关于天然裂缝油藏在水力压裂期间的体积增长及水力传导率的实例研究

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1、SPE63173关于天然裂缝油藏在水力压裂期间的体积增长及水力传导率的实例研究——以澳大利亚某油藏为例（M.M.Hossain,SPE,M.K.RahmanandS.S.Rahman,SPE,SchoolofPetroleumEngineering,TheUniversityofNewSouthWales）摘要在具有天然裂缝的致密气藏或者具有地热的干热岩石储集层中，传统水力压裂技术（压出两个长翼共面裂缝）有着明显的局限性。本文提出了一个能用于该类油气藏的增产技术三维模型。该模型利用从岩心和测井中获得

2、的数据随机地模拟了实际储层具有代表性的天然裂缝。然后结合简单结构力学和线性弹性断裂力学原理对注入流体压力和初始地应力情况下的裂缝变形进行了分析。最后，利用裂缝变形函数计算了水力传导系数及储层体积增长模式。已运用Hijiori干热岩体油藏真实裂缝资料证实了该模型的适用性。应用过程中发现该模型能够模拟储集层实际天然裂隙发育分布情况。最后，应用该模型的一系列数值分析结果对澳大利亚中部某油藏天然裂缝参数（例如：大小、密度和方向）的敏感性、初始地应力和传导率进了探讨。研究表明，储层体积增长模式主要受裂缝参数和

3、初始地应力的相对大小、方向的影响。储层的应力结构以走向滑动逆断层应力为主且应力偏量较高时，水平增长模式占主导地位，这种增长模式对高效地利用地热能量是非常有利的。本文提供的资料能直接应用于干热岩地热的开发。致密气藏存在的大量天然裂缝是造成常规水力压裂出现复杂情况（如多缝、施工压力高、早期滤失等）的原因。1简介尽管传统水力压裂技术（依靠注入流体的压力来诱发次生裂缝并向地层深处延伸，在形成的裂缝中注入支撑剂以防止裂缝闭合）有很多成功的案例，但是在某些地区也有着失败的经历，尤其是在澳在利亚中部地区。调查研究

4、表明，这些区域的储层地应力偏量较高，即最大、最小水平初始地应力的差值很大，存在原生裂缝等等[1]。此外，传统水力压裂技术在带有地热的干热岩体储层（一种新的能源）中的应用效果不佳，因为这些储层中含有具有天然裂缝的高温花刚岩。有必要进一步深入研究导致传统水力压裂技术在上述储层中失效的原因。与此同时，需要寻求一种基于上述特殊地质情况的替代技术，有效地进行水力压裂造缝设计。本文旨在阐述这种水力裂缝设计和模拟技术的发展、条件、模型以及应用情况。这种替代技术以前有多种叫法，诸如低支撑剂压裂技术、无支撑剂压裂技术

5、、纯水压裂技术等。最近取名为“剪切扩张”压裂技术，源于它的基本工程原理。该技术被公认为是最重要的也是最古老的方法，但是关于它实施时成功或失效的机理还不是很清楚。近期，Mayerhofer等人[2]报道了这一技术在西德克萨斯棉谷砂岩体成功实施的消息。之前，这种技术也被成功应用于澳斯汀白垩统天然裂缝油藏，作业时消耗了大量的液体，没有使用任何固相支撑剂，因而得名“纯水压裂技术”。Mayerhofer等人[2]在缺乏大量科学研究的情况下提出了两个假设来解释这种技术成功的原因。第一个假设是基于天然裂缝的剪切应

6、力和正应力作用而提出的。通过这一假设可知，当缝面受到剪切力作用而偏离了它们的初始位置时就会产生粗糙缝面。此外，当水力裂缝延伸时会使原生裂缝及较弱的断层张开，并导致剪切滑移。这种情况在裂缝根端和周围都可能发生，会引起裂缝偏移或是形成新的水力裂缝分支，在原生裂缝附近形成较高的传导路径，从而改变原始渗透率。本文在一定程度上大致模拟了这种现象。根据第二个假设，传统方法中压裂液返排效率不高。与常规压裂相比，水力压裂能产生一个可支撑的裂缝长度。然而，第二个假设超出了调查研究范围，至少在本次研究中是这样。压裂改造

7、油藏、气藏或是干热岩地热储层的最终目的都是为了提储层渗透率。通常，通过在油、气藏储层中造一条又宽又长的裂缝来达到这一目的，而天然裂缝的存在阻碍了这个过程。相反地，干热岩地热储层中进行水力压裂改造的主要过程却是要形成一个相互连通的裂缝网络系统，并且涉及到的岩石体积要尽可能大，使热量的回收率最大化。事实上，干热岩地热储层中存在的大量天然裂缝有助于形成相互连通的裂缝网络。因此，大量的天然裂缝是造成常规水力压裂失败的主要原因，却是干热岩地热储层水力压裂成功的基本因素。如果将干热岩地热储层改造的成功经验引用到

8、天然裂缝油气藏中，同样可以取得成功。本文提出的这一方法很有潜力，能替代石油和天然气工业人领域中的增产改造技术。水力压裂措施在天然裂缝储层中成功与否，取决于天然裂缝的参数（大小、方位、密度等）及初始应力条件。此外，压裂改造的最终效果取决于天然裂缝对改造压力和初始地应力的整体反应。剪切扩张作用发生之前，是否已有天然裂缝发生了延伸或是改变了初始形状，这是仍亟待解决的问题。此外，还应对裂缝储层的裂缝网络和流体流动方式进行模拟，以评价系统的潜力。因此，需要一种有效的计算方法把上