势。研究表明, 构造应力和岩性对裂缝发育起决定性作用, 构造应力差异大的地区容易产生裂缝, 且裂缝各项参数较大; 靠近主断层的构造高部位裂缝发育程度较高; 凝灰质和泥质含量越大, 粒度越细, 裂缝越发育。      

川西洛带构造蓬莱镇气藏水力压裂缝特征分析

根据洛带构造蓬莱镇气藏的地应力场特征 ,采用不稳定试井、压裂资料对人工水力压裂缝的产状及其长度和宽度等进行了分析 ,结果表明 ,气藏的地应力状态为 σx>σz>σy,形成的水力压裂缝为垂直缝 ,其长度在 30 m～ 2 2 0 m之间 ,宽度在 3mm～ 10 mm左右 ,高度则在 2 0 m左右。     

层理特征对油页岩水力压裂裂缝扩展规律影响的数值模拟研究

目前水力压裂是油页岩储层开发的主要技术手段之一,油页岩层理特征的差异对压后裂缝形态起主要影响作用,目前研究大多聚焦在层理发育程度对裂缝扩展的影响,忽略层理厚度本身对水力裂缝扩展的影响。以鄂尔多斯盆地旬邑地区油页岩为研究对象,基于线弹性断裂力学理论,构建应力-损伤-渗流的水力压裂裂缝扩展模型,并采取全局FEM-CZM的数值模拟方法,分析层理厚度、层理间距、地应力场对水力压裂裂缝扩展的影响规律,对比不同影响因素下裂缝的破坏类型、裂缝长度和层理沟通面积。结果表明：(1)层理厚度影响层理面对水力裂缝的拦截能力,在层理厚度较大时,会导致裂缝在层理面上扩展的倾向更强,发生张拉破坏,所对应的裂缝长度和层理沟通面积更大。(2)层理间距影响水力裂缝到达层理面的时间,较小的层理间距水力裂缝会直接穿透层理面,较大的层理间距增加裂缝扩展的阻力,伴随层理间距越大,发生张拉破坏,水力裂缝长度和层理沟通面积越大。(3)地应力场决定水力裂缝扩展方向,垂向地应力差较大时,垂向应力会对层理有压实作用,导致更容易穿透层理面扩展,垂向地应力差较小时,水力裂缝在层理面扩展多发生弯曲、分支情况,所对应裂缝长度和层理沟通面积均增加...