力學大會2015集頁巖氣藏水平井體積壓裂縫網(wǎng)形成的條件

張 *（勘探開發(fā)，100083）+（天然氣公司采油采氣，體積壓裂技術的關鍵問題是力學問題，初始地應力場特別是初始兩向水平主應力差值控制縫網(wǎng)建立了頁巖氣藏體積壓裂縫網(wǎng)形成的數(shù)值模型，采用Texas對于采用Texas引本文采用理論分析和數(shù)值模擬相結合的方法，研究了TexasTwo-對于采用Texas (σσ)

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2圖1水力裂縫的產(chǎn)生引起的應力場變化示意2 即σXσY在此處達到最大，如圖2中藍線所示，圖中l(wèi)為X軸上任意一點與裂縫面的距離。2XXY0 無因次距離,圖2裂縫誘導應力及其差值變化層應力各向異性，基于這一原理，2010年，Soliman提出了TexasTexasTwo-Stp種縫產(chǎn)變裂力論力翻轉后的應力場改變應力釋放裂縫的擴縫產(chǎn)生的應力釋放裂縫進一步連通各條主裂縫復雜縫網(wǎng)結構的一種特殊分段壓裂方法9]壓縫對于頁巖時伴隨生成若干應力釋放裂縫這是因為人工主裂縫形成的過縫附近地層的應力場被改變變的地層應力場導致了應力釋放裂縫的產(chǎn)應力釋放裂縫擴展的方向應應生變時力放裂生轉向。壓開第三條裂縫，由于第一條和第二條裂縫之間的地層的應力場兩條裂縫形成的圖3TexasTwo-Step壓裂方法示意圖（壓裂順序：裂縫1->裂縫2->裂縫 m，共模擬5條裂縫的起裂和擴展過程，裂縫間距225m，最外端兩條裂縫距離邊界450m，以消除邊界條件的影響。圖4TexasTwo-Step壓裂方法的有限元數(shù)值模型示意模擬水力裂縫的行為。巖石彈性模量為40GPa，泊松比為0.17。頁巖氣藏滲透率為0.1mD，孔隙度為6%。初始X向有效應力為32MPa，Y向有效應力為37模型中采用Texas4-1-2。壓裂液黏度為0.001Pa?s（清水），注入排量為6布，圖5最大值為34.41MPa，圖6最大值為39.12力沿著圖6的路徑式計算結果，理論計算的X方向應力變化和Y方向應力變化也一同顯示在圖中，通過比較可以發(fā)現(xiàn)，對于X方向和Y方向的應力變化情況，數(shù)值模擬的結果和計算的結果吻合良好，理論和數(shù)值模型的正確性都得到了很好的驗證。圖5第一條裂縫形成時X方向有效應圖6第一條裂縫形成時Y方向有效應XY 無因次距離,圖7數(shù)值模擬結果和計算結果對圖8采用TexasTwo-Step法形成的縫網(wǎng)結構區(qū)域（彩域圖9采用普通分段壓裂形成的縫網(wǎng)結構區(qū)域（彩域圖10地層局部水平最小主應力方向分布 11地層局部水平最大主應力方向分三次應力“”和四次應力“”壓裂方由圖2可以看到，Texas2Step壓裂方法最大的σXσY發(fā)生在距離裂縫面 壓力，但隨距離裂縫面的長度增加，衰減較快，因此TexasTwo-2從圖2可以知道最大的σσ發(fā)生在l 2 構的示意圖。對于圖中的一點（圖中實心圓點處）有三條裂縫最大的σXσY發(fā)生在這里，發(fā)生應形成最里面的裂縫。同理圖13為采用四次應力“”方式產(chǎn)生縫網(wǎng)結構示意圖。圖中有四條裂縫在為 (L1L2) (23) L2設最外層裂縫的長度L1，最內層裂縫的長度L2，從左到右4條裂縫分別記為裂縫1、2、3、4，設第一條裂縫和第二條裂縫之間的距離D1，第二條裂縫和第三條裂縫之間的距離D2，則實現(xiàn)四1(L1L2)

1L22圖12三次應力“”壓裂方法示意 圖13四次應力“”壓裂方法示意MPa，Y方向為水平最大主應力方向，大小為37MPa（初始水平主應力差值FV1為12尺寸發(fā)生了變化，模型高度為550m，裂縫間距為150m，最外面兩條裂縫距離邊界的距離為300m大的情況，采用TexasTwo-Step壓裂方法無法產(chǎn)生縫網(wǎng)結構。圖14壓裂最終時刻地層兩向水平主應力差值分布中最外層裂縫的半縫長為325m，次外層裂縫的半縫長為116m，中間裂縫的半縫長為88基于同樣的原理，圖16為采用四次應力“”壓裂方法形成的縫網(wǎng)結構區(qū)域（彩色圖15采用三次應力“”壓裂方法形成的縫網(wǎng)結構區(qū)域（彩域圖16采用四次應力“”壓裂方法形成的縫網(wǎng)結構區(qū)域（彩域 Step壓裂方法可以產(chǎn)生縫網(wǎng)。且采用TexasTwo-對于采用Texas“”壓裂方法可以產(chǎn)生縫網(wǎng)。Arthur,J.D.,Bohm,B.,Layne,M.Evaluatingimplicationsofhydraulicfracturinginshalegasreservoirs.SPE121038,Akbarnejad-Nesheli,B.,Valko,P.P.andLee,W.J.Relatingfracturenetworkcharacteristicstoshalegasreserveestimation.SPE154841,2012.Warpinski,N.R.,Branagm,P.T.Altered-stressfracturing.SPE17533,Soliman,M.Y.,East,L.andAdams,D.Geomechnicsaspectsofmultiplefracturingofhorizontalandverticalwells.SPE86992,2004.Cheng,Y.ImpactsoftheNumberofPerforationClustersandClusterSpacingonProductionPerformanceofShaleGasWells.SPE138843,Cheng,Y.BoundaryElementysisoftheStressDistributionaroundMultipleFractures:ImplicationsfortheSpacingofPerforationClustersofHydraulicallyFracturedHorizontalWells.SPE125769,2009.Wikel,K.Geomechanics:bridgingthegapfromgeophysicstoengineeringinunconventionalreservoirs.FirstBreak,2011,29:71-81.Wu,R.,Kresse,O.,Weng,X.,etal.Modelingofin ctionofhydraulicfracturesincomplexfracturenetworks.SPE152052,2012.Wu,K.,Olson,J.E.Investigationofcriticalinsituandinjectionfactorsinmulti-fractreatments:guidelinesforcontrollingfracturecomplexity.SPE163821,2013.Stanojcic,M.,Rispler,K.Howtoachieveandcontrolbranchfracturingforunconventionalreservoirs:twonovelmultistage-stimulationprocesses.SPE136566,2010.Roussel,N.P.andSharma,M.M.Optimizingfracturespacingandsequencinginhorizontalwellfracturing.SPE127986,Roussel,N.P.andSharma,M.M.fyingtransienteffectsinaltered-stressrefracturingofverticalwells.SPE119522,2009.Jo,H.andHughes,B.Optimizingfracturespacingtoinducecomplexfracturesinahydraulicallyfracturedhorizontalwellbore.SPE154930,2012.Barree,R.D.,Gilbert,J.V.,Conway,M.W.Stressandrockpropertyprofilingforunconventionalreservoirstimulation.SPE118703,2009.Nagel,N.,Zhang,F.,Sanchez-Nagel,M.,etal.Stressshadowevaluationforcompletiondesigninunconventionalys.SPE167128,2013.16，，，等．用于提高低-特低滲透油氣藏改造效果的縫網(wǎng)壓裂技術．石油學報，2009，30（2）：237-Roussel,N.P.,Sharma,M.M.Strategiestominimizefracspacingandstimulatenaturalfracturesinhorizontalcompletions.SPE146104,2011.Romanson,R.,East,L.andStanojcic,M.Novel,multistagestimulationprocessescanhelpachieveandcontrolbranchfracturingandincreasestimulatedreservoirvolumeforunconventionalreservoirs.SPE142959,2011.Mayerhofer,M.J.,Lolon,E.P.,Warpinski,N.R.,etal.Whatisstimulatedreservoirvolume(SRV)?.SPE119890,Gong,B.,Qin,G.,Douglas,C.,Yuan,S.Y.DetailedmodelingofthecomplexfracturenetworkofshalegasSPE142705,Meyer,B.R.andBazan,L.W.Adiscretefracturenetworkmodelforhydraulicinducedfractures:theory,parametricandcasestudies.SPE140514,2011.Weng,X.,Kresse,O.,Cohen,C.,etal.Modelingofhydraulicfracturenetworkpropagationinanaturallyfracturedformation.SPE140253,2011.Bunger,A.P.,Zhang,X.andJeffrey,R.G.Parameterseffectingthein ctionamongcloselyspacedhydraulicfractures.SPE140426,2011.24，，來軒昂，等．蘇里格氣田致密砂巖氣藏水平井體積壓裂礦場試驗．石油勘探與開發(fā)，2014,41（6）：742-25，，，等．非常規(guī)油氣藏體積改造技術——內涵、優(yōu)化設計與實現(xiàn)．石油勘探與開發(fā)，2012,39（3）：352-Sneddon,I.N.Thedistributionofstressintheneighbourhoodofacrackinanelasticsolid.Proc.R.Soc.London,SeriesA,1946,187:229-260.Sneddon,I.N.andElliott,H.A.TheopeningofaGriffithcrackunderinternalpressure.Quart.Appl.Math,1946,IV,3:262-267.Soliman,M.Y.andAugustine,J.Fracturingdesignaimedatenhancingfracturecomplexity.SPE130043,East,L.,Soliman,M.Y.andAugustine,J.Methodsforenhancingfar-fieldcomplexityinfracturingoperations.SPE133380,2010.ResearchontheMechanicalConditionofFractureNetworksforShaleReservoirVolumeFracturingZhangGuangming1,2,LiuJi1,2,XiongChunming1,2,LiuHe1,2,JinJuan1,2(1ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Pet,Beijing100083,)(2KeyLaboratoryofOil&GasProduction,C,Beijing100083,）Theinitialstressesespeciallythedifferentialstressbetweenthetwohorizontalprincipalstressescontrolthecreationoffracturenetworks.Thesmalldifferentialstressbetweenthetwohorizontalprincipalstresseseasesthedevelopmentoffracturenetworkandviceversa.InordertoverifythecorrectnessofTexasTwo-Stephydraulicfracturingandguidethefieldhydraulictreatment,thenumericalmodelaboutvolumefracturinginshalegasreservoirsisconstructed.Inthemodel,theTexasTwo-Stepfracturingmethodisused.Thesimulationresultsandthetheoreticalcalculationarefitverywell.Theresultsofthesim