一種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法，屬于頁(yè)巖氣藏儲(chǔ)層改造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 體積壓裂技術(shù)的關(guān)鍵核心是力學(xué)問(wèn)題，針對(duì)初始地應(yīng)力場(chǎng)，特別是在初始水平主 應(yīng)力差值控制縫網(wǎng)的形成過(guò)程中，當(dāng)兩向水平主應(yīng)力差值較小時(shí)，容易形成縫網(wǎng)，反之則不 易形成縫網(wǎng)。初始地應(yīng)力場(chǎng)客觀存在于地層中，一般水平最小主應(yīng)力和水平最大主應(yīng)力的 數(shù)值是不同的，即存在水平主應(yīng)力差。
[0003] 目前，已有研究表明人工水力裂縫的產(chǎn)生減弱了地層水平主應(yīng)力差值?；谶@一 原理，對(duì)于低應(yīng)力差頁(yè)巖氣藏，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種Texas Tw0-Step壓裂方法，即交替壓裂 方法。結(jié)合圖1所示，該交替壓裂方法的壓裂順序?yàn)椋毫芽p1->裂縫2_>裂縫3。但該交替 壓裂方法只能在兩向水平主應(yīng)力差值較小的情況下形成縫網(wǎng)，并且只適用于低應(yīng)力差頁(yè)巖 儲(chǔ)層，而對(duì)于高應(yīng)力差頁(yè)巖儲(chǔ)層廣泛分布的地區(qū)則無(wú)法適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有的體積壓裂技術(shù)存在的無(wú)法適用于高應(yīng)力差頁(yè)巖儲(chǔ)層的問(wèn)題， 進(jìn)而提出了一種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法，具體包括如下的技術(shù)方案：
[0005] -種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法，包括：
[0006] 在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層獲取沿第一預(yù)定方向的水平應(yīng)力與沿第二預(yù)定方向的水平應(yīng)力 之間的差值最大值；
[0007] 當(dāng)所述差值最大值在所述預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)有第一極值位置和第二極值位置時(shí)， 在垂直所述第一極值位置和所述第二極值位置之間的連線向外側(cè)延伸的方向上各壓裂形 成第一裂縫和第二裂縫；
[0008] 在所述第一預(yù)定方向的水平應(yīng)力與第二預(yù)定方向的水平應(yīng)力所在的平面內(nèi)沿垂 直所述第一極值位置和所述第二極值位置的連線方向上壓裂形成第三裂縫。
[0009] -種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法，包括：
[0010] 在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層獲取沿第一預(yù)定方向的水平應(yīng)力與沿第二預(yù)定方向的水平應(yīng)力 之間的差值最大值；
[0011] 當(dāng)所述差值最大值在所述預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)有第三極值位置時(shí)，在所述第三極值 位置的兩側(cè)沿垂直水平應(yīng)力的方向上各壓裂形成第四裂縫和第五裂縫。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)沿第一預(yù)定方向和第二預(yù)定方向的水平應(yīng)力之間的差 值最大值，提出了三次應(yīng)力"共振"和四次應(yīng)力"共振"的壓裂方法，從而能夠適用于高應(yīng)力 差地層，該方法可用于現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的Texas Two-Step壓裂方法示意圖，其中的標(biāo)號(hào)a表示裂縫1， 標(biāo)號(hào)b表示裂縫2,標(biāo)號(hào)c表示裂縫3,標(biāo)號(hào)A表示復(fù)雜縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0014] 圖2是水力裂縫的產(chǎn)生引起的應(yīng)力場(chǎng)變化示意圖。
[0015] 圖3是裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力及其差值變化趨勢(shì)示意圖，其中的橫坐標(biāo)表示無(wú)因次距離， 縱坐標(biāo)表示應(yīng)力變化量和/或凈應(yīng)力，曲線d表示△ σ γ的值，曲線e表示△ σ x的值，曲線 f表示Δ σ Χ-Δ σ γ的值。
[0016] 圖4以示例的方式示出了第一種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法的流程圖。
[0017] 圖5以示例的方式示出了第二種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法的流程圖。
[0018] 圖6是實(shí)施例一提供的體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法的流程圖。
[0019] 圖7是實(shí)施例一提供的三次應(yīng)力"共振"壓裂方式示意圖。
[0020] 圖8是實(shí)施例一提供的三次應(yīng)力"共振"壓裂方式施工順序及最終形成的縫網(wǎng)區(qū) 域示意圖。
[0021] 圖9是實(shí)施例二提供的體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法的流程圖。
[0022] 圖10是實(shí)施例二提供的四次應(yīng)力"共振"壓裂方式示意圖。
[0023] 圖11是實(shí)施例二提供的四次應(yīng)力"共振"壓裂方式施工順序及最終形成的縫網(wǎng)區(qū) 域示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 在本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)中，水力裂縫附近地層任意一點(diǎn)的裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力可通過(guò)以下 的公式計(jì)算獲得：
[0025]
[0026]
[0027] 其中，ρ。表示裂縫擴(kuò)展凈壓力；Λ σ χ和Δ σ ,分別表示X方向和Y方向的裂縫誘 導(dǎo)應(yīng)力，r表示地層任意一點(diǎn)與裂縫面中心點(diǎn)的距離，rJPr2分別表示地層任意一點(diǎn)與裂 縫面兩個(gè)端點(diǎn)的距離，Θ表示地層任意一點(diǎn)到裂縫面中心點(diǎn)的連線與裂縫面的夾角， Θ 2分別表示地層任意一點(diǎn)到裂縫面兩個(gè)端點(diǎn)的連線與裂縫面的夾角，L表示裂縫長(zhǎng)度。
[0028] 結(jié)合圖2所示的是水力裂縫的產(chǎn)生引起的應(yīng)力場(chǎng)變化示意圖，其中的〇h_和σ h_分別表示地層初始水平最小主應(yīng)力和水平最大主應(yīng)力。
[0029] 結(jié)合圖3所示，在X軸線上距離裂縫面#/2倍裂縫半長(zhǎng)位置處兩向水平裂縫誘導(dǎo) 應(yīng)力的差值最大，即A σχ-Δ σγ在該點(diǎn)達(dá)到最大值。當(dāng)采用現(xiàn)有的Texas Two-St印壓裂 方法時(shí)，Δ 〇χ-Δ 〇Y的最大值發(fā)生在距離裂縫面#/2倍裂縫半長(zhǎng)處，其值為0.7698倍的 裂縫凈壓力，但隨距離裂縫面的長(zhǎng)度增加，衰減較快，因此現(xiàn)有的Texas Two-Step壓裂方法 只適用于低應(yīng)力差地層，不適用于高應(yīng)力差地層。
[0030] 但是從圖3中可以獲知，Δ σ χ-Δ σ ^^的最大值發(fā)生在
處，即此處最先發(fā) 生應(yīng)力翻轉(zhuǎn)?；诖私Y(jié)論和原理，對(duì)于初始高水平應(yīng)力差頁(yè)巖地層，可以讓多條水力裂縫的 A σχ_Δ 〇Y最大值發(fā)生在同一點(diǎn)，產(chǎn)生應(yīng)力"共振"現(xiàn)象，則此處可以克服原始應(yīng)力場(chǎng)較大 的應(yīng)力差值，產(chǎn)生應(yīng)力翻轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)已有的較高應(yīng)力 差頁(yè)巖儲(chǔ)層，提出了三次應(yīng)力"共振"和四次應(yīng)力"共振"的壓裂方法，使之能夠產(chǎn)生復(fù)雜縫 網(wǎng)，提升非常規(guī)儲(chǔ)層油氣開(kāi)采效果。
[0031] 本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法，結(jié)合圖4所示，該方法包 括：
[0032] 步驟41，在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層獲取沿第一預(yù)定方向的水平應(yīng)力與沿第二預(yù)定方向的水 平應(yīng)力之間的差值最大值。
[0033] 其中，第一預(yù)定方向可以為與水平面平行的方向（即X軸），第二預(yù)定方向可以為 與水平面垂直的方向（即Y軸）。該差值最大值可以是Y軸的水平最大應(yīng)力值與X軸的水 平最小應(yīng)力值之間的差值。
[0034] 步驟42,當(dāng)差值最大值在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)有第一極值位置和第二極值位置時(shí)， 在垂直第一極值位置和第二極值位置之間的連線向外側(cè)延伸的方向上各壓裂形成第一裂 縫和第二裂縫。
[0035] 當(dāng)存在兩個(gè)極值位置時(shí)，本實(shí)施例可采用三次應(yīng)力"共振"的壓裂方式減弱地層應(yīng) 力場(chǎng)的各向異性，從而產(chǎn)生三次應(yīng)力"共振"的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于任意一個(gè)極值位置，有三條 裂縫的A 〇χ-Δ 〇Y最大值發(fā)生在該位置，并在該位置發(fā)生應(yīng)力"共振"現(xiàn)象，因此該位置的 原始應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力各向異性被大大削弱了，甚至發(fā)生應(yīng)力翻轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0036] 可選的，在具體的施工過(guò)程中，先在與第一極值位置具有第一預(yù)定距離以及與第 二極值位置具有第一預(yù)定距離的位置分別壓裂形成第一裂縫，然后在與第一極值位置具有 第二預(yù)定距離以及與第二極值位置具有第二預(yù)定距離的位置分別壓裂形成第二裂縫，其中 的第一預(yù)定距離大于第二預(yù)定距離。
[0037] 步驟43,在第一預(yù)定方向的水平應(yīng)力與第二預(yù)定方向的水平應(yīng)力所在的平面內(nèi)沿 垂直第一極值位置和第二極值位置的連線方向上壓裂形成第三裂縫。
[0038] 在形成兩條第一裂縫和兩條第二裂縫后，可在垂直第一極值位置和第二極值位置 的連線方向上壓裂形成第三裂縫。
[0039] 其中，第一裂縫、第二裂縫和第三裂縫之間可滿足如下的關(guān)系式：
[0040]
[0041] 其中，1^表示第一裂縫的長(zhǎng)度，1^表示第二裂縫的長(zhǎng)度，1^表示第三裂縫的長(zhǎng)度， D1表示第一裂縫與第二裂縫之間的距離，D 2表示第二裂縫與第三裂縫之間的距離。
[0042] 本發(fā)明的實(shí)施例還提出了一種體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法，結(jié)合圖5所示，該方法 包括：
[0043] 步驟51，在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層獲取沿第一預(yù)定方向的水平應(yīng)力與沿第二預(yù)定方向的水 平應(yīng)力之間的差值最大值。
[0044] 其中，第一預(yù)定方向可以為與水平面平行的方向（即X軸），第二預(yù)定方向可以為 與水平面垂直的方向（即Y軸）。該差值最大值可以是Y軸的水平最大應(yīng)力值與X軸的水 平最小應(yīng)力值之間的差值。
[0045] 步驟52,當(dāng)差值最大值在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)有第三極值位置時(shí)，在第三極值位置 的兩側(cè)沿垂直水平應(yīng)力的方向上各壓裂形成第四裂縫和第五裂縫。
[0046] 當(dāng)只存在一個(gè)極值位置時(shí)，本實(shí)施例可采用四次應(yīng)力"共振"的壓裂方式減弱地層 應(yīng)力場(chǎng)的各向異性，從而產(chǎn)生四次應(yīng)力"共振"的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。由于有四條裂縫在同一個(gè)極值 位置發(fā)生應(yīng)力"共振"，則該極值位置最容易發(fā)生應(yīng)力翻轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0047] 可選的，在具體的施工過(guò)程中，先在與第三極值位置具有第三預(yù)定距離的位置分 別壓裂形成第四裂縫，然后在與第三極值位置具有第四預(yù)定距離的位置分別壓裂形成第五 裂縫，該第三預(yù)定距離大于該第四預(yù)定距離。
[0048] 其中，第四裂縫和第五裂縫之間可滿足如下的關(guān)系式：
[0049]
[0050] 其中，1^4表示第四裂縫的長(zhǎng)度，L 5表示第五裂縫的長(zhǎng)度，D 3表示第四裂縫與第五裂 縫之間的距離，D4表示兩個(gè)第五裂縫之間的距離。
[0051] 下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)所述的體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0052] 實(shí)施例一
[0053] 結(jié)合圖6所示，本實(shí)施例提供的體積壓裂縫網(wǎng)的形成方法包括：
[0054] 步驟61，在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層獲取沿X軸方向的水平應(yīng)力與沿Y軸方向的水平應(yīng)力之 間的差值最大值。
[0055] 其中，若X軸方向?yàn)樗阶钚≈鲬?yīng)力方向，大小為25MPa，Y軸方向?yàn)樗阶畲笾鲬?yīng) 力方向，大小為37MPa，則水平兩向主應(yīng)力差值為S22-S11 = 37-25 = 12MPa。
[0056] 步驟62,當(dāng)差值最大值在預(yù)定頁(yè)巖儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)有B位置和C位置時(shí)，在X軸方向的水 平應(yīng)力與Y軸方向的水平應(yīng)力所在的平面內(nèi)沿垂直B位置和C位置之間的連線向外側(cè)延伸 的方向上壓裂形成第一裂縫。
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