提高裂缝扩展规模的真三轴物理模拟实验研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hulan2010
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四川盆地南部页岩气勘探开发正向深层页岩气田方向发展,页岩储层非均质性越发明显。对于老井开发实施重复压裂技术对储层实现体积压裂改造并增大产能效益,但常规重复压裂实验水力裂缝一般沿老裂缝开启和延伸并未形成新的复杂裂缝形态,因此向储层裂缝中加入暂堵剂实现缝内转向或联结天然裂缝的暂堵转向压裂技术投入使用,但对其转向能力、可压性、裂缝暂堵转向压裂起裂和裂缝扩展机理等方面的研究都处于探索阶。因此,通过对龙马溪组天然页岩露头开展暂堵转向压裂实验,研究并总结其地层条件、施工参数和暂堵剂浓度对其裂缝几何形态的影响规律。山西太原组煤储层早期沉积,岩性组合为黑色泥岩、砂质泥岩、薄层细砂岩夹煤系之间带有大量割理的裂缝性储层。前人提出水力压裂技术是实现煤层气开采和增产的关键技术,但压裂时滤失严重导致其裂缝扩展极其复杂。据研究者们对其现场和室内试验研究总结其裂缝形态一般包含单翼垂直缝、两翼不对称缝及垂直缝,但仍对施工参数和地层条件等多种影响因素没有完整的评价体系。因此,本文对山西组煤层和砂岩及页岩取回的露头试样进行人为加工成不同组合的煤系产层组,并还原真实的原地应力场开展水力压裂室内物模试验,探究了裂缝延伸和穿层机理。我国中西部碳酸盐岩油气藏具有埋藏深非均质性强等特点,且碳酸盐岩油藏的地层是天然裂缝性的,存在许多缝孔和溶洞,这几类储层条件及施工工艺对酸化压裂裂缝的起裂、扩展路径以及水力裂缝能否与天然弱面之间沟通并形成更为复杂的裂缝网络有一定的影响。本文针对四川南部地区灯四段和栖霞组取回的碳酸盐岩露头进行加工制备成岩样,实施酸化压裂改造室内物理模拟实验,研究分析了储层特性和不同施工参数对其裂缝起裂和扩展延伸形态。(1)页岩暂堵转向压裂裂缝起裂和扩展机理真三轴物理模拟实验研究暂堵剂可有效封堵初始裂缝,憋压促使水力裂缝发生缝内转向或激活原生天然裂缝系统,提高页岩缝网复杂程度;最终水力裂缝形态展现三种基本类型,激活弱面的横切缝,缝内转向裂缝并激活弱面和简单多裂缝;当水平应力差为小于12MPa时,暂堵剂通过封堵近井筒初始张开的原生层理或天然裂缝诱导产生斜角二次裂缝;当应力差高于15MPa时,近井筒天然弱面难以激活,暂堵剂通过封堵垂直井筒的初始横切裂缝,诱发形成平行多横切裂缝;增大注液排量可以提高原生弱面的激活几率,增加裂缝复杂程度;当水平应力差为12MPa至15MPa时,水平应力差对天然裂缝扩展的影响变小,进行暂堵压裂时,能形成复杂的缝网结构。(2)煤系产层组穿层压裂裂缝起裂和扩展机理研究的真三轴物理模拟试验研究煤岩割理等发育的天然弱面水力裂缝的扩展路径有一定影响,压裂液沿割理系统滤失流动降低了穿层几率。较高排量压裂保证了水力裂缝穿透界面,进入煤岩小排量(10ml/min)注入下,遇岩层界面时可沿微裂隙充分滤失、流动,导致主水力裂缝缝内净压力低。产层间界面胶结强度是决定多层压裂可行性的主要因素。(3)碳酸盐岩酸化压裂人工裂缝起裂及扩展规律物模实验当天然裂缝或溶洞不发育时,胶凝酸更为适用,以保证裂缝扩展形态,并尽可能获得更复杂的缝网形态以增大酸化压裂改造体积。地应力差较低时,使用转向酸作为压裂液可获得复杂裂缝网络;天然裂缝或溶洞发育的地层,地应力较高时,使用转向酸可使主裂缝而可沟通较远处的裂缝或溶洞体。
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