海拉尔油田凝灰质储层水力压裂力学理论研究

论文摘要

海拉尔油田凝灰质储层蕴藏着极为丰富的石油资源,是“十一五”期间重要的勘探开发区块之一。海拉尔油田凝灰质储层属于典型的低孔低渗储层,自然产能很低,储层结构和岩性复杂,常规砂岩的增产技术呈现出很强的不适应性,水力压裂施工频繁出现砂堵事故,导致不能达到预期的加砂量,甚至施工失败,极大的影响了储层的开发效果。基于上述状况,本文开展了海拉尔油田凝灰质储层岩石水力压裂力学理论研究,研究内容与成果如下:首先,系统的描述了海拉尔油田凝灰质储层的岩性、电性和沉积等特征;通过薄片鉴定、X-射线衍射、X-衍射全岩分析、电子探针分析、扫描电镜、电镜能谱分析和岩石物性分析等试验,对凝灰质储层矿物学特征进行了分析;通过水浸实验研究了凝灰质储层岩石的水理特征;应用波速各向异性测试、粘滞剩磁法、井筒崩落及热弹性应变恢复确定了储层地应力的方向,通过差应变法、现场小型压裂施工得到储层地应力的大小。分析表明,凝灰质储层岩性复杂,粘土矿物含量高,非偏碱性含凝灰质储层遇水稳定,不会分散,属于正常的硬地层,而易水化碱性和偏碱性含凝灰质储层,遇水水化后将发生软化或泥化作用,对水力压裂产生不利的影响。其次,通过密度测定、抗张强度试验、单轴压缩试验、三轴压缩试验,获取了海拉尔油田凝灰质储层的岩石力学参数。从凝灰质岩石材料内部所含缺陷分布的随机性出发,将连续损伤机理和统计强度理论有机的结合起来,建立了海拉尔油田凝灰质岩石损伤软化的本构模型。第三,考虑原岩应力、井筒内压及压裂液渗滤影响,推导了井筒应力场,建立了海拉尔油田凝灰质储层裸眼完井及射孔完井的破裂压力计算模型;根据缝尖应力分布,应用断裂力学理论,建立了I-II型复合受载裂缝的最大应力强度准则。应用有限元软件对模型进行了验证。第四,根据裂缝宽度模型、压裂液流动压降模型、高度延伸模型及连续性方程,应用迭代法对海拉尔油田凝灰质储层裂缝几何形态进行了计算。本文将断裂力学、损伤力学理论与海拉尔油田凝灰质储层性质紧密联系起来,通过理论推导与实验分析,系统的研究了海拉尔油田凝灰质储层的水力压裂力学理论。通过本文的研究,为海拉尔油田凝灰质储层的有效开发提供了强有力的理论指导与技术支持,具有重要的学术价值与现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 海拉尔油田凝灰质储层特征研究
• 1.1 油田地层发育特征
• 1.2 苏德尔特区块开发概况
• 1.3 储层特征描述
• 1.3.1 储层段划分
• 1.3.2 储层岩性和物性特征
• 1.3.3 油藏类型及流体性质
• 1.3.4 油藏温度及压力
• 1.3.5 矿物学特征
• 1.3.6 水理特征
• 1.4 储层地应力描述
• 1.4.1 储层地应力方向
• 1.4.2 储层地应力大小
• 1.5 本章小结
• 第二章 海拉尔油田凝灰质储层岩石本构关系研究
• 2.1 凝灰质储层岩石力学试验及特征分析
• 2.1.1 凝灰质储层岩石密度实验结果
• 2.1.2 凝灰质储层岩石抗张强度实验结果
• 2.1.3 凝灰质储层岩石单轴压缩试验
• 2.1.4 凝灰质储层岩石三轴压缩试验
• 2.2 凝灰质储层岩石统计损伤本构方程研究
• 2.2.1 损伤力学基础
• 2.2.2 岩石损伤演化方程及其统计损伤本构模型的建立
• 2.3 本章小结
• 第三章 海拉尔油田凝灰质储层水力压裂裂缝起裂及延伸机理
• 3.1 裸眼完井井壁围岩应力场计算
• 3.1.1 井内液柱压力引起的应力分布和位移
• 3.1.2 水平地应力引起的应力分布和位移
• 3.1.3 井内液体径向流动引起的附加应力分布
• 3.1.4 井壁上的总应力
• 3.2 射孔完井井壁围岩应力场计算
• 3.3 水力压裂裂缝起裂的力学准则
• 3.3.1 垂直裂缝起裂
• 3.3.2 水平裂缝起裂
• 3.3.3 破裂压力计算模型的应用
• 3.4 凝灰质储层水力压裂裂缝延伸准则
• 3.4.1 裸眼完井裂缝延伸准则
• 3.4.2 射孔完井裂缝延伸准则
• 3.4.3 裂缝曲折的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 海拉尔油田凝灰质储层水力压裂裂缝几何形态计算
• 4.1 裂缝宽度模型
• 4.2 压裂液在裂缝中流动的压降方程
• 4.3 裂缝在高度上的延伸方程
• 4.4 连续性方程
• 4.5 模型求解
• 4.6 海拉尔油田水力压裂裂缝几何形态计算
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 读博期间发表的论文、科研、专利和获奖情况
• 致谢
• 详细摘要