CN105909226B - 一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，针对砂泥互层发育的致密储层，首先开展储层纵向应力特征研究，明确影响裂缝扩展的具体储层地应力因素，然后研究循环应力压裂对缝网扩展的影响，优化具体的循环泵注参数。本发明通过研究储层纵向应力分布，及应力循环岩石破裂实验研究，发现对于砂泥互层发育的致密储层，通过循环泵注压裂，可以产生复杂的岩石剪切破坏，使得缝网复杂程度异常复杂，并能够在纵向上突破多个砂泥应力遮挡层，使得纵向上多个薄互油层都能够得到充分改造，并在横向上形成更加复杂的缝网系统。与前期混合水体积压裂技术相比，有利于大幅提高单井产量。
Description
技术领域
本发明属于致密油储层改造技术领域，具体涉及一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法。
背景技术
致密油藏储层致密、孔喉细微、油层非均质性强、天然裂缝发育，油层渗流特征复杂。前期采用体积压裂理念及其优化方法，其思路是综合应用井下微地震进行水平井体积压裂裂缝评价、体积压裂模拟研究等技术，在储层中形成人工裂缝与天然裂缝相互交错的网络系统。
但随着致密油品质的进一步降低，油层纵向上砂泥互层发育，层内泥质、钙质隔夹层较发育，单段油层较薄，纵向特征更加复杂化，各段油层充分动用难度大，采用前期的体积压裂技术增产幅度有限。
发明内容
本发明的目的是针对纵向上砂泥互层发育的致密储层，通过研究储层纵向应力分布、裂缝起裂特征及其主控因素，形成了一种通过应力循环压裂提高缝网复杂程度的新方法。
为此，本发明提供了一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，针对砂泥互层发育的致密储层，所述方法至少包括以下步骤：
（1）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂缝网特征综合评价方法，确定影响裂缝扩展的具体储层主控因素；
（2）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂关键参数优化方法，得到具体的循环应力泵注参数。
所述（1）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂缝网特征综合评价方法，至少包括：步骤1）天然裂缝特征评价；步骤2）岩石破裂特征评价；步骤3）应力场及其变化评价；步骤4）现场裂缝测试评价。
所述步骤1）天然裂缝特征评价：
通过野外露头观察、岩心描述、成像测井解释手段对储层天然裂缝特征进行评价，并综合天然裂缝产状特征及岩石力学特征，结论是砂泥互层发育的致密储层通过循环应力压裂，能够开启更多的天然裂缝，形成复杂的人工裂缝与天然裂缝的网络系统；
步骤2）岩石破裂特征评价：
通过对岩石破裂特征进行评价，结论是通过循环应力压裂，岩石破碎程度比体积压裂要强烈的多，并在储层中形成了大量的劈裂和剪切缝，在砂泥互层发育的致密储层中形成了能够动用各段油层的复杂缝网系统；
步骤3）应力场及其变化评价：
通过对储层纵向岩石应力剖面特征进行评价，结论是储层纵向上由于砂泥互层发育，纵向应力差异大，通过循环应力压裂产生的净压力的脉冲变化，能够动用更多的油层段，并形成大量的错断、滑移、剪切破坏，使得裂缝复杂程度更强；
步骤4）现场裂缝测试评价：
通过井下微地震实时监测，评价缝网特征，结论是砂泥互层发育的致密储层通过循环应力压裂，可在横向上形成更加复杂的缝网系统，纵向上各段油层得到了充分改造。
所述（2）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂关键参数优化方法，是通过物理模拟试验，研究不同循环应力压裂条件对缝网扩展特征的影响，优化形成适于具体储层特征的循环泵注压力、循环次数参数；所述方法至少包括：步骤1）对在物理模拟实验设定的储层水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差条件的优选；步骤2）循环应力优化；步骤3）循环次数优化。
所述物理模拟试验的试验装置能够进行三向应力加载、模拟水力压裂过程及多种水平最大主应力与水平最小主应力差条件。
所述步骤1）水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差的优选：通过在物理模拟试验时，加载不同的水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差，并开展对比试验，剖开观察不同应力差条件下试件形成的缝网复杂程度，得出具体储层形成缝网复杂程度最大的应力差条件。
所述步骤2）循环应力优化：通过不同循环应力条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，找出缝网复杂程度最大的循环应力试验条件，得到适于具体储层对象的循环应力。
理论模型为岩石力学理论：
式中：Pnet：岩石本体破裂临界净压力，MPa；
σH：水平最大主应力，MPa；
σh：水平最小主应力，MPa；
Kf：天然裂缝面的摩擦系数；
τo：天然裂缝面的黏聚力。
所述步骤3）循环次数优化：通过开展不同循环次数条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，找出缝网复杂程度最大的循环次数，得到适于具体储层对象的循环次数。
所述物理模拟试验还包括直线应力泵注压裂与循环应力泵注压裂形成的缝网特征对比。
本发明的有益效果是：本发明提供的这种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，通过研究储层纵向应力分布，及应力循环岩石破裂实验研究，发现对于砂泥互层发育的致密储层，通过循环泵注压裂，可以产生复杂的岩石剪切破坏，使得缝网复杂程度异常复杂，并能够在纵向上突破多个砂泥应力遮挡层，使得纵向上多个薄互油层都能够得到充分改造，并在横向上形成更加复杂的缝网系统。与前期混合水体积压裂技术相比，有利于大幅提高单井产量。
下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是岩石本体破裂形成分支缝示意图；
图3是现场压裂施工曲线。
具体实施方式
实施例1：
本实施例针对采用体积压裂技术对砂泥互层发育的致密储层增产幅度有限的问题，提供了一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法针对砂泥互层发育的致密储层，所述方法至少包括以下步骤：
（1）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂缝网特征综合评价方法，确定影响裂缝扩展的具体储层主控因素；
（2）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂关键参数优化方法，得到具体的循环应力泵注参数。
通过本实施例提供的方法，明确影响具体储层裂缝扩展、及提高缝网复杂程度的主控因素，研究不同循环泵注条件对缝网扩展特征的影响，优化形成适于具体储层特征的循环泵注压力、循环次数等关键技术参数。研究结果表明该类砂泥互层发育的致密储层压裂时，通过循环应力压裂，将开启更多的天然裂缝，并形成更加复杂的人工裂缝与天然裂缝的网络系统。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，所述（1）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂缝网特征综合评价方法，至少包括：步骤1）天然裂缝特征评价；步骤2）岩石破裂特征评价；步骤3）应力场及其变化评价；步骤4）现场裂缝测试评价。
步骤1）天然裂缝特征评价：
通过野外露头观察、岩心描述、成像测井解释手段对储层天然裂缝特征进行评价，并综合天然裂缝产状特征及岩石力学特征，结论是砂泥互层发育的致密储层通过循环应力压裂，能够开启更多的天然裂缝，形成复杂的人工裂缝与天然裂缝的网络系统；
步骤2）岩石破裂特征评价：
通过对岩石破裂特征进行评价，结论是通过循环应力压裂，岩石破碎程度比体积压裂要强烈的多，并在储层中形成了大量的劈裂和剪切缝，在砂泥互层发育的致密储层中形成了能够动用各段油层的复杂缝网系统；
步骤3）应力场及其变化评价：
通过对储层纵向岩石应力剖面特征进行评价，结论是储层纵向上由于砂泥互层发育，纵向应力差异大，通过循环应力压裂产生的净压力的脉冲变化，能够动用更多的油层段，并形成大量的错断、滑移、剪切破坏，使得裂缝复杂程度更强；
步骤4）现场裂缝测试评价：
通过井下微地震实时监测，评价缝网特征，结论是砂泥互层发育的致密储层通过循环应力压裂，可在横向上形成更加复杂的缝网系统，纵向上各段油层得到了充分改造。
（2）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂关键参数优化方法，是通过物理模拟试验，研究不同循环应力压裂条件对缝网扩展特征的影响，优化形成适于具体储层特征的循环泵注压力、循环次数参数；所述方法至少包括：步骤1）对在物理模拟实验设定的储层水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差条件的优选；步骤2）循环应力优化；步骤3）循环次数优化。
物理模拟试验的试验装置能够进行三向应力加载、模拟水力压裂过程及多种水平最大主应力与水平最小主应力差条件。
水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差的优选：通过在物理模拟试验时，加载不同的水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差，并开展对比试验，剖开观察不同应力差条件下试件形成的缝网复杂程度，得出具体储层形成缝网复杂程度最大的应力差条件。
步骤2）循环应力优化：通过不同循环应力条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，找出缝网复杂程度最大的循环应力试验条件，得到适于具体储层对象的循环应力。
理论模型为岩石力学理论：
式中：Pnet：岩石本体破裂临界净压力，MPa；
σH：水平最大主应力，MPa；
σh：水平最小主应力，MPa；
Kf：天然裂缝面的摩擦系数；
τo：天然裂缝面的黏聚力。
步骤3）循环次数优化：通过开展不同循环次数条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，找出缝网复杂程度最大的循环次数，得到适于具体储层对象的循环次数。
根据岩石力学理论，如果要使裂缝壁面发生剪切滑移，并形成与天然裂缝相交错的裂缝系统，岩石本体破裂临界净压力Pnet为水平两向应力差、裂缝夹角与裂缝面作用力的函数：岩石本体破裂形成分支缝示意图见图2。
针对具体的砂泥互层发育的致密储层（以下简称研究区），通过物理模拟实验，研究不同循环泵注条件对缝网扩展特征的影响，优化形成适于具体储层特征的循环泵注压力、循环次数等关键技术参数。
（1）研究区试验表明，水平最大主应力与水平最小主应力差小于等于3兆帕时，相比直线应力泵注压裂，循环应力压裂形成更加复杂的缝网系统。而当水平最大主应力与水平最小主应力差大于5兆帕时，形成的复杂分支缝的效果开始变得不稳定。由此明确了研究区应力循环泵注适应的储层水平两向应力差条件为小于5兆帕。需要指出的是不同的储层特征，研究结果不同。
（2）通过开展不同循环应力条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，找出缝网复杂程度最大的循环应力试验条件，寻找出适于具体储层对象的循环应力。为现场压裂设计提供依据。
研究区循环应力为破裂压裂的0.73倍时，形成的缝网复杂程度最大，并具有较好的试验效果重复稳定性。循环应力过大时，容易仅形成几条大的裂缝通道，复杂程度较弱，不利于改造体积的增大；循环应力过小时，不能形成剪切破坏，也难以沟通天然裂缝，形成缝网难度大。需要指出的是不同的储层特征，研究结果不同。
（3）通过开展不同循环次数条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，寻找出缝网复杂程度最大的循环次数。研究区循环次数为5-8次时，形成的缝网复杂程度达到最大，并具有较好的试验效果重复稳定性。循环次数过少时，沟通的天然裂缝、形成的剪切破坏量程度不够大，循环次数过多时，缝网复杂程度、形成的剪切破坏程度增大已不明显。需要指出的是不同的储层特征，研究结果与认识不同。
实施例3：
在实施例2的基础上，所述物理模拟试验还包括直线应力泵注压裂与循环应力泵注压裂形成的缝网特征对比。
通过物理模拟试验，针对具体的储层岩样，开展直线应力泵注压裂与循环应力压裂形成的缝网特征对比分析。对比分析在不同的应力差条件下，直线应力泵注与循环应力泵注产生的缝网特征。通过该项实验，可寻找出对于具体的储层，适于循环泵注产生复杂缝网的具体应力条件，因为不是任何应力条件下，循环泵注都比直线泵注更容易产生复杂缝网。
实施例4：
现场应用实例：将本发明提供的方法应用于鄂尔多斯盆地砂泥互层发育的致密储层现场试验32口井，试油产量相比常规体积压裂优化技术提高了3-5倍，效果显著。
H125井实施效果：
储层特征:砂体厚度：32米，渗透率0.01-0.2毫达西，孔隙度7.2%，小油层数8个，层内泥质夹层11个。
方案设计要点：液量800方，砂量85方，排量0-8方/分钟循环泵注，循环次数5次。
压后效果：现场压裂施工顺利，实现了5个循环泵注，净压力循环增幅达3-5兆帕，压后施工曲线分析显示，与常规压裂相比，缝网复杂程度明显增大。图3为现场压裂施工曲线。
以上各实施例没有详细叙述的方法、物理模拟实验属本行业的公知常识，这里不一一叙述。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，其特征在于：针对砂泥互层发育的致密储层，所述方法至少包括以下步骤：
（1）建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂缝网特征综合评价方法，确定影响裂缝扩展的具体储层主控因素；
所述建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂缝网特征综合评价方法，至少包括：步骤1）天然裂缝特征评价：通过野外露头观察、岩心描述、成像测井解释手段对储层天然裂缝特征进行评价，并综合天然裂缝产状特征及岩石力学特征，结论是砂泥互层发育的致密储层通过循环应力压裂，能够开启更多的天然裂缝，形成复杂的人工裂缝与天然裂缝的网络系统；
步骤2）岩石破裂特征评价：通过对岩石破裂特征进行评价，结论是通过循环应力压裂，岩石破碎程度比体积压裂要强烈的多，并在储层中形成了大量的劈裂和剪切缝，在砂泥互层发育的致密储层中形成了能够动用各段油层的复杂缝网系统；
步骤3）应力场及其变化评价：通过对储层纵向岩石应力剖面特征进行评价，结论是储层纵向上由于砂泥互层发育，纵向应力差异大，能够动用更多的油层段，并形成大量的错断、滑移、剪切破坏，使得裂缝复杂程度更强；
步骤4）现场裂缝测试评价：通过井下微地震实时监测，评价缝网特征，结论是砂泥互层发育的致密储层通过循环应力压裂，可在横向上形成更加复杂的缝网系统，纵向上各段油层得到了充分改造；
（2）通过物理模拟试验，研究不同循环应力压裂条件对缝网扩展特征的影响，优化形成适于具体储层特征的循环泵注压力、循环次数参数，建立砂泥互层发育的致密储层循环应力压裂关键参数优化方法，得到具体的循环应力泵注参数；所述方法至少包括：步骤1）对在物理模拟实验设定的储层水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差条件的优选；步骤2）循环应力优化；步骤3）循环次数优化。
2.根据权利要求1所述的一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，其特征在于，所述物理模拟试验的试验装置能够进行三向应力加载、模拟水力压裂过程及多种水平最大主应力与水平最小主应力差条件。
3.根据权利要求1所述的一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，其特征在于，所述步骤1）水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差的优选：通过在物理模拟试验时，加载不同的水平最大主应力与水平最小主应力两向应力差，并开展对比试验，剖开观察不同应力差条件下试件形成的缝网复杂程度，得出具体储层形成缝网复杂程度最大的应力差条件。
4.根据权利要求1所述的一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，其特征在于，所述步骤2）循环应力优化：通过不同循环应力条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，找出缝网复杂程度最大的循环应力试验条件，得到适于具体储层对象的循环应力；
理论模型为岩石力学理论：
式中：Pnet：岩石本体破裂临界净压力，MPa；
σH：水平最大主应力，MPa；
σh：水平最小主应力，MPa；
Kf：天然裂缝面的摩擦系数；
τo：天然裂缝面的黏聚力。
5.根据权利要求1所述的一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，其特征在于，所述步骤3）循环次数优化：通过开展不同循环次数条件下的缝网特征对比试验，剖开观察试件破碎程度，找出缝网复杂程度最大的循环次数，得到适于具体储层对象的循环次数。
6.根据权利要求1所述的一种通过循环应力压裂提高缝网复杂程度的方法，其特征在于：所述物理模拟试验还包括直线应力泵注压裂与循环应力泵注压裂形成的缝网特征对比。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |