肯基亚克盐下油田水力破裂缝成因及分布预测
EBANO油田Ksf 和Kan 层裂缝特征及连通性分析
4 m 的泥质灰岩与单层厚度小于 1 m 的灰质泥岩互层是形成裂缝的有利条件，Ksf 和 Kan 层裂缝连通性可以分为 3
种类型。研究成果为油田不同类型裂缝开发方式提供了指导，2013—2014 年钻井成功率由 92% 提高到 97%，2020
年新井单井初期日产量提高到原计划初期日产量的 167%，实施效果良好。
关键词：构造缝；发育规律；岩性组合；连通性；墨西哥 EBANO 油田
中图分类号：TE122.2+3
文献标识码：A
Study on fracture connectivity between Ksf and Kan layers in EBANO Oilfield
WANG Xixian
（SINOPEC International Petroleum Service Mexico，Beijing City，100728，China）
裂缝-孔隙型灰岩油藏由于具有孔缝双重介 术和方法，促进了碳酸盐岩油藏开发水平的不断提 质 ，储 层 非 均 质 性 强 ，裂 缝 预 测 成 为 研 究 难 题 之 高。墨西哥 EBANO 油田为浅层裂缝-孔隙型稠油 一［1-6］。中外学者对裂缝识别与预测［7-9］及裂缝的发 灰岩油藏，开发目的层为 Ksf 和 Kan 层。1911 年投 育规律 进 ［10-13］ 行了大量研究，已形成较为成熟的技 入开发，初期采用直井开发 Ksf 层，高峰期日产油量
第 28 卷 第 2 期 2021 年 3 月
油气地质与采收率 Petroleum Geology and Recovery Efficiency
Vol.28, No.2 Mar.2021
文章编号：1009-9603（2021）02-0135-08
第1章-水力压裂
作用: Ø传递压力； Ø起裂和延伸裂缝； Ø携砂。
前置液
起缝、延伸裂缝、冷却
按
作
携砂液
延伸裂缝、悬砂
用
分
顶替液
顶替砂浆
对压裂液的要求: Ø与地层配伍； Ø有效悬浮和输送支撑剂； Ø滤失少； Ø摩阻低； Ø低残渣； Ø易返排； Ø热稳定性； Ø抗剪切稳定性。
一、压裂液类型
各种压裂液所占的比例
增能气 体, 25%
第一章 水力压裂
内容提要
Ø水力压裂造缝机理 Ø压裂液 Ø支撑剂 Ø水力压裂延伸模拟 Ø支撑剂输送 Ø水力压裂评价与设计 Ø压裂工艺技术
压裂:
hydraulic
分类: fracturing
水力压裂:利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力 的排量将高粘压裂泵入井内而在井底产生高压，当 压力克服井壁附近地应力并达到岩石抗张强度时， 就在地层产生裂缝。继续泵注带有支撑剂的压裂液， 使裂缝继续延伸并在其中充填支撑剂。停泵后，由 于支撑剂对裂缝的支撑作用，在地层中形成足够长 的、有一定导流能力的填砂裂缝，从而实现油气井 增产和水井增注。
' w
0.5m A
修正：
cw
cw'
p f pa
1 2
用途:静态滤失系数 用于筛选评价压裂液
用途:动态滤 失系数为压裂 设计提供参数
2.受压裂液粘度控制的滤失系数
假设条件: Ø侵入符合达西定律； Ø活塞驱动
压裂液的实际滤失速度：
va
dL0.058Kp
dt
f L
积分求L，回代达西定律
12
v0.05K 8 f Lp0.17K ftp
牛顿型：
圆管稠度系数：
Kp
储层地质学裂缝
第五章储层裂缝裂缝是油气储层特别是裂缝性储层的重要储集空间，更是良好的渗流通道。
世界上许多大型、特大型油气田的储集层即为裂缝性储层。
作为一种特殊的孔隙类型，裂缝的分布及其孔渗特征具有其独有的复杂性，它不象正常孔隙那样通过沉积相、成岩作用及岩心分析能够较为容易地预测和评价。
由于裂缝的存在对油气储层的勘探和开发会导致很大的影响，因而对油气储层中裂缝的研究就显得十分重要。
本章主要介绍裂缝系统的成因、裂缝的基本参数、孔渗性以及裂缝的探测和预测方法。
第一节裂缝的成因类型及分布规律所谓裂缝，是指岩石发生破裂作用而形成的不连续面。
显然，裂缝是岩石受力而发生破裂作用的结果。
本节分别从力学和地质方面简要介绍裂缝的成因分类及分布规律。
一、裂缝的力学成因类型在地质条件下，岩石处于上覆地层压力、构造应力、围岩压力及流体(孔隙)压力等作用力构成的复杂应力状态中。
在三维空间中，应力状态可用三个相互正交的法向变量(即主应力)来表示，以分量σ1、σ2、和σ3别代表最大主应力、中间主应力和最小主应力(图5-1)。
在实验室破裂试验中，可以观察到与三个主应力方向密切相关的三种裂缝类型，即剪裂缝、张裂缝(包括扩张裂缝和拉张裂缝)及张剪缝。
岩石中所有裂缝必然与这些基本类型中的一类相符合。
图5-1 实验室破裂实验中三个主应力方向及潜在破裂面的示意图图中A示扩张裂缝，B、C表示剪裂缝1.剪裂缝剪裂缝是由剪切应力作用形成的。
剪裂缝方向与最大主应力(σ1)方向以某一锐角相交(一般为30°)，而与最小主应力方向(σ3)以某一钝角相交。
在任何的实验室破裂实验中，都可以发育两个方向的剪切应力(两者一般相交60°)，它们分别位于最大主应力两侧并以锐角相交(图5-1)。
当剪切应力超过某一临界值时，便产生了剪切破裂，形成剪裂缝。
根据库伦破裂准则，临界剪应力与材料本身的粘结强度(τo)及作用于该剪切平面的正应力(σn)和材料的内摩擦系数(μ)有关，即，τ临界＝τo＋μσn剪裂缝的破裂面与σ1－σ2面呈锐角相交，裂缝两侧岩层的位移方向与破裂面平行，而且裂缝面上具有“擦痕”等特征。
基于机械比能在肯基亚克油田钻井参数的优选
69肯基亚克盐下油田石炭系碳酸盐岩储层是主力开发层，下二叠统属于海陆过度沉积，主要为含石英砂钙质胶结塑性泥板岩，岩性致密，研磨性强，加之高密度钻井液的压持效应，导致在常规钻井方式下的机械钻速过低，因此开展基于机械比能和地层岩石力学特性比值的钻进效率评价和参数优选方法，有利于提高机械钻速并减少井下阻卡，达到高效、经济钻井的目标。
1 区域钻井地质概况肯基亚克盐下油田目前钻井普遍存在周期长，平均机械钻速慢，是制约盐下油田高效开发的主要瓶颈，针对水平井井型，下二叠统地层岩性以硬石膏、粉砂岩和砾岩组成，硬脆性地层，可钻性级值4~8，采用常规钻井方式的机械钻速0.4~0.8m/h，因井下低效事件频发，钻具振动，钻井参数缺乏科学有效选择。
2 地层岩石强度特性2.1 地层岩石力学地层岩石力学特性建模通过利用弹性力学原理和测井资料预测岩石的可钻性、硬度、抗剪强度和塑性系数等指标，以量化岩石破碎难易程度。
岩石的物理力学性质限制了这些量的变化。
根据钻进分析、测试分析、钻进工具类型、钻进参数等变化，利用这些预测指标建立的钻井岩石力学特性模型可以优选出合适的分层钻头类型[1]。
此外，该模型还可用于钻井参数优选、钻头使用效果评价，实现科学高效的钻进，对现场作业具有实用性和指导意义。
2.2 地层岩石力学建模根据已钻井部分井段测井资料得出地层岩石力学特性参数（见表1）建模，为钻头合理选型提供依据。
表1 地层岩石力学参数地层抗压强度/MPa抗剪强度/MPa硬度/MPa 岩石可钻性级值P 1tg 80~12040~901200~20006~8P 1a 40~12020~80600~20004~8P 1s 40~8020~40600~13003~6P 1as 40~5020~50600~15004~6C120~20040~1601000~24004~9盐下下二叠统是海陆过度沉积，其中主要岩性为致密泥板岩、硬石膏和砂岩。
在二叠纪的孔谷阶P 1tg地层，岩石的研磨性很强，抗压强度在80~120MPa之间，抗剪强度小于90MPa，硬度在基于机械比能在肯基亚克油田钻井参数的优选颜斌 李贤思 马炳奇 张茂林 陈涛 中国石油西部钻探工程有限公司 工程技术研究院 新疆 克拉玛依 834000摘要：肯基亚克盐下油田位于西哈萨克斯坦滨里海盆地东缘肯基亚克构造带上，下二叠统、石炭系油藏为裂缝-孔隙型双重介质储层，裂缝发育分布不均。
水力压裂造缝机理
⽔⼒压裂造缝机理2．地应⼒场确定地应⼒场确定包括地应⼒⼤⼩和⽅向。
主要⼿段主要有：1) ⽔⼒压裂法微型压裂(mini-frac)压⼒曲线计算应⼒场。
2)实验室分析⽅法应⽤定向取⼼技术保证取出岩⼼样品的主应⼒⽅位与其在地层中主应⼒⽅位⼀致。
岩⼼从地下三向压应⼒状态改变到地⾯⾃由应⼒状态，根据岩⼼各⽅向的变形确定主应⼒⽅位和数值。
(1) 滞弹性应变恢复（ASR）基于岩⼼与其承压岩体发⽣机械分离后所产⽣的应⼒松弛，按各个⽅向测量应变并确定主应变轴。
并假定主⽅向与原位应⼒主轴相同，按已知的弹性常数和上覆岩层载荷情况间接计算应⼒值。
(2) 微差应变分析（DSCA）从井底取出的岩⼼由于应⼒释放和应变恢复会发⽣膨胀，产⽣或重新张开微裂缝。
基于应变松弛作为“应⼒史”痕迹的思想，应变松弛形成的微裂缝密度和分布与岩⼼已经出现的应⼒下降成正⽐。
通过描述微裂隙分布椭球，即可揭⽰以前的应⼒状态。
根据和这些微裂缝相关的应变推断主应⼒⽅向，并从应变发⽣的最⼤⽅向估算出最⼩主应⼒值。
3) 测井解释⽅法利⽤测井（主要是密度测井、⾃然伽玛测井、井径测井和声波时差测井以及中⼦测井、⾃然电位测井等）资料，⾸先基于纵横波速度与岩⽯弹性参数之间的关系解释岩⽯⼒学参数，再结合地应⼒计算模式获得连续的地应⼒剖⾯。
4) 有限元模拟根据若⼲个测点地应⼒资料，借助于有限元数值分析⽅法，通过反演得到构造应⼒场。
强烈取决于根据研究⼯区所建⽴的地质模型、数学⼒学模型和边界条件。
此外，测定地应⼒⽅向的常⽤⽅法还有声波测定、井壁崩落法、地⾯电位法、井下微地震法和⽔动⼒学试井等⽅法。
3．⼈⼯裂缝⽅位在天然裂缝不发育的地层，压裂裂缝形态取决于其三向应⼒状态。
根据最⼩主应⼒原理，⽔⼒压裂裂缝总是产⽣于强度最弱、阻⼒最⼩的⽅向，即岩⽯破裂⾯垂直于最⼩主应⼒⽅向。
当s z最⼩时，形成⽔平裂缝（horizontal fracture）；当s y最⼩时，形成垂直裂缝(vertical fracture)。
异常高压碳酸岩油藏水力破裂缝成因
异常高压碳酸岩油藏水力破裂缝成因李南;程林松;廉培庆;程佳【期刊名称】《世界地质》【年(卷),期】2011(030)001【摘要】The paper analyzed the potential formation reasons of hydraulic fractures based on the formation mechanism and conditions of fractures. Taken an abnormal high pressure reservoir as example, the formation condition of hydraulic fractures are confirmed through theoretical research and analysis to tectonic evolution history. The core photos showed there are existed fractures in this oil field which could be classified into three types: re-open fracture, extend fracture and new fracture. All those fractures could greatly improve the seepage ability of reservoir and form high-yield reservoir.%从水力破裂缝形成机理和条件入手,分析水力破裂缝形成的潜在原因.以某异常高压油田为例,通过对构造演化史进行研究,确定了该油田具有水力破裂缝形成的条件.对岩心照片观察结果表明,该油田存在水力破裂缝,其形成方式主要分为:重新开启缝、后期延伸缝及新形成缝;这三类裂缝主要分布在渗透率较低的隔夹层,形成的水力破裂缝可大大改善储层渗流能力,形成高产储层.【总页数】4页(P56-59)【作者】李南;程林松;廉培庆;程佳【作者单位】中国石油大学石油工程学院,北京,102200;中国石油大学石油工程学院,北京,102200;中国石油大学石油工程学院,北京,102200;中国石油大学石油工程学院,北京,102200【正文语种】中文【中图分类】P618.130【相关文献】1.异常高压碳酸盐岩油藏应力敏感实验评价--以滨里海盆地肯基亚克裂缝-孔隙型低渗透碳酸盐岩油藏为例 [J], 赵伦;陈烨菲;宁正福;范子菲;吴学林;刘丽芳;陈希2.碳酸岩储层水力裂缝方向预测仿真研究 [J], 周祥;张士诚;潘林华3.异常高压变形介质油藏的开发动态特征研究--以尕斯库勒油田E3油藏为例 [J], 付国民;李荣西;李永军4.白云鄂博碳酸岩型REE-Nb-Fe矿床--一个罕见的中元古代破火山机构成岩成矿实例 [J], 郝梓国;王希斌;李震;肖国望;张台荣5.岩石类型分类在碳酸岩油藏动态模型中的应用 [J], 徐文斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟
– 这个临界值成为抗拉强度, 这是岩石特征属性
• 剪切破坏
– 当剪应力沿着某个面且足够大，会引起剪切 破坏
– 最终，在缺省区域中沿着破坏面，这个面的 两边将会在摩擦过程中相对移动
剪应力
注入压裂液(孔隙压力增大)
有效正应力 有效应力= 总应力 – 孔隙压力
多级人工裂缝
使用 BB 模型
添加 BB 模型
*HYDROFRAC IJK 1:31 3 3:20 02 1:31 9 3:20 02 1:31 15 3:20 02 1:31 21 3:20 02 *MAGNIFYDJ 1E3 *DISPLACTOL 5.E-02
有限元 （地质力学网格）
连续法 保持连续
离散法 可以分离
裂缝渗透率
BB模拟计算
裂缝宽度计算
裂缝宽度
×
√
裂缝长度
×
√
裂缝高度
×
√
应力及有限元概念
有效应力
• 有效应力是指总应力引起的岩石本身所承受应力，有效应力等于总应力减去
有效孔隙压力
’
p
’
p
孔隙压力、有效应力和总应力
σ = σ’ + αP
• σ是指总应力 • σ’是指有效应力 • α是指Biot系数用于描述流固耦
两个模型的地质力学裂缝宽度对比– Layer 15
未使用 BB 模型
使用 BB 模型
单一裂缝
两个模型的渗透率I与裂缝渗透率I区域对比
未使用 BB 模型
使用 BB 模型
单一裂缝
两个模型的地质力学网格裂缝间距比对– Layer 15
L
L+a
水力压裂
现场测试方法
利用长源距声波测井（LSDS）取得纵波速度和 利用长源距声波测井（LSDS） 横波速度，利用密度测井求得岩石密度， 横波速度，利用密度测井求得岩石密度，可获 得岩石力学参数的动态值。 得岩石力学参数的动态值。
E d = ρ bυ s2
2 3υ p − 4υ s2 2 υ p − υ s2
地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 ①地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 MPa／m 时， 多为水平裂缝； 多为水平裂缝； 如果破裂压力梯度大于0.023 ②如果破裂压力梯度大于0.023 MPa／ m 时，多为垂 直裂缝。 直裂缝。
二、地层破裂压力
采集方法 理论计算方法— 理论计算方法 Eaton法 法
IC
I
K I≥ K
IC
岩石断裂韧性的大小与施工泵压（ 岩石断裂韧性的大小与施工泵压（即破裂压力和裂缝延伸压力 的高低呈正比， ）的高低呈正比，与水力裂缝缝长的长短呈反比 。 在一定条件下， 在一定条件下，岩石断裂韧性的大小可使水力裂缝方位不再沿 水平最大主应力方位延伸而发生转向。 水平最大主应力方位延伸而发生转向。
水力压裂造缝及增产机理 压前评估（压裂选井选层） 压前评估（压裂选井选层） 压裂材料的优化选择 水力压裂设计 水力裂缝诊断 压后评估