页岩储层四维地应力及加密井压裂理论

　　我国涪陵页岩气田初始井距约600m，蜀南地区井距400～500m。涪陵、长宁、威远等主要页岩气田近几年的生产发现，页岩气井投产前三年产量下降50%以上。为了缓解页岩气田产能衰减、充分挖掘储层未动用产能，需要在初期开发井网基础上，部署加密井或老井重复压裂，以提高资源动用率。页岩气开采过程中，储层压力快速下降，老井周围储层存在超过40MPa的压降漏斗，扰动压降区的原地应力、储层原三维地应力随时间不断变化（即四维地应力），诱使加密井压裂干扰老井。储层四维地应力演化及加密井复杂裂缝扩展的准确预测是页岩气加密井压裂优化设计的关键。本书介绍了作者多年来在页岩气藏四维动态地应力演化及加密井复杂裂缝扩展方面的研究成果，主要内容包括：复杂裂缝相交与分岔扩展模型及其数值实现；页岩气老井压裂复杂裂缝交错扩展机理；页岩气加密井储层四维动态地应力模拟方法；长期开采过程中页岩气储层四维地应力演化机理；页岩气藏加密井复杂裂缝扩展机理及参数优化。

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目录　
序
前言
第1章　绪论　1
1.1　研究背景及意义　1
1.2　渗流-应力耦合动态演化研究现状　2
1.2.1　渗流-应力耦合动态演化　2
1.2.2　非常规储层开采动态建模方法　5
1.3　裂缝性储层复杂裂缝扩展研究现状　7
1.3.1　常规水力裂缝扩展模型　7
1.3.2　复杂水力裂缝扩展模型　9
1.4　加密井压裂复杂裂缝扩展研究现状　18
1.4.1　油气藏渗流-地质力学耦合的复杂裂缝扩展模型研究　18
1.4.2　页岩气加密井压裂裂缝扩展规律研究　19
1.5　页岩气藏地应力演化及复杂裂缝扩展发展方向展望　20
1.6　本书主要内容　22
第2章　复杂裂缝相交与分岔扩展模型及其数值实现　24
2.1　页岩多裂缝交错扩展的FEM-DFN数值模拟方法　24
2.2　复杂裂缝相交与分岔扩展的FEM-DFN模型　27
2.2.1　岩石介质离散与裂缝单元嵌入　28
2.2.2　水力裂缝单元扩展模型　28
2.2.3　岩石基质单元变形　33
2.2.4　FEM-DFN控制方程及其数值实现　34
2.2.5　显式求解算法　36
2.3　复杂裂缝扩展的FEM-DFN模型测试与验证　38
2.3.1　解析模型验证　38
2.3.2　室内水力压裂实验结果对比验证　41
2.4　小结　48
第3章　页岩气老井压裂复杂裂缝交错扩展机理　49
3.1　涪陵页岩气储层天然裂缝参数分析　49
3.1.1　天然裂缝产状分析　49
3.1.2　裂缝形状尺寸优选　51
3.2　天然裂缝对老井压裂裂缝扩展的影响机理　53
3.2.1　基准算例数值模型　53
3.2.2　天然裂缝与水力裂缝互作用机理　55
3.2.3　不同地质力学及工程因素的影响机理　57
3.3　页岩气老井压裂复杂裂缝的扩展机理　64
3.3.1　现场压裂设计及施工基本概况　64
3.3.2　基准算例数值模型　65
3.3.3　单簇裂缝扩展影响因素分析及优化　70
3.3.4　多簇裂缝扩展影响因素分析及优化　75
3.4　小结　78
第4章　页岩气加密井储层四维动态地应力模拟方法　80
4.1　基于渗流-应力耦合的动态地应力模型　80
4.1.1　有限差分渗流模型　80
4.1.2　有限元地质力学模型　88
4.1.3　渗流-应力耦合求解　91
4.2　多场耦合四维动态地应力建模方法　94
4.3　天然/水力裂缝离散网络　98
4.3.1　天然裂缝识别　98
4.3.2　DFN建模　99
4.3.3　裂缝等效渗透率映射　101
4.4　基于真实储层特性的地质力学建模方法　101
4.4.1　有限元地质力学建模流程　102
4.4.2　地质力学几何与网格模型　103
4.4.3　地质力学属性模型　105
4.4.4　非均质性和各向异性表征　106
4.4.5　渗流-应力耦合与程序实现　107
4.5　小结　111
第5章　长期开采过程中页岩气储层四维地应力演化机理　112
5.1　涪陵页岩气S1-3H加密井平台四维地应力演化规律　112
5.1.1　S1-3H加密井储层概况及地质模型　112
5.1.2　复杂裂缝DFN模型　121
5.1.3　S1-3H平台四维动态地应力建模　123
5.1.4　地应力演化结果验证　130
5.1.5　四维动态地应力演化机理　132
5.2　涪陵页岩气FL2平台四维地应力演化机理　141
5.2.1　FL2平台储层概况　141
5.2.2　FL2平台四维动态地应力建模　145
5.2.3　模型验证　148
5.2.4　结果与讨论　149
5.3　四维动态地应力在山西沁水盆地寿阳煤层气排采中的应用　155
5.3.1　南燕竹A2区块储层及布井概况　155
5.3.2　A2区块四维动态地应力建模　157
5.3.3　15#煤层渗透率应力敏感性测试实验　162
5.3.4　动态地质力学演化机理　165
5.4　四维动态地应力在陕西鄂尔多斯盆地致密油注采中的应用　172
5.4.1　模型建立与验证　172
5.4.2　长期注采过程中的动态地质力学演化规律　179
5.4.3　现场应用与评价　184
5.5　小结　188
第6章　页岩气藏加密井复杂裂缝扩展机理及参数优化　189
6.1　基于四维地应力演化的加密井复杂裂缝扩展模型　189
6.1.1　基于四维地应力演化的加密井复杂裂缝扩展模拟方法　189
6.1.2　加密井复杂裂缝扩展理论　190
6.1.3　加密井水力压裂裂缝复杂扩展数值模拟　195
6.1.4　加密井水力压裂复杂裂缝扩展模拟的验证　196
6.2　加密井压裂复杂裂缝扩展机理　196
6.2.1　加密井压裂复杂裂缝扩展形态　196
6.2.2　地质力学参数对加密井复杂裂缝形态的影响　198
6.2.3　加密井压裂裂缝扩展的“微地震屏障效应”　200
6.3　页岩气藏加密井压裂施工参数优化　203
6.3.1　射孔簇间距优化　203
6.3.2　每簇压裂施工液量优化　206
6.3.3　施工工艺组合优化　208
6.4　页岩气藏加密井压裂时机优化　210
6.4.1　页岩加密井压裂时机优化模拟方法　210
6.4.2　不同时机加密井复杂裂缝形态　211
6.4.3　不同压裂时机加密井压后产能对比　213
6.5　小结　215
第7章　结论　216
参考文献　218