页岩气水平井水力压裂应力阴影效应 Stress Shadow-RVS201412FT003
页岩水平井压裂裂缝延伸规律探究_以延长油田页岩气气藏为例
页岩水平井压裂裂缝延伸规律探究
——以延长油田页岩气气藏为例
关星
长江大学石油工程学院
摘要：水平井压裂能有效的提高页岩气藏水平井的产量，裂 缝延伸规律研究是水平井压裂技术的关键点之一。提出并研究 应力强度因子，裂缝端部的应力强度因子达到岩石的断裂韧性时 裂缝才开始延伸。以延长油田的现场数据为例，对常用的裂缝延 伸数学模型—二维模型、拟三维模型、三维模型进行对比分析，选 出最佳的延伸模拟模型。
表 3 计算结果比较
二维模型 （PKN）
拟三维模 型
三维模型
FracproPT 计算
裂缝半长/
m
324. 4
153
103
97
上缝高/m
21
58. 3
28. 92
39. 74
下缝高/m
20
52. 2
26. 64
35. 17
最大缝宽/ cm
1. 36
1. 13
0. 566
0. 932
平均缝宽/ cm
1. 208
表 1 油藏数据
层位
油藏参数
数值
有效厚度/m
41
产层
断裂韧性/(MPa·m0. 5)
杨氏模量/MPa 最小主应力/MPa
泊松比
1. 26
24653 29 0. 22
盖层
断裂韧性/(MPa·m0. 5)
杨氏模量/MPa 最小主应力/MPa
泊松比
1. 9
25622 34
0. 251
底层
断裂韧性/(MPa·m0. 5)
结论
1.当地层岩性不同时，裂缝延伸的规律会有很大的不同，塑 性较强的地层，比较容易出现早期脱砂的情况。
页岩气水平井不同压裂模式改造效果分析
页岩气水平井不同压裂模式改造效果分析刘吉【摘要】针对威远地区页岩气水平井的地质条件、压裂工艺、测试数据及生产数据进行分析,模拟压后裂缝形态及改造体积.选取2口水平井,分别采用“低黏滑溜水段塞式加砂”工艺和“低黏滑溜水+交联胶连续加砂”工艺,二者测试产量基本相当,但单井返排率、累计产量及最终可采储量相差较大.采用“低黏滑溜水段塞式加砂”工艺的水平井,压后裂缝形态更为复杂,改造体积更大,压裂效果更佳.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(020)004【总页数】4页(P24-27)【关键词】页岩气压裂;效果评价;改造体积;裂缝形态【作者】刘吉【作者单位】中国石油集团长城钻探工程有限公司地质研究院,辽宁盘锦124000【正文语种】中文【中图分类】TE357页岩气藏储层致密，孔渗条件差，一般通过大规模体积压裂工艺在页岩储层内建立有效的渗流通道，释放产能，从而最终实现高效开发[1]。
目前，国内页岩气藏开发所采用的压裂工艺主要借鉴国外成功开发经验[2]，对于压裂工艺在国内的适应性研究较少。
本次研究综合考虑了页岩气藏的地质与工程因素，在威远地区选择地质条件相近、压裂工艺不同的2口井，通过地质条件、施工参数、测试数据及生产数据等分析，模拟压后裂缝形态及压裂改造体积，以评价不同压裂工艺的改造效果，优选本地区页岩气藏适用工艺。
1 国外页岩气压裂工艺水平井多级分段大规模水力压裂是页岩气成功开发的关键工艺[3-4]。
通过数十年的实践，美国率先实现了页岩气商业开发，并形成了一整套适合页岩气藏开发的压裂工艺技术[5-6]。
1.1 水平井分段压裂技术北美地区页岩气开发常用的水平井分段压裂技术，主要包括桥塞分段压裂、封隔器分段压裂、同步拉链式压裂重复压裂等。
桥塞分段压裂技术主要流程是，先进行电缆泵送“桥塞+射孔”联合作业，再投球封堵已压裂井段，最后实施新井段压裂，重复以上步骤直至压裂完成。
与其他压裂方法相比，桥塞分段压裂技术可大幅提高作业效率。
南川页岩气田压裂水平井井间干扰影响因素及对策研究
油气藏评价与开发PETROLEUM RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT2023年第13卷第3期南川页岩气田压裂水平井井间干扰影响因素及对策研究卢比,胡春锋,马军（中国石化重庆页岩气有限公司，重庆408400）摘要：随着页岩气开发不断深入，水平井实施压裂过程中邻井的干扰现象日益增多，对气田的产量、套管的安全、气井的管柱造成较大影响，有待明确压裂井间干扰的影响因素及降低干扰的治理对策。
采用井下压力监测的方式证实压裂井间干扰的矿场表现，通过生产动态跟踪分析及微地震监测结果基本明确井网井距、压裂改造强度、天然裂缝是影响压裂水平井井间干扰的主要因素。
对降低压裂干扰提出了压裂设计源头优化、采气井现场管理、生产运行调整3种治理对策，在现场应用中获得了较好的效果。
关键词：页岩气；矿场试验；井间干扰；治理对策中图分类号：TE371文献标识码：AInfluencing factors and countermeasures of inter-well interference of fracturinghorizontal wells in Nanchuan shale gas fieldLU Bi,HU Chunfeng,MA Jun（Sinopec Chongqing Shale Gas Co.,Ltd.,Chongqing408400,China）Abstract:With the continuous development of shale gas,the interference of adjacent wells is increasing during the fracturing of horizontal wells,which has a great impact on the production of gas fields,the safety of casings,and the string of gas wells.The influencing factors of the interference between fracturing wells and the countermeasures to reduce the interference need to be clarified.The field performance of fracturing interwell interference is confirmed by downhole pressure monitoring.Through production dynamic tracking analysis and microseismic monitoring results,it is basically clear that well spacing,fracturing transformation intensity,and natural fractures are the main factors affecting the interference between horizontal wells during fracturing.Three governance strategies have been proposed to reduce fracturing interference,including optimization of fracturing design source,on-site management of gas production wells,and production operation adjustment.These measures have achieved good improvement effects in on-site applications.Keywords:shale gas;field test;interwell interference;governance countermeasures南川页岩气田位于渝东南盆缘复杂构造带，生产目的层位为五峰组—龙马溪组页岩，地层压力系数小于1.3，属于常压页岩气。
页岩气压裂水平井生产数据分析方法_王军磊
r fD = ε
～ =－q D0 （ s ） 。
（ 3）
式（ 14 ） 可写为如下形式：
～ cosh 槡 u（ y eD － y D ± y wD ） 2h D x eD m D （ s） = + ～ q D （ s） usinh 槡 uy eD 槡 2x eD ∞ n πx D nπx wD nπx fD cos cos sin coshαn Σ x x x x eD π fD n = 1 eD eD
[
]
～ = sf（ s） m D0 。
（ 1）
气体的解吸扩散特性体现在 f（ s） 函数中， f（ s） = ω + σ（ 1 － ω） ［槡 λ s coth（ 槡 λ s ） － 1］/ λ s。 （ 2） 点源生产条件：
～ m D0 r fD ε→0 + 其中气体拟压力为：
页岩气封闭地层中压裂水平井渗流模型 假设沿裂缝的流量分布均匀， 裂缝半长为 x f ， 利
图1
页岩气体积压裂及压裂水平井简化模型
1． 1
封闭地层中变产量点源渗流模型 在原始条件下， 气体分子以吸附态的形式分布
形成游离气， 在基质中扩散至颗粒外表面， 通过窜流 作用流入裂缝系统， 最终在裂缝中形成以对流为主 的渗流流动。利用瞬时扩散模型求解解吸气体的扩 散作用
［12 ］
在基质颗粒表面， 在裂缝中为游离气。 随着开采的 气体分子逐渐从颗粒表面解吸 进行压力不断降低，
u + k2 π2 / x2 eD sin h 槡
。得到单条裂缝的压 力公式
～ m D （ s） =
lim 2 π r fD
(
)
∫
x wD +x fD x wD －x fD
页岩气水平井压裂效果影响因素分析
页岩气水平井压裂效果影响因素分析摘要：随着经济的快速发展，社会在不断的进步，页岩气勘探开发过程中，应用水平井的钻探，提高薄差储层的页岩气的产能。
基于页岩气的特性，采用水力压裂的方式，才能达到开发的条件。
对影响页岩气水平井压裂效果的因素进行分析，采取必要的应对策略，合理解决页岩气水平井的压裂技术问题，提高页岩气开发的效率。
关键词：页岩气水平井；压裂效果；影响因素；分析引言页岩气的储层具有低孔低渗的特点，采取水力压裂施工技术措施，提高储层的渗透性，达到开采页岩气的条件。
针对页岩气水平井的压裂技术特点，合理解决影响压裂施工效果的因素，提高水力压裂施工的效率，满足页岩气开发的技术要求。
1页岩气概述页岩气是一种典型的非常规天然气，在页岩气藏中，页岩地层既是气源岩也是储层及盖层，它是产自极低渗透率、富有机质的页岩地层中的天然气。
页岩气藏是以富有机质页岩为气源岩、储层或盖层，在页岩地层中不间断供气、连续聚集而形成的一种非常规天然气藏。
页岩气是指在富有机质页岩地层中，主要以吸附、游离状态为主要方式存在并富集的天然气。
它是天然气生成以后直接储存在富有机质的烃源岩层内，具有“原地”成藏的特点。
页岩气主体上以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其他储集空间中，吸附状态（大约50%）存在于干酪根、黏土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态存储于干酪根、沥青质及石油中。
页岩气作为一种重要的非常规天然气资源，其特殊的赋存方式使之不受构造因素控制，因此，有人把它归属为“连续性气藏”。
2页岩气水平井的压裂施工页岩气属于非常规的天然气，储存在致密性的页岩中，开发的难度比较大，采取水力压裂技术措施，达到开采的条件。
针对页岩气水平井的压裂施工，采取最优化的水力压裂技术措施，才能达到预期的压裂效果。
针对页岩气的水平井采取清水压裂与同步压裂相结合的方式，提高水力压裂施工的效率，满足页岩气开发的需要。
清水压裂技术的应用，将减阻水作为压裂液，少量的砂作为支撑剂，应用于天然裂缝比较发育的页岩气井的压裂施工，达到压裂的施工效果，能够满足页岩气水平井压裂的技术要求。
页岩气水平井段内多簇裂缝同步扩展模型建立与应用
页岩气水平井段内多簇裂缝同步扩展模型建立与应用时贤;程远方;常鑫;许洪星;吴百烈;蒋恕【摘要】水平井分段多簇压裂技术是开发页岩气藏的核心技术手段,分析段内多裂缝同步扩展规律和进行段内簇间距优化设计对提升水平井压裂效果具有重要意义.基于多层压裂流量动态分配思想,考虑缝间应力干扰、射孔和摩阻压降损耗、滤失等影响建立多簇裂缝同步扩展数学模型,利用改进Picard法进行方程组求解并开展敏感性分析.研究结果表明,簇间距对多簇裂缝扩展的影响最为明显,当簇间距达到缝高高度时,缝间力学干扰则几乎可以忽略;簇间距越近,则整个缝簇系统受到应力干扰影响越为明显,而加大压裂液黏度则可以明显改变缝宽,一定程度上抵消应力干扰影响;地层滤失系数增加则会显著降低改造体积范围,射孔密度对缝簇扩展影响较小.提出的段内多裂缝扩展数值模型简化了数学建模步骤,综合考虑了影响裂缝扩展的岩石力学和工程因素,且计算速度快,精度可靠,可为水平井段内簇间距压裂优化设计工作提供技术支持.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P247-252)【关键词】页岩气;分段压裂;应力干扰;缝簇优化;流量分配【作者】时贤;程远方;常鑫;许洪星;吴百烈;蒋恕【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司;中国海洋石油总公司研究总院;美国犹他大学能源与地球科学研究院【正文语种】中文【中图分类】TE377页岩气储层具有低孔、低渗等特征，通过水平井分段多簇压裂技术进行储层压裂改造是目前开发此类气藏的核心技术［1-2］。
美国六大页岩气藏水平井分段多簇压裂产能统计数据发现，压裂段内约有30%以上的压裂缝簇没有工业气流，即使在具有高产气量的压裂段内也存在6%～22%左右的无效缝簇［3］。
微地震等裂缝监测数据表明，簇间距设置不当引起的应力干扰会引起裂缝扩展受限甚至闭合，是造成压裂效果低下的根本原因。
页岩气藏水力压裂效果影响因素及评价
1931 水力压裂技术概况多级压裂是指通过限流和封堵球对对储层进行分段，然后逐级进行压裂的技术。
其能根据储层不同的含气特点对不同储层进行分段压裂，方法主要为连续油管压裂[1]。
该技术是水力压裂的重要技术之一，在美国页岩气的开发实践中，大多数都采用多级压裂和水平井二者相结合的技术，只有少部分井采用直井压裂的技术，从产量上来看，水平井多级压裂后的产量为直井压裂产量的7-10倍，而且，从长期来看，采用多级压裂技术更能提高页岩气单井产量。
多级压裂的主要特点表现为分段和多段压裂。
对于水平井段很长的井，多级压裂可以显著提高产量，并且可以根据目的层的不同含气情况优化压裂层位。
多级压裂技术不仅在国外，更是在国内涪陵区块获得了广泛应用。
清水压裂是指通过将减阻剂、支撑剂等许多不同类型的添加剂与大量清水混合后压入地层产生具渗流能力的裂缝，从而使储层获得工业气流的压裂措施。
岩层被压开后，支撑剂对岩层起到支撑作用，从而使裂缝保持张开状态，从而达到压裂作业的效果。
有实验表明通过在清水中添加支撑剂能明显改善不加添加剂的效果。
同时，清水压裂队页岩气层的伤害相比凝胶压裂液更小，这也更有利于后续的排采作业，从而通过更低的压裂成本来获得更高产量。
除了上述技术外，水力压裂的关键技术还包括水力喷射压裂、重复压裂技术以及同步压裂技术。
2 水力压裂效果影响因素影响水力压裂效果的因素有很多，包括储层特征因素、压裂材料及压裂工艺等。
下文将主要介绍储层特征因素[2]。
储层自身的特征主要包括粘土含量或脆性矿物含量、孔隙度和渗透率、有机质（TOC）含量、杨氏模量及泊松比以及天然裂缝的发育情况[3]。
脆性矿物含量，石英、方解石等脆性矿物含量越高，压裂时更容易产生诱导缝形成复杂的网状裂缝。
一般页岩孔渗较低时，压裂对储层的改造效果越好，也更容易改善页岩气的流动性，不过孔渗越低，游离气含量越低，压裂改造更多的是释放吸附在有机质和粘土矿物表面和孔隙中的吸附气。
页岩气藏体积压裂水平井产能模拟研究进展
页岩气藏体积压裂水平井产能模拟研究进展周祥;张士诚;马新仿;张烨【摘要】页岩气储层孔喉细小,渗透率极低,一般无自然产能,需借助水平井和体积压裂技术才能实现经济开发.国内外关于页岩气的研究多集中于地质评估和开发工艺,而适用于页岩气体积压裂水平井产能的理论研究相对较少.页岩气产能研究的关键在于多尺度渗流机制的准确描述和复杂裂缝网络的精细表征.通过广泛调研和分析,探讨了页岩储层多尺度渗流机制;总结了页岩气藏多裂缝水平井试井模型,阐述了不同模型关于流态划分、储层和裂缝参数评估的应用;系统介绍了页岩气数值模拟方法,包括常规数值模拟方法、离散裂缝网络模型方法及有限元方法,认为后两者是未来页岩气产能数值模拟的发展趋势.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2015(036)005【总页数】8页(P612-619)【关键词】页岩气;体积压裂;水平井;产能【作者】周祥;张士诚;马新仿;张烨【作者单位】中国石油大学石油工程学院,北京102249;中国石油大学石油工程学院,北京102249;中国石油大学石油工程学院,北京102249;中国石油大学石油工程学院,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE375页岩气为产自极低孔隙度和渗透率、以富有机质页岩为主的储集岩系中的天然气[1-2]。
由于页岩气储层物性差，需要借助大型水力压裂技术制造复杂裂缝系统，才能实现工业化生产，因此，页岩气藏又被称作“人造气藏”[3]。
美国是全球页岩气开发最成功的国家，30多年大规模商业化开采积累了大量的现场经验，引领了该领域的技术革新；中国自2005年开展了规模性的前期探索，并借鉴北美经验，努力寻求页岩气产业的快速发展。
纵观国内外页岩气的发展历程，人们为成功开发这一潜在的巨大资源开展了大量的研究工作，主要集中在以下方面：储层的孔喉结构、岩石脆性及矿物成分、储层地化特征（有机质含量、热成熟度等）、气体存储及运移机制、压裂工艺技术、复杂裂缝扩展和压后产能预测。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
应力阴影
应力阴影 Stress Shadow 1. Sneddon （1946）最早研究了裂 缝附近的应力分布 2. 应力场的变化，主要是最小水平应 力Shmin的增大，被称为应力阴影效 应（stress shadow effect）或简 称为应力阴影（stress shadow）
Copyright © . All Rights Reserved.
水力压裂和应力阴影
Damjanac, B., I. Gil, M. Pierce, M. Sanchez-Nagel, A. Van As, and J. McLennan, 2010, “A New Approach to Hydraulic Fracturing Modeling in Naturally Fractured Reservoirs", Paper ARMA 10-400 presented at ARMA 44th U.S. Rock Mechanics/5th US-Canadian Rock Mechanics Symposium, Salt Lake City, UT, USA, June 27-30. A worldwide survey on fracturing pressures by the Delft Fracturing Consortium (Papanastasiou, 1997), indicated that net pressures encountered in the field commonly are 50% to 100% higher than their corresponding values predicted by conventional fracturing simulators. The implementation of hydraulic fracturing operations in naturally fractured rocks has not been accompanied by modeling techniques tailored specifically for this kind of formations. In most cases, such models undergo a period of “calibration”, in order to reproduce the results obtained in the field.
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
Fisher, 2004
应力阴影效应影响距离约为缝高的1.5倍 利用微震或测斜仪裂缝监测等方法研究也已经有10年。
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
Fisher, 2004
《微地震监测优化Barnett Shale水平井完井》 基于Barnett Shale 11口井微地震监测分析，结论： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 射孔簇位置与裂缝位置关系不大。 在一个压裂段内，一或两个射孔簇优于三或更多（应力阴影效应）。 水力裂缝与天然裂缝明显相互作用。 对于水平井，更大液体量并不必然增加裂缝网络长度和产量。 水力裂缝大多地遏制在Barnett下段和上段。 实时微震监测导致数个施工匆忙改变。 最初180天水平井产量比直井高2至3倍。 固井完井比未固井完井更不确定。 未固井完井似乎比固井完井更具统计上的产量优势在试验区。
Cheng, 2009
应力场的改变形成“屏障”（barrier to fracture propagation）， 阻止裂缝延伸
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
研究历程
2011
Nagel 数值模拟+微震监测
2004
Fisher 微震监测揭示应力阴影效应
1989
Warpinski “改变应力压裂 Altered-stress Fracturing”
1946
Sneddon 裂缝附近应力场分布
应力阴影效应已经被讨论了 15 年，利用微震或测斜仪裂缝监测等方法研 究也已经有10年； 过去重点为长期生产/注水作业，当前焦点是水平井完井和压裂设计优化
2004 2009 2010 2011 2012 2013
注：共统计25篇英文论文
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
Warpinski, 1989
Warpinski, Norman R., et al: “Altered-Stress Fracturing”. SPE paper 17533, JPT, September 1989, pp 990-997.
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
/forum.php?mod=viewthread&tid=1136&extra=page%3D1
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
MicroSeismic Inc., 2014
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
大连理工大学 李宏 教授， 岩石力学
应力阴影 Stress Shadow
Fracman 2014.12.05
DOC. NO.: RVS201412FT003 A Rock Vision Solutions Service
本文档及对应视频下载地址： /forum.php?mod=viewthread&tid=1172
Cheng, 2009
横缝 Transverse
纵缝 Longitudinal
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
Cheng, 2009
3平行裂缝在缝间距为100ft时的最小水平应力变化
中国压裂网
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
近10年Stress Shadow 论文
关于 Stress Shadow 的论文数量统计
9 8
Nagel
7
6 5 4 3 2 1 0
Fisher
Cheng
论文数量
2. 关于应力阴影的学术报告
第二届页岩气国际学术研讨会， 北京， 2014.12.05-07 中国石油大学 陈勉 教授 《中国川渝地区页岩气开发中的几个岩石力学问题》 观点一： 井壁稳定性：页岩地层不连续，微裂缝+层理：针对强水敏页岩地层井壁失 稳机理与对策提出了：“井壁围岩裂缝萌生、发展、贯穿解体模型”新概念 观点二： 压裂地质力学 （1）地应力精细描述 DRA-Kaiser （2） 脆性评价：脆性与弹性没关系，有 关系也是经验性的，不能用声波测井去测量，举个例子：巧克力在太阳底下 比较软，放冰箱时就比较脆，但成份没有变化 （3）声发射实验 （4）水力 裂缝与天然裂缝的关系：能不能穿透 终止或沿裂缝延伸 （5）应力阴影：研 究透应力阴影问题，可能在压裂施工中不是按照设计的第1、2、3、4段的 顺序压裂，而是现场调整为1、3、2、4的顺序压裂取得更好的结果。
论文内容：
主要研究缝高 小型压裂测试 mini-frac 有限元法 Finite-element calc. 没出现 stress shadow字样 但提出 altered-stress concept 该研究可防止压到上覆水层
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
Sneddon, 1946
分析（Sneddon和Elliot, 1946）和数值（Roussel, 2011）应力分布
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
通道压裂增产效果比滑溜水压裂和复合压裂更好。
复合压裂增产效果好于滑溜水压裂。
当使用通道压裂技术的时候，所用支撑剂的影响提高了。 更高的支撑剂浓度（最大支撑剂浓度）和更高的平均支撑剂浓度（总的 支撑剂体积除以总的总的泵送压裂液体积）都能提高井的产量。 射孔簇之间的间距太近对增产效果有阻碍作用，特别是在滑溜水压裂中。
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
大纲 Outline
背景 Background
Frac-China
原理及历史 Theory & History
研究方法 Methods 压裂应用 Applications 论坛相关资料下载
背景 Background
知
无知
更大的无知
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
Halliburton, 2013
中国压裂网
Copyright © . All Rights Reserved.
Fisher, 2004
应力阴影影响水平井横缝生长示意图
1. 如果射孔簇过密，应力阴影效应会使水力裂缝在压裂段的跟部和趾部发育 2. 应力阴影效应使裂缝延伸方向偏移，产生与主缝正交的次要裂缝，开成复 杂裂缝网络