页岩气水平井水力压裂应力阴影研究

应力阴影StressShadow赵争光Fracman2014.12.05DOC.NO.:RVS201412FT003ARockVisionSolutionsService中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.大纲Outline背景Background原理及历史Theory&History研究方法Methods压裂应用Applications论坛相关资料下载Frac-China中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.知无知更大的无知背景Background中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.1.同步压裂裂缝沟通的讨论Halliburton,2013中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.1.同步压裂裂缝沟通的讨论MicroSeismicInc.,2014中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.1.同步压裂裂缝沟通的讨论大连理工大学李宏教授，岩石力学中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.=viewthread&tid=1136&extra=page%3D1中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.2.关于应力阴影的学术报告第二届页岩气国际学术研讨会，北京，2014.12.05-07观点一：井壁稳定性：页岩地层不连续，微裂缝+层理：针对强水敏页岩地层井壁失稳机理与对策提出了：“井壁围岩裂缝萌生、发展、贯穿解体模型”新概念观点二：压裂地质力学（1）地应力精细描述DRA-Kaiser（2）脆性评价：脆性与弹性没关系，有关系也是经验性的，不能用声波测井去测量，举个例子：巧克力在太阳底下比较软，放冰箱时就比较脆，但成份没有变化（3）声发射实验（4）水力裂缝与天然裂缝的关系：能不能穿透终止或沿裂缝延伸（5）应力阴影：研究透应力阴影问题，可能在压裂施工中不是按照设计的第1、2、3、4段的顺序压裂，而是现场调整为1、3、2、4的顺序压裂取得更好的结果。中国石油大学陈勉教授《中国川渝地区页岩气开发中的几个岩石力学问题》中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.大纲Outline背景Background原理及历史Theory&History研究方法Methods压裂应用Applications论坛相关资料下载Frac-China中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.应力阴影应力阴影StressShadow1.Sneddon（1946）最早研究了裂缝附近的应力分布2.应力场的变化，主要是最小水平应力Shmin的增大，被称为应力阴影效应（stressshadoweffect）或简称为应力阴影（stressshadow）中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.Sneddon,1946分析（Sneddon和Elliot,1946）和数值（Roussel,2011）应力分布中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.2011200419891946Nagel数值模拟+微震监测Fisher微震监测揭示应力阴影效应Warpinski“改变应力压裂Altered-stressFracturing”Sneddon裂缝附近应力场分布研究历程应力阴影效应已经被讨论了15年，利用微震或测斜仪裂缝监测等方法研究也已经有10年；过去重点为长期生产/注水作业，当前焦点是水平井完井和压裂设计优化中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.近10年StressShadow论文0123456789论文数量关于StressShadow的论文数量统计200420092010201120122013注：共统计25篇英文论文FisherChengNagel中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.Warpinski,NormanR.,etal:“Altered-StressFracturing”.SPEpaper17533,JPT,September1989,pp990-997.论文内容：主要研究缝高小型压裂测试mini-frac有限元法Finite-elementcalc.没出现stressshadow字样但提出altered-stressconcept该研究可防止压到上覆水层Warpinski,1989中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.基于BarnettShale11口井微地震监测分析，结论：1.射孔簇位置与裂缝位置关系不大。2.在一个压裂段内，一或两个射孔簇优于三或更多（应力阴影效应）。3.水力裂缝与天然裂缝明显相互作用。4.对于水平井，更大液体量并不必然增加裂缝网络长度和产量。5.水力裂缝大多地遏制在Barnett下段和上段。6.实时微震监测导致数个施工匆忙改变。7.最初180天水平井产量比直井高2至3倍。8.固井完井比未固井完井更不确定。9.未固井完井似乎比固井完井更具统计上的产量优势在试验区。Fisher,2004《微地震监测优化BarnettShale水平井完井》中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.Fisher,2004应力阴影效应影响距离约为缝高的1.5倍利用微震或测斜仪裂缝监测等方法研究也已经有10年。中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.1.如果射孔簇过密，应力阴影效应会使水力裂缝在压裂段的跟部和趾部发育2.应力阴影效应使裂缝延伸方向偏移，产生与主缝正交的次要裂缝，开成复杂裂缝网络Fisher,2004应力阴影影响水平井横缝生长示意图中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.Cheng,2009应力场的改变形成“屏障”（barriertofracturepropagation），阻止裂缝延伸中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.横缝Transverse纵缝LongitudinalCheng,2009中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.3平行裂缝在缝间距为100ft时的最小水平应力变化Cheng,2009中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.AworldwidesurveyonfracturingpressuresbytheDelftFracturingConsortium(Papanastasiou,1997),indicatedthatnetpressuresencounteredinthefieldcommonlyare50%to100%higherthantheircorrespondingvaluespredictedbyconventionalfracturingsimulators.Theimplementationofhydraulicfracturingoperationsinnaturallyfracturedrockshasnotbeenaccompaniedbymodelingtechniquestailoredspecificallyforthiskindofformations.Inmostcases,suchmodelsundergoaperiodof“calibration”,inordertoreproducetheresultsobtainedinthefield.Damjanac,B.,I.Gil,M.Pierce,M.Sanchez-Nagel,A.VanAs,andJ.McLennan,2010,“ANewApproachtoHydraulicFracturingModelinginNaturallyFracturedReservoirs,PaperARMA10-400presentedatARMA44thU.S.RockMechanics/5thUS-CanadianRockMechanicsSymposium,SaltLakeCity,UT,USA,June27-30.水力压裂和应力阴影中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.使用自组织映射（SOM）对低气油比的数据组进行统计分析。结果如下：通道压裂增产效果比滑溜水压裂和复合压裂更好。复合压裂增产效果好于滑溜水压裂。当使用通道压裂技术的时候，所用支撑剂的影响提高了。更高的支撑剂浓度（最大支撑剂浓度）和更高的平均支撑剂浓度（总的支撑剂体积除以总的总的泵送压裂液体积）都能提高井的产量。射孔簇之间的间距太近对增产效果有阻碍作用，特别是在滑溜水压裂中。利用非均质支撑剂分布进行EagleFord页岩完井评价，SPE149390，2011水力压裂和应力阴影中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.Nagel，2011应力阴影效应和微震事件：数值模拟三维应力场为：裂缝间距、页岩力学性质、就地应力比的函数连续元和离散元模拟的对比Continuumvs.DistinctElementModeling水力压裂和应力阴影效应数值模拟：•FLAC3D（三维，连续元）•UDEC（二维，离散元），UniversalDistinctElementCode中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.NealNagelNealB.Nagel中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.大纲Outline背景Background原理及历史Theory&History研究方法Methods压裂应用Applications论坛相关资料下载Frac-China中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fracchina.com.AllRightsReserved.岩石力学实验数值模拟微地震成像研究方法Nagel,2013中国压裂网bbs.fracchina.comCopyright©fr