地应力与压裂力学----水力压裂.ppt

主要参考书目 《油气藏现今地应力场评价方法及应用》，地质出版社，2007 《地应力与油气勘探开发》，石油工业出版社，1997 《采油工程》，石油工业出版社，2001 《油井增产技术》 （中文版）， 石油工业出版社，2003 《岩石力学在石油工程中的应用》，石油工业出版社，2006 《油藏增产措施（第三版）》（中文版），石油工业出版社，2002 《水力压裂新进展》 （中文版），石油工业出版社，1995 《油藏增产技术》 （中文版） ，石油大学出版社，1991 《水力压裂原理》，石油工业出版社，1987 水力压裂概念 水力压裂：利用地面压裂车组将一定粘度的液体以足够高的压力和足够大的排量沿井筒注入井中。由于注入速度远远大于油气层的吸收速度，所以多余的液体在井底憋起高压，当压力超过岩石抗张强度后，油气层就会开始破裂形成裂缝。当裂缝延伸一段时间后，继续注入携带有支撑剂的混砂液扩展延伸裂缝，并使之充填支撑剂。施工完成后,由于支撑剂的支撑作用，裂缝不致闭合或至少不完全闭合，因此即可在油气层中形成一条具有足够长度、宽度和高度的填砂裂缝。此裂缝具有很高的渗滤能力，并且扩大了油气水的渗滤面积，故油气可畅流入井，注入水可沿裂缝顺利进入地层，从而达到增产增注的目的。 一 地应力研究 地应力概述 地应力在水力压裂施工中的应用 地应力大小的确定 地应力方向的研究方法 1 地应力概述 1 地应力概述 有效应力与孔隙压力 有效应力：沉积岩石骨架所“承受”的地应力。 孔隙压力：流体所“承受”的力，也称为地层压力。 Tetzaghi : S=σ+Pb Handin：S=σ+αPb α——孔隙弹性系数；反映地层孔隙压力对骨架应力的影响程度。 Cb ——地层体积压缩系数；Cm——骨架体积压缩系数 古地应力与现今地应力 古地应力是地质历史时期中某时间的应力状态。 现今地应力是指目前的地应力状态，是岩层再地质历史中经过多期变形、破裂后（应力集中、释放）到目前还“剩余”的应力。（工程研究主要应用现今应力） 垂直应力与水平应力 重力应力、构造应力与热应力 分层地应力与 地应力场状态 地应力分类 地应力分类 地应力来源 地应力来源 地应力来源 地应力来源 地应力来源 热应力 盆地中因侵入体的局部热作用、断裂带的热液影响及地层中矿物转化过程中的热释放等，能够引起局部应力的增加。 工程因素：钻井泥浆循环、注水等也可以诱导产生热应力使得井眼附近的应力发生变化。 地应力计算模型 对于构造平缓地区，其水平主地应力主要来自于上覆地层压力，另一部分来源于地质构造力，此时分层地应力计算模型为： 2 地应力在压裂施工中的应用 地应力的值与压裂施工压力和破裂压力 地应力与支撑剂的选择 当地应力(尤其是最小主应力值)较高、地层较硬(即岩石杨氏模量高、泊松比小)时，人工裂缝中的支撑剂容易被压碎。 当地应力较高，而地层较软(岩石杨氏模量小、泊松比大)时，人工裂缝中的支撑剂容易被嵌入地层。 最小水平主应力剖面与裂缝模拟 地应力剖面与地质剖面相结合选择合理射孔井段，确定隔层、遮挡层 最大水平主应力方向与射孔扎眼方位夹角对破裂压力的影响 最小水平主应力剖面对压裂增产效果的影响 最小水平主应力剖面对压裂施工规模的影响 地应力场与整体压裂方案 最小水平主应力剖面与压裂方式的选择 3 地应力大小的确定 基本分类 按获取原理分 直接法: 地应力可以通过测量岩石的破裂压力直接测量。 间接法: 通过测量岩石的变形和物性变化来反演地应力. 基本分类 按研究方法分 矿场应力测量方法：水力压裂、井壁崩落、长源距声波、地面电位法、井下微地震波法和套心应力解除等。 可得到较准确的地应力测量结果，定量描述应力场。 利用地质和地震资料进行定性分析的方法：如火山颈、断层类型、油井井眼稳定情况、取心收获率、地形起伏、地质构造、震源机制等。 可定性给出大范围应力场的分布，很难进行精确的应力场描述。 岩心测量：差应变分析，波速各向异性测定，滞弹性应变分析，声发射（Kaiser效应）测定等。 该类方法只能给出地应力相对于岩心的方位，难以给出岩心在地下原位； 岩心测量时很难完全模拟井下条件，而且岩心采样深度也不太精确。 地应力计算：地应力场有限元数值模拟、地应力剖面解释、钻进参数反演和长源距声波测井自适应方法计算等。 综合利用岩心实验结果、测井资料、压裂资料计算分层地应力 4 地应力方向研究方法 人工裂缝方位 显裂缝地层很难出现人工裂缝