层状页岩储层缝网形成规律的数值模拟研究_张潦源

层状页岩储层缝网形成规律的数值模拟研究_张潦源

第43卷第18期2015年9月广州化工

GuangzhouChemicalIndustryVol.43No.18Sep.2015

特稿

层状页岩储层缝网形成规律的数值模拟研究

1212

张潦源，李连崇，李爱山，李志超

*

（1中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，山东东营257000；

2大连理工大学土木工程学院，辽宁大连116024）

摘

要：油气资源的勘探开发是石油化工产业的前提。为了研究水力裂缝在层状页岩储层中的扩展规律，采用基于有限元

的数值模拟方法探索和分析了水力裂缝遇到天然层理时滑移、偏转、分叉最终形成纵横交错的缝网的过程，并探讨了储层地应力差对压裂缝网复杂性的影响，结果显示，储层地应力差越小时模型结果的裂缝复杂性指数越大，利于复杂压裂缝网的形成。结论可望从数值分析的角度为页岩储层的勘探开发及后续化工生产提供进一步的参考。

关键词：页岩储层；天然层理；水力裂缝；数值模拟中图分类号：TU443

文献标志码：A

文章编号：1001－9677（2015）018－0001－04

NumericalInvestigationontheFormationofHydraulicFractureNetwork

inLayeredShaleＲeservoir*

ZHANGLiao－yuan1，LILian－chong2，LIAi－shan1，LIZhi－chao2

（1SINOPECShengliOilField，ShandongDongying257000；2SchoolofCivilandHydraulic

Engineering，DalianUniversityofTechnology，LiaoningDalian116024，China）

Abstract：Petroleumexplorationanddevelopmentisthepreconditionofpetrochemicalengineering.Themechanismofhowhydraulicfracturepropagatesinlayeredshalereservoirwasnumericallyinvestigatedandtheresultvisuallyexhibitedthewholeprocessoffractureslippage，deflection，bifurcationandthefinalformationofafracturenetworkwhilerunningintothenaturalbeddings.Moreover，anotherseriesofnumericalmodelswereperformedtoinvestigatetheinfluenceofreservoirin－situdeviatoricstressonthefracturecomplexity.Conclusionwasdrawnthatalowervalueofreservoirin－situdeviatoricstresscanbringahighervalueoffracturenetworkcomplexityindex，whichdenotedamorecomplexgeometryoffracturenetwork.Itwasexpectedtoprovidefurtherpreferenceforpetroleumexplorationandsubsequentpetrochemicalengineering.

Keywords：shalereservoir；naturalbeddings；hydraulicfracture；numericalsimulation

美国页岩气开发的成功得益于对页岩储层的体积压裂。由于体积压裂中形成了复杂的缝网系统，大大增加了裂缝壁面与储层基质的接触面积，增强了压裂储层的整体渗透性，可实现对页岩储层的三维改造，因而基于水平井分段压裂和大规模滑溜水改造的体积压裂技术成为当前油气田增产的核心技术的代［1］

表。其中，储层的裂缝性发育特征是能够形成有效缝网的基础，天然裂缝发育越好的储层改造体积越大，增产效果越好。页岩储层物性差，渗透率低，常发育有大量的层理，非均匀性和各向异性比砂岩强很多，水力裂缝扩展至层理处可能出现钝化、滑移、分叉等现象，形成的缝网复杂程度远胜过普通储层压裂形成的对称双翼裂缝。

国外对页岩气的勘探开发已有30多年，加之国内学者的不懈努力，水力裂缝与天然层理的相互作用机理和缝网的形成

［2－4］

，同时数值模拟方法的运用和物规律已有初步的理论进展

［5－8］

，MaxwellS理试验的开展进一步促进了该领域的研究工作

*

C针对Barnett页岩等超低渗储层第一次提出可以压裂形成主裂

［9］

缝与分支缝相互搭接的缝网，SHAＲMAA基于有限元流固耦合理论研究了在水力裂缝与天然裂缝不同夹角情况下天然裂缝

［10］

是否会张开以及水力裂缝的延伸路径；程万等给出了三维空

［11］

间中水力裂缝穿透天然裂缝的判别准则；陈勉等通过实验得到天然裂缝系统中压裂形成的裂缝主缝多分支缝和径向网状两

［12］

种扩展形式及各自形成的应力条件；郭天魁等通过真三轴实验研究了地应力差、压裂液粘度、排量等因素对形成的缝网规律的影响，并第一次运用高能CT扫描技术对裂缝进行观［13］

测。诸如此类成果极大丰富了油气田裂缝性储层体积压裂技术的研究和设计。

构造应力作用的复杂性、页岩储层物性的非均匀性及施工条件的不确定性使得实际储层中水力裂缝与天然裂缝的交织作用错综复杂，依托于均匀基质模型建立起来的水力裂缝与天然裂缝作用规律的理论并不能完全有效地应用到实际工程设计

基金项目：中国石油科技创新基金（2013D－5006－0211）；国家自然科学基金（51479024）。第一作者：张潦源（1983－），男，工程师，现从事石油水力压裂方面的研究工作。

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