地应力分析解释技术在水力压裂中的应用

地应力分析解释技术在水力压裂中的应用 地应力定义为作用于地下岩层上的局部载荷。作用于地层上的地应力可分解为三个主压应力，一个垂向应力和两个水平应力。两个水平应力通常是不相等的。 垂向应力是由地层上面的覆盖层的重量引起的。水平应力是由岩石中孔隙弹性变形加上外部构造应力作用的结果。影响地应力大小的参数包括上覆岩层重量、孔隙流体压力、岩石孔隙 度、岩石结果异常（即天 然裂缝 )、岩石参数 (如泊 松比 )以及构造活动等。 地应力分析解释技术在水力压裂中的应用 前言： Q 堪 探 压 裂 在油层压裂改造中，地应力状态、地层岩石的力学性质决定着水力裂缝的形态、方位、高度和宽度，影响着压裂的增产效果。地应力剖面对射孔井段、隔层、遮挡层的选择，孔眼方位，施 工规模和施工工艺的确定，具 有重要指导意义。 因此，加强地应力剖面的研 究和应用，是进一步提高勘探 开发压裂工艺成功率、措施效 果、效益和技术水平的基础。 地应力分析解释技术在水力压裂中的应用 前言： Q 地应力与水力裂缝形态及方位 探 压 裂 一、地应力、岩石力学性质剖面理论及软件 D 地应力理论 室内岩心实验的方法和现场测试方法能够获取这些参数，但成本都非常高。而测井资料在某些方面可以反映岩石的物理性质，利用岩石测井资料，应用弹性动力学理论和岩石的强度理论可以了解油层压裂改造相关的岩石力学参数、地层孔隙流体压力以及地层破裂压力随地层深度的变化特征， 地应力 、 岩石力学性质剖面理论 尤其随着声波测井和地应力测试技术的日趋成熟，这方面的工作取得了长足的进展，因此应用基于测井资料的计算方法不但比实测方法经济，而且可以得到垂向上的连续剖面，并且精度可以满足压裂工程的需要。 堪 探 压 裂 以弹性理论为基础，结合地层测井资料，建立了常规测井模型、特殊测井模型、校正模型，并开发出一套适合于压裂改造所需的地应力的剖面解释软件。 综合柱状地应力剖面 应力、岩石力学性质剖面理论及软件 开始 输入计算参数 定义输出参数并赋零值输入测井数据 有横波？ 无 有 输入 输入纵波、横波、选择计算方法 利用值 利用泥质含量计算 经验公式计算横波 Q、 用横波 使计算结果合理 停机 特殊测井模型 常规测井模型 编程流程 一口井从射孔井段、隔层、遮挡层的选择、合理压裂工艺的确定、应用全三维压裂模拟软件进行压裂工程参数优化到现场施工的指导，地应力剖面都发挥了积极的作用。 综合地应力剖面分析系统 提供多个与压裂相关的参数 应力、岩石力学性质剖面理论及软件 地应力分层是以同一应力条件作为划层标准。 有可能跨越地质分层。 同一地质层内，地应力数值发生突变，应划分为几个不同的地应力层。 二、 地应力分析解释技术的现场应用 应用之一：确定射孔方案 S 应用实例 1 根据柱状应力剖面、结合储层的岩性特征和油气显示，确定射孔井段和相应的施工工艺。 针对大庆深层 巨厚 火山岩储层的压裂改造，在岩性分层无法实现的情况下，采用应力分层方法，提高巨厚储层的 改造动用程度和 评价质量 。 应 用 压 裂 用实例 1 射 开 射开 高应力区 2号层厚度 层高角、网状、垂直缝极其发育，常规的射孔方案就是在储层中部一次射孔压裂，而利用特殊测井模型建立的地应力剖面分析发现，储层中上部有一个高应力区可作为遮挡层，因此在优化射孔方案时，确定分两段射孔压裂。从压前压后测试结果反映，两个射孔井段并不连通，这与应力剖面分析结果相一致。 压后日产气64369方 压后日产气138907方 肇深 10井 92号层柱状应力剖面 (特殊测井模型 ) 二、 地应力分析解释技术的现场应用 应 用 压 裂 0井 为 例 ： 堪 探 压 裂 裂工程参数优化 二、 地应力分析解释技术的现场应用 S 应用实例 2 在实际压裂施工中 ， 裂缝高度的延伸是动态变化的 ，在不同的施工压力条件下 ， 裂缝高度的延伸状况主要受压裂层段上最小主应力的分布情况控制 。 苏 132井应力剖面及 因而 ， 建立最小主应力剖面 ， 采用全三维压裂软件模拟裂缝高度的形态 ， 对于防止裂缝穿透上下隔层 ， 破坏层系开采 ， 提高裂缝的有效支撑率是非常必要的 。 堪 探 压 裂 地应力分析解释技术的现场应用 S 应用实例 2 苏 132井 提高了设计的科学性和针对性 应用之二：压裂工程参数优化 应用 最终确定规模为陶粒18 支撑裂缝长度为 200m， 建议铺砂浓度大于 优化后平均铺砂浓度 流能力 该井压前产油 压后产油 达到压裂改造目的 。 在支撑裂缝中 ， 支撑剂所承受的压力与最小主应力之间有如下的关系： h 式中 撑剂所承受的压力 底流动压力 h：最小水平主应力 实际上 ， 在裂缝中不同位置处 ， 支撑剂所承受的压力是不一样的 ， 上式只是一个平均的概念 。 可以看出 ，在井底流压一定时 ， 最小主应力越大 ， 支撑剂所承受的压力也越大 ， 对支撑剂强度及导流能力等的要求也越高 。 堪 探 压 裂 用实例 3 应用之三：优选支撑剂 二、 地应力分析解释技术的现场应用 S 应用实例 3 以徐深 1井 234井温 170 )为例 ， 由于仪器受温度限制影响了声波数据的采集 ， 测井公司所提供的目的层闭合应力为 57而我们利用常规测井模型解释目的层闭合压力为 超出了初期选用的 69 为此 ， 重新筛选确定了抗压强度 86 现场实际施工与分析解释情况相一致 。 堪 探 压 裂 选支撑剂 二、 地应力分析解释技术的现场应用 海 拉 尔 探 区 地应力分析解释技术的现场应用 应用之四：指导现场施工 S 应用实例 4 以海拉尔开发区块为例，压裂施工初期存在着砂堵井的情况，对这类井地应力分析发现，一部分井地应力差异小，压裂目的层与遮挡储层间的应力差值只有 2这类井占压裂井数的 70%。 S 应用实例 4 对不成功原因进行分析诊断 。从净压力拟合曲线中可以看出，由于施工中裂缝高度延伸过快，裂缝内的净压力减小，缝宽急剧变窄，造成“桥堵” ，因此施工过程中维持裂缝内的净压力是措施关键。 海 拉 尔 探 区 地应力分析解释技术的现场应用 应用之四：指导现场施工 不成功井压裂施工过程净 压 力 拟 合 曲 线 S 应用实例 4 海 拉 尔 探 区 地应力分析解释技术的现场应用 应用之四：指导现场施工 以低排量泵注前置液，目的是造长缝、控制裂缝高度，加砂过程中结合压裂施工曲线的压力情况，随砂比增加逐渐提高施工排量，维持裂缝内的净压力，同时由于支撑剂的遮挡可以减缓缝高的延伸。 采取的措施 S 应用实例 4 海 拉 尔 探 区 地应力分析解释技术的现场应用 应用之四：指导现场施工 按上述的方法设计实施压裂一次成功，加入支撑剂 45压后日产油 这套技术措施的应用， 以苏 31井为例 苏 31 井井 层压裂施工曲线时间 ( m3/m g/m 3 28 56 84 11 14 0021 0035 排量 砂比 S 应用实例 5 海 拉 尔 探 区 地应力分析解释技术的现场应用 应用之五：判断工艺是否成功 以大杨树地区的杨参 1井为例 ， 39号层应力差异大 ，最小主应力平均 3840号层最小主应力为34均质条件相对较好 ,由于两层测试窜槽 ， 确定采用多裂缝压裂工艺施工 。 现场实际施工，小型压裂解释的井底闭合压力为 40号层计算应力值接近 (34 因而判断 40号层先压开，随后的带压井温测试结果也表明 40号层进液显示明显。 S 应用实例 5 海 拉 尔 探 区 地应力分析解释技术的现场应用 应用之五：判断工艺是否成功 杨参 1井主裂施工曲线 39、 40号层 时间 (m3/g/ 300 600 900 1200 1500 加砂结束后 ， 替挤 经返洗放通后 ， 再次泵注时地面压力明显高于砂堵前加砂压力 （ 高出约 4， 与应力剖面解释的 39号层的计算应力值接近 ， 分析砂堵时地面最高压力达到 61 39号层已经被压开 ， 现场决定不再投入暂堵剂 ， 直接施工 ，从压后井温曲线表明多裂缝工艺成功 。 三、结论与认识 1、 目前形成的综合柱状应力剖面分析软件 ， 不但能够利用特殊测井资料 （ 有纵波 、 横波 ） 解释地应力剖面 ， 提供压裂工程参数 ， 在没有横波的条件下 ， 利用常规测井资料也能够实现地应力的分析 ，使每口井压裂设计都能够利用单井自身的应力剖面 ，为压裂设计及压后分析提供参数 ， 增强了压裂设计的科学性和针对性 。 综 合 柱 状 应 力 剖 面 堪 探 压 裂 论与认识 三、结论与认识 J 结论与认识 本低、可信度高等特点，可以加大推广应用力度。 得模型的理论基础是可靠的。计算结果的校正模型使得计算结果和实测结果误差最小，可以提供更为准确的