疏松砂岩油藏压裂裂缝延伸规律数值模拟.pdfVIP

疏松砂岩油藏压裂裂缝延伸规律数值模拟

范白涛;邓金根;林海;吴锐;刘伟;谭强

【摘要】压裂充填防砂可实现增产与防砂双重目的,是疏松砂岩油藏的一种重要完

井方式.疏松砂岩具有高孔、高渗特点,且强度低、塑性强,裂缝起裂与延伸机理较为

复杂.为研究疏松砂岩储层压裂裂缝延伸机理,揭示压裂工艺参数对裂缝形态的影响,

建立了考虑储层岩石弹塑性变形、裂缝起裂与延伸、压裂液流动与滤失以及储层孔

隙流体渗流复杂耦合作用的流固耦合有限元数值模型,针对渤海油田绥中36-1区块

典型疏松砂岩储层,开展了压裂裂缝延伸规律数值模拟计算,并重点分析了压裂液效

率、排量对于裂缝延伸规律的影响.结果表明:低效率压裂液在疏松砂岩中仅形成极

短而窄的裂缝,裂缝两侧伴随着一定范围的剪胀高渗带,难以容纳支撑剂,无法实现充

填防砂目的;高效率压裂液可在疏松砂岩中形成压裂充填防砂工艺所需的短宽裂缝,

裂缝壁面两侧存在轻微压实现象,对渗透率的影响较小;提高压裂液排量,裂缝长度减

小,裂缝宽度增加.研究结果可为疏松砂岩压裂充填设计提供一定理论参考.

【期刊名称】《石油钻采工艺》

【年(卷),期】2018(040)005

【总页数】7页(P626-632)

【关键词】疏松砂岩油藏;储层改造;防砂;压裂充填;裂缝延伸;流固耦合;数值模拟

【作者】范白涛;邓金根;林海;吴锐;刘伟;谭强

【作者单位】中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室;中海石油(中国)

有限公司天津分公司海洋石油高效开发国家重点实验室;中国石油大学(北京)油气

资源与探测国家重点实验室;中海石油(中国)有限公司天津分公司海洋石油高效开

发国家重点实验室;中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室;中国石油

大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室;中国石油大学(北京)油气资源与探测国

家重点实验室

【正文语种】中文

【中图分类】TE319

0引言

近年来，渤海油田疏松砂岩油藏大规模采用压裂防砂完井工艺，取得了良好的防砂

增产效果。压裂充填防砂工艺通过在储层中形成短宽缝并用高砂比充填，使储层流

体在高导流裂缝附近形成双线性流动，缓解地层出砂，同时实现增产［1-3］。

成功实施压裂充填防砂的关键是在储层中形成平整的短宽裂缝［1］。疏松砂岩普

遍具有较高的孔隙度和渗透率，胶结程度差，强度低，裂缝起裂与延伸机理较为复

杂，裂缝形态受施工参数影响显著［4］。国外学者开展的室内模拟实验表明［5-

8］，疏松砂岩压裂过程中，裂缝尖端前方由于孔隙压力升高常会发生剪切破坏，

产生塑性变形，随后在拉应力作用下裂缝开始扩展延伸，压裂液性质对疏松砂岩压

裂机理影响显著，液效高、滤失小的压裂液有利于形成简单平整的裂缝；液效低、

滤失大的压裂液则容易形成多分支复杂形态裂缝。

在裂缝模拟方面，由于疏松砂岩力学性质显著异于硬质固结砂岩，传统基于线弹性

断裂力学的模型显然不适用于疏松砂岩裂缝延伸的模拟。邓金根等［1］利用基于

损伤力学的有限元方法对疏松砂岩压裂裂缝启裂及延伸规律进行了数值模拟计算，

发现定向射孔有利于获得较为理想的人工裂缝。Xu和Wong［9］利用流固耦合

三维弹塑性有限元方法，将裂缝按照剪胀高渗带处理，对疏松砂岩水力压裂实际施

工数据进行了拟合。Zhai等［10］认为疏松砂岩过程中剪切破裂是主要机理，产

生的裂缝不是常规的单一平面裂缝，而是由于剪切破坏形成的高渗带，利用流固耦

合弹塑性有限元模型研究了地应力非均匀性等因素对裂缝延伸规律的影响。

Papanastasiou等［11-12］、Lee等［13］则同时考虑裂缝拉伸破裂与剪切破裂，

采用内聚力裂纹单元模拟裂缝起裂与延伸，发现疏松砂岩裂缝延伸伴随着岩石剪切

塑性变形，且压裂净压力相对较高。Abou-Sayed等［14］进一步考虑到疏松砂

岩可能存在一定的压实特性，采用修正的剑桥黏土模型描述疏松砂岩的力学行为，

开展了疏松砂岩压裂数值模拟。

国内外已经进行了一定的研究，然而对于疏松砂岩压裂裂缝延伸机理并未形成统一

认识。

建立了考虑储层岩石弹塑性变形、裂缝延伸、压裂液流动与滤失以及储层孔隙流体

渗流复杂耦合作用的流固耦合有限元模型，以渤海油田绥中36-1区块典型疏松砂

岩储层为对象，研究疏松砂岩压裂裂缝延伸机理，探索压裂液效率、排量对裂缝延

伸规律的影响。

1疏松砂岩压裂裂缝延伸流固耦合模型

1.1疏松砂岩力学行为与本构关系

图1渤海油田绥中