裂缝性致密油储层压裂裂缝扩展与支撑机理研究

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1、中图分类号：TE257单位代码：11414学号：2013312022B080019题目裂缝性致密油储层压裂裂缝扩展与支撑机理研究学科专业油气井工程研究方向油气井流体力学与工程博士生张然指导教师李根生（院士）郭建春（教授）二〇一七年八月FracturesPropagationandproppingmechanisminfracturedtightoilReservoirDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequiremen

2、tsforthedegreeofDoctorofEngineering(OrDoctorofNaturalScience)ByZhangRan（Oil&GasWellEngineering）DissertationSupervisorProf.LiGenshengProf.GuoJianchunAug,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所

3、使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范

4、围，保密期限0年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要全球致密油资源丰富，约为6900×108t，美国在Bakken和Eagleford等地区的致密油已获得有效开发；我国致密油远景资源量约为70-90×108t，随着常规油气资源的逐渐枯竭，致密油已成为全球非常规石油勘探开发的热点之一。以大港油田孔二段为例，我国部分致密油储层具有埋藏深、天然裂缝发育、岩性复杂和物性差等特点，需要进行水力压裂形成有效支撑的缝

5、网才能进行有效开发。然而，目前对含裂缝的致密油储层水力裂缝扩展规律认识不清，且对裂缝网络有效支撑机理研究较少，严重制约我国致密油藏勘探开发效果。本文以孔二段裂缝性致密油储层为例，在认识致密油储层特征的基础上，开展致密油储层裂缝扩展实验研究，分析裂缝扩展的影响因素，并结合水力裂缝与天然裂缝交互延伸理论模型，认识致密油裂缝扩展特征；建立孔二段致密油储层多裂缝扩展数值模型，模拟分析致密油裂缝扩展规律及其对诱导应力场的影响；在裂缝支撑机理和天然裂缝剪切机理分析的基础上，开展自支撑裂缝导流能力和流固耦合支撑裂缝导流能力实验分析，建立缝网多级裂缝导流能力优化模

6、型。综合研究成果，提出致密油储层有效支撑缝网压裂工艺技术，在实践中取得了较好的效果。主要研究工作和成果如下：（1）以大港油田孔二段致密油储层为例，开展了矿物组分测试、岩石力学实验和地应力测试，探讨了我国裂缝性致密油储层的特征，结果表明：孔二段致密油储层岩石杨氏模量、泊松比及矿物组成分布差异大；砂岩、泥页岩、白云岩均有一定程度的天然裂缝发育。储层整体非均质性较强，储层水平主应力差异系数在0.11-0.3之间。本研究表明了孔二段储层具备形成裂缝网络的能力；（2）建立了一套利用井下岩心，综合三轴压缩实验、岩石矿物组分测试、CT扫描和真三轴裂缝扩展实验为一

7、体的裂缝扩展形态分析方法；研究了致密油储层压裂裂缝扩展影响因素及其规律，利用断裂力学理论，结合实验分析了水力裂缝与天然裂缝交互延伸特征。结果表明：孔二段储层天然裂缝主要为水平缝和低角度裂缝，水力裂缝的扩展主要受天然裂缝的控制；水力裂缝和天然裂缝存在三种交互延伸模式：沿天然裂缝张开、沿天然裂缝转向后穿过、被天然裂缝阻断，主要受到逼近角和地应力差的控制；（3）结合孔二段致密油储层特征、岩石力学参数和岩心内部结构等数据，建立了孔二段致密油储层多裂缝扩展数值计算模型，分析了裂缝扩展规律和诱导应力特征，得出如下结论：水平应力比越小、排量越大、压裂液粘度越大，

8、天然裂缝损伤范围越大，发生应力反转的范围越大，即形成网络裂缝的可能性越大；建立了-II-摘要水平井多裂缝扩展簇间距优化方法