裂缝性致密油储层压裂裂缝扩展与支撑机理研究

张大庆

摘要：致密油储层压裂裂缝的形成及变化对开发有着重要的作用，为了更好地明确其特点规律，需要开展相应的实验研究。通过对致密油储层研究现状的介绍，阐述致密油储层及裂缝特征，分析致密油储层裂缝扩展机理以及支撑机理，可使压裂裂缝扩展及支撑机理的研究能够为相关工作提供更多的依据，改善压裂技术的应用效果，提升开发的效率。

关键词：裂缝性致密油储层;压裂裂缝;机理

引言

当前致密油储层中具有微裂缝发育的特征，裂缝可使油气具备更多的储存空间，还可带来良好的运移条件，使油气的产量水平得到提升。由于储层岩石裂缝对水力裂缝延伸具有一定的影响，在存在裂缝的致密油储层压裂过程中，裂缝扩展及支撑的情况比较复杂，为了明确裂缝变化机理，需要对其进行研究，使勘查及开发获得相应的参考，进而为资源的利用提供相应的支持。

1致密油储层研究现状

致密油储层渗透率低，需要在开发过程中使用大型水力压裂改造其渗透率，使产量得到改善，提升采收率，在压裂之后水力压裂的效果及产能都需要根据渗透率来判断。研究人员通过对压裂之后的渗透率进行室内实验，根据相应的理论计算出渗透率结果，还有人利用裂缝扩展模型来预测储层的性质，使压裂作业的进行获得相应的参考依据。当前，裂缝性致密油储层的研究还有待进一步完善，由于压裂之后裂缝的变化对其开发有着重要的影响，需要对裂缝扩展进行研究。

2致密油储层及裂缝特征

致密油储层的分布面积小，厚度比较大，通常大于30m。储层的岩石类型比较复杂，其中包含有砂岩、泥页岩以及白云岩等。储层的非均质性比较强，物性差，孔隙度及渗透率低，通常小于10%。大部分储层为低压或者常压，原油密度及气油比的差异比较大。在不同区域内，致密油储层的岩石脆性及地应力差之间的差異大。同时，储集层埋深相差比较多，大部分埋深超过了3000m。经过对致密油储层裂缝扩展实验情况的分析可知，裂缝扩展的特征包括了三种，第一种为水力单缝，水力裂缝沿着垂直于水平的最下应力的方向延伸，形成的裂缝是单一的;第二种是沿天然裂缝开启，裂缝沿着天然裂缝延伸，无法在岩石上形成水力裂缝;第三种是复杂裂缝，指的是多条水力裂缝，同时开启天然裂缝。通过实验来研究裂缝复杂程度的影响因素，发现岩样中存在高角度天然裂缝的时候，难以直接开启天然裂缝，天然裂缝趋向于低角度缝或者水平缝的时候，容易产生人工裂缝及天然裂缝交错的裂缝。在天然裂缝存在的情况下，压裂裂缝形态容易受到影响。在天然裂缝倾角越低的时候，越容易产生复杂裂缝。

3致密油储层裂缝扩展机理

水力裂缝与天然裂缝交互延伸规律存在三种形式，第一种是沿着天然裂缝张开，水力裂缝张开天然裂缝，沿着天然裂缝延伸，不再形成新的水力裂缝;第二种为穿过天然裂缝，水力裂缝在张开部分天然裂缝的时候，初始交互的位置会形成人工裂缝，并且产生工字形缝;第三种是被天然裂缝阻断，水力裂缝在天然裂缝位置停止延伸，不能张开。在选层的时候，应考虑到裂缝较发育的地层，需要选择地层水平最大主应力与天然裂缝走向存在一定夹角的区域。根据裂缝交互延伸理论分析，水力裂缝在0°-8°逼近角及天然裂缝相交的时候，裂缝易先发生剪切破坏。当超过了8°的时候，天然裂缝可能产生剪切破坏，而超出了60°的时候，应力差大于4MPa，水力裂缝可能直接穿越天然裂缝。应采取有效的技术来对裂缝周围岩石的局部应力进行改善，使地应力差减小，裂缝发育地层，滤失量比较大，提升排量可充分沟通天然裂缝。

根据某地致密油储层特点、岩石力学特点等情况进行分析，使用岩土力学数值模拟软件ABAQUS建立裂缝扩展数值模型，可采用有限元方式以及粘弹性损伤cohesive孔压单元模拟人工主裂缝在压裂液驱动下的扩展情况，并且模拟天然裂缝在人工裂缝影响下的损伤情况。通过对某井的实验，建立模型，计算水平应力比条件下的裂缝扩展形态，可知应力比越小，天然裂缝损伤范围越大，并且对井的不同排量条件下的裂缝扩展形态进行分析，可发现排量越大的时候，天然裂缝损伤范围越大，产生应力反转的范围越大。经过实验发现储层中水力裂缝可产生诱导应力降低地应力差的结论，可运用二次压裂技术来提升水力裂缝的复杂程度，比如二次复杂缝网压裂技术、水平井多簇水力裂缝压裂技术。通过实践应用可知技术的应用效果比较显著，可使压裂的效率得到提升。

4致密油储层支撑机理

致密油储层压裂缝网包括主裂缝、多条分支次裂缝以及微裂缝。主裂缝宽度大，压裂过程中有大量的支撑剂铺置，越靠近井筒的时候，支撑剂铺置越多。支撑裂缝的渗流能力由支撑剂颗粒间的孔隙来提供，支撑剂嵌入到了储层岩石之中，这使支撑裂缝宽度降低，导流能力受影响降低。支撑裂缝在压裂液残渣等影响下，支撑裂缝渗流能力降低，这使导流能力减弱。根据不同的裂缝来采取不同的支撑方式，在远井筒主裂缝中使用30/50目以及40/70目组合陶粒支撑，近井筒主裂缝使用30/50目陶粒支撑。次裂缝使用40/70陶粒支撑。微裂缝使用岩石粗糙面自支撑。其中30/50、40/70目支撑剂导流能力可满足导流需求，可借助支撑剂的合理选择来加强处理效果。应对剪切裂缝的形成产生关注，优化支撑剂的用量，使用主裂缝高浓度支撑、次裂缝低浓度支撑、微裂缝自支撑的三级支撑技术。为了避免对导流能力造成影响，需要选择性能良好的支撑剂，将压裂液体系优化，减少压裂液对支撑裂缝造成的影响。

5结论

致密油储层作为目前开发研究的重点类型，采取的技术效果影响着产量，为了使致密油储层的开发获得有效支持，应对相关技术进行改善。通过对致密油储层压裂裂缝扩展及支撑机理的分析，为开发提供相应的参考依据，选择恰当的技术，可使开发的方式发挥出更好的作用，为资源的开发带来帮助。同时，应对压裂技术进行优化，满足实际的开发需求。

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