页岩压裂裂缝对油气运移影响的模拟研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2011年9月第33卷第9期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Sep．2011Vo1．33No．9·127·页岩压裂裂缝对油气运移影响的模拟研究卢聪(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)，四川成都610500)王建(中石化胜利油田分公司石油开发中心技术部，山东东营257000)夏富国(中石化东北油气分公司，吉林长春130062)雷跃雨(中石油西南油气田分公司蜀南气矿，四川沪州646000)[摘要]页岩储层基质孔隙度小、渗透率低，页岩油气井完井后需要经过储层

2、改造才能获得理想的产量，而水力压裂是页岩油气藏开发的核心技术之一。已有学者对页岩沉积过程中的水力延伸裂缝进行了模拟，模拟显示，水力传导系数和抗张强度与裂缝地层深度成正比，而沉积速率和页岩厚度与裂缝地层深度成反比，同时水力裂缝可能会在油层形成以促进初次运移。尝试用基本模型模拟了页岩埋藏和压实过程中的水力压裂裂缝尺寸，主要目的是研究影响构造复杂区域裂缝延伸的水力传导系数与抗张强度等因素，并了解水力裂缝是否在油层深度形成。[关键词]初次运移；水力压裂；裂缝；页岩；模拟[中图分类号]TE357[文献标识码]A[文章编号]1000—9752(2011)09—0127～03岩石的水力裂

3、缝最初是由Hubbert和Willis以及其他一些研究人员进行了研究和总结。有少数学者关注到了油气运移在水力裂缝中扮演的角色。笔者尝试通过理论计算模型来模拟页岩地层原油生成和运移过程中的水力压裂裂缝对油气运移的影响。1计算模型首先对模型的基本条件进行假设，水平页岩层厚度为h，上下为有一定孔隙度和渗透率的砂岩层。页岩被以恒定速率沉积逐步埋藏，但是由于压实以及低渗作用，页岩层通常会发育异常流体压力。孔隙流体从异常压力区域垂向地上下流向静压范围。控制流体从页岩垂向流动的微分方程可表示为E：(Ch)()一㈩式中，C为水力传导系数，m／a；S为储集系数，Fn～；为潜在能量，J；D为页

4、岩层埋藏深度，m。求解该方程需要给定可能的值来确定合理的边界条件。在构造复杂区，垂向主应力、，可定义为：v．一pbgD(2)有效垂向应力、，可定义为：v一O"V一(I—n)p(3)+式中，lD为岩石密度，g／cm。；g为重力加速度，m／s；。为毕奥常数；为孔隙压力，MPa。在这种情况下，最小应力为水平方向。如果没有横向应变存在，并且忽略温度的影响，最小水平主应力用有效垂向应力、，可以表示为：一H一e一丁三v(4)_(4[收稿日期]2011—04—02[作者简介]卢聪(1983一)，男，2004年西南石油学院毕业，博士，讲师，现从事油气增产机理与储层改造技术研究。学兔兔www

5、.xuetutu.com·l28·石油天然气学报(江汉石油学院学报)20l1年9月式中，为泊松比。水力裂缝的形成和延伸需要考虑应力强度因子、缝长、缝宽、缝高、进出裂缝流体流速以及温度、裂缝几何尺寸上的抗张强度等因素的影响。在现有模型的基础上，需要用到一个简单的判定标准。即满足下式时，裂缝扩展。Pf>H+(1一n)P+F(，)式中，P为裂缝流体压力，MPa；F为抗张强度，MPa。最大流体压力P⋯在页岩压实中心区域。当P满足式(5)时，裂缝从孑L隙压力最大处起裂。裂缝为垂直方向，最小有效应力为水平方向，主应力方向为垂直方向。因此，裂缝是从高孔隙压力区域向低孔隙压力和低渗透区域延

6、伸。假设流体流进裂缝起裂点的流速足够大，使得P保持在P⋯，以保证裂缝向页岩边缘扩展。2参数的选择表1列出了模拟程序所需要的参数和相关值。部分参数是随着深度和温度变化的，但为了保持模的基本性，在单次模拟中部分参数选取了恒定值，如fD(水密度)和P等随着温度和深度变化的值对最终果的影响町以忽略不计，孔隙度取定值0．5。水力传导系数c和储集系数s都是随着埋藏深度D增』J【I⋯减少，但其比值C／S基本保持不变。泊松比随深度变化，但一般引用其平均值。抗张强度F随温度增』J【I而降低，一般选取高温下有代表性的页岩抗张强度。毕奥常数n为整体和颗粒的压缩比例，随有效应减少而减少，一般取值0

7、～0．05，该模型取最大值0．05。表1模拟使用参数表3程序计算通过对式(1)进行数值求解可以模拟流体从页岩层流进砂岩带的过程。模拟是在不同边界条件下分2个阶段进行的，初始阶段代表页岩本身的沉积物的沉积，主体阶段为沉积过程I{1页岩层的埋藏。每个阶段沉积量随着沉积速率尺的增加(见表1)而增加。穿过页岩层的孔隙压力p。，存下一次迭代之前被相应地做出了修正，通过修正公式计算出页岩层的孔隙变量，以确定页岩压实层厚度h(她表1)的减少。定最大埋藏深度为10000m，模拟流体流动时在这个阶段没有新的沉积。只要满足式(5)。水