东海低渗区压裂诱导应力分析及施工参数优化_郭照越.pdf
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1、东海低渗区压裂诱导应力分析及施工参数优化郭照越1,孔祥伟1,陈峥嵘2,甘洲1,叶佳杰1(1长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;2中海油研究总院有限责任公司,北京100028)摘要:考虑地层弹性模量、泊松比、地应力等参数,基于位移不连续理论、弹性理论,建立了诱导应力场数学模型,以东海低渗 21-X 井为例,开展了 Abaqus 数值模拟,分析了射孔角度、射孔排量、簇间距对裂缝转向扩展和诱导应力的影响,结果表明:随着簇间距的增大诱导应力增大,增大幅度呈平缓趋势,推荐簇间距为 3060 m;随着射孔排量增大,诱导应力差异系数范围逐渐增大,推荐射孔排量为 56 m3/min;当射孔角度为 0时
2、,裂缝长度最长,随着射孔角度增大,裂缝逐渐形成双翼型转向裂缝,且转向特征逐渐明显,推荐射孔角度为 030;当水力裂缝偏转角90或天然裂缝偏转角45时,水力裂缝尖端诱导应力差较小,甚至为负,从而阻碍裂缝转向作用力较小,有利于形成复杂缝网,达到增产上储的目的。关键词:水力压裂;诱导应力;簇间距;射孔排量;射孔角度中图分类号:TE357.1文献标识码:A文章编号:1673-5285(2023)03-0058-06DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2023.03.012Analysis of fracturing induced stress and optimizationo
3、f construction parameters in low permeabilityarea of the East China SeaGUO Zhaoyue1,KONG Xiangwei1,CHEN Zhengrong2,GAN Zhou1,YE Jiajie1(1.School of Petroleum Engineering,Yangtze University,Wuhan Hubei 430100,China;2.CNOOC Research Institute Ltd.,Beijing 100028,China)Abstract:A mathematical model of
4、induced stress field was established based on displacement discontinuity theory and elastic theory,considering formation elastic modulus,Poissonsratio and in-situ stress.Taking the low-permeability well 21-X in the East China Sea as anexample,Abaqus numerical simulation was carried out to analyze th
5、e effects of perforationangle,perforation displacement and cluster spacing on fracture turning propagation and induced stress.The results showed that,the induced stress increases with the increase of clusterspacing,and the increment range is not large.The optimal data between clusters is 3060 m.With
6、 the increase of perforation displacement,the range of induced stress difference coefficient gradually increases,and the optimal perforation displacement is 56 m3/min.When theperforation angle is 0,the fracture length is the longest.With the increasing of the perfora*收稿日期:202207-15作者简介:郭照越(1997-),女,
7、硕士研究生,研究方向为油气井工程。石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.42 No.3Mar.2023东海低渗区具有孔隙度低、渗透率超低等特征1-3,增产效果不理想,压裂期间,会出现水力裂缝扩展不彻底,从而不能有效沟通储层、释放产能4;东海低渗区采用缝网压裂技术,使天然裂缝与人工裂缝相连接,形成复杂缝网,达到增产上储的目的。前人在诱导应力分析及施工参数方面做了很多研究,胡千庭等建立理论模型,对煤层段进行水力压裂数值模拟,探究压裂最优施工参数;朱海燕等对页岩储层建立了页岩油水平井密切割多裂缝动态扩展的渗流
8、-应力-损伤模型,进行数值模拟研究;孟勇等针对水平井垂直裂缝的相互干扰进行模拟分析不同排量、压裂液黏度及不同上下隔层厚度下的诱导应力场,对压裂施工参数进行了优化;姜浒等在试验中使用相似材料模型研究了射孔角度对起裂压力和裂缝扩展路径的影响。但学者对低渗区诱导应力分析、优化射孔角度和簇间距的研究较少5-15。位移不连续法可以解决均质地层复杂裂缝扩展问题,在非均质地层中模拟水力裂缝扩展规律中具有一定误差。运用该方法可描述多条裂缝之间的相互影响,模拟页岩储层中水力裂缝的扩展形态16-17。笔者结合东海低渗区非均质性,考虑多条平行裂缝间影响,找到诱导应力对裂缝的影响规律,得到最优的射孔角度、射孔排量和簇
9、间距,其中,射孔角度是影响裂缝渗透场的主要因素。1数学模型建立假设储层有一条垂直的对称双翼裂缝(图 1),裂缝长为 2h 的直线状裂缝,裂缝面上净压力为 Pnet。基于线弹性力学中的半逆解法和弹性力学的平衡微分方程、几何方程及物理方程求解,建立如下力学模图 1单一垂直裂缝诱导应力场型:azPnetrsinsin3212()hh2r1r2()32Pnetrcos 121-122()r1r2()12|1(1)ayPnetrsinsin3212()hh2r1r2()32Pnetrcos 121-122()r1r2()12|1(2)ax ayaz()(3)式中:ax、ay、az-分别为 x、y、z 方
10、向上的诱导应力,MPa;Pnet-裂缝净压力,MPa;h-裂缝半缝高,m;-储层泊松比,无因次。设裂缝断面是椭圆形,水平井井筒方向为 z 轴即最小水平地应力方向,裂缝缝高方向为 x 轴即垂向地应力方向,单条裂缝在 z 轴上某点产生的水平诱导应tion angle,the fracture gradually forms a double airfoil steering fracture,and the steeringcharacteristics are gradually obvious.The optimal perforation angle is 030.When the defl
11、ection angle of hydraulic fracture is less than 90 or the deflection angle of natural fractureis less than 45,the induced stress difference of hydraulic fracture tip is small or even negative,and the effect of preventing fracture steering is small,which is conducive to the formation of complex fract
12、ure network,so as to achieve the purpose of increasing production andreservoir.Key words:hydraulic fracturing;induced stress;cluster spacing;perforation displacement;perforation angleayazhhyz(z,y)21r1r2r郭照越等东海低渗区压裂诱导应力分析及施工参数优化第 3 期59力模型为:xPnet1L2cL2c()214L2c4L2c()214()3|(4)y2Pnet1L2cL2c()214|(5)多条裂
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