河道致密砂巖螺旋射孔完井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)

范宇,湯繼周,陳偉華,張卓,唐波濤,楊文濤

(1.中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院,四川成都610017;2.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院,上海200092;3.同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海201306;4.南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院,天津300071)

0 引 言

川中地區(qū)秋林區(qū)塊沙溪廟組河道致密砂巖儲(chǔ)層巖石類(lèi)型多以細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主,儲(chǔ)層礦物主要由石英(45.0%)、長(zhǎng)石(33.3%)和巖屑(21.3%)組成[1]。粒間以鈣質(zhì)膠結(jié)為主,粒間充填物主要為黏土礦物;儲(chǔ)層孔隙度、滲透率比較小,屬于致密儲(chǔ)層范疇[2];且天然裂縫不發(fā)育,基于彈性模量和泊松比計(jì)算的巖石脆性指數(shù)比較小,水力壓裂后難以形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)[3];同時(shí),該區(qū)域發(fā)育河道砂,河道在橫向上大面積分布,在縱向上多層疊置,在平面上展布形態(tài)復(fù)雜,造成儲(chǔ)層巖石礦物組分不均衡,且不同區(qū)域河道砂體壓力系數(shù)差異較大[4]。相比常規(guī)壓裂,圍繞“甜點(diǎn)區(qū)”的分段多簇射孔壓裂不僅能縮短作業(yè)周期,還能保證裂縫最大程度開(kāi)啟,提升儲(chǔ)層改造效果[5-6]。前期采用水平井分段多簇等孔徑的射孔、高強(qiáng)度加砂壓裂技術(shù)對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行改造[3],現(xiàn)場(chǎng)壓裂后,基于廣域電磁法[7]探測(cè)發(fā)現(xiàn),各簇裂縫延伸長(zhǎng)度介于18～277 m,出現(xiàn)裂縫延伸長(zhǎng)度不均衡現(xiàn)象,射孔效率比較低,使得儲(chǔ)層改造效果不明顯。

目前常規(guī)射孔方式主要包含定面射孔、螺旋射孔及定向射孔[8],裂縫起裂和擴(kuò)展受到儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力場(chǎng)演化規(guī)律及縫間干擾等因素影響[9-10]。相關(guān)學(xué)者對(duì)此開(kāi)展了大量研究,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化射孔不僅能間接影響油氣井產(chǎn)能,還能直接影響儲(chǔ)層增產(chǎn)效果[11]。劉海龍等[12]通過(guò)其建立的定向井水力壓裂起裂壓力預(yù)測(cè)模型,發(fā)現(xiàn)定面射孔的起裂壓力隨著地層彈性模量和泊松比的增大而增大。王濱等[13]在分析常規(guī)射孔裂縫發(fā)育的基礎(chǔ)上,提出交錯(cuò)定面射孔概念,此射孔方式在同一定面內(nèi)以及相鄰定面加強(qiáng)了射孔之間的聯(lián)系,易形成連通裂縫并有序擴(kuò)展,但應(yīng)用在地應(yīng)力非均質(zhì)地層,射孔效率不高,儲(chǔ)層改造效果不理想。段鵬輝等[14]對(duì)安塞油田長(zhǎng)6特低滲透儲(chǔ)層進(jìn)行定面射孔體積壓裂研究,在儲(chǔ)層水平主應(yīng)力差的條件下有效控制裂縫縱向擴(kuò)展距離,實(shí)現(xiàn)了低滲透段剩余油的挖潛。李東傳等[15]通過(guò)定射角射孔器試驗(yàn)研究了15°～45°射角對(duì)穿孔的影響,發(fā)現(xiàn)增大射角會(huì)導(dǎo)致穿孔深度的下降。彪仿俊等[16]采用三維有限元法對(duì)螺旋射孔條件下地層破裂進(jìn)行了研究,分析了不同射孔方位角、相位角及射孔密度對(duì)地層破裂壓力的影響。姜滸等[17]開(kāi)展了大型真三軸水力壓裂物理模擬實(shí)驗(yàn),研究了水力裂縫在定向射孔下不同射孔方位角和水平主應(yīng)力差下的起裂、延伸、轉(zhuǎn)向、破裂壓力和形態(tài)變化,結(jié)果表明:破裂壓力與射孔方位角呈正比關(guān)系,水平主應(yīng)力差對(duì)裂縫轉(zhuǎn)向距離影響很大。郭天魁等[18]基于Abaqus有限元軟件,建立了三維單級(jí)三簇射孔和單孔段裂縫起裂計(jì)算模型,研究簇間干擾對(duì)裂縫起裂的影響,發(fā)現(xiàn)在兩側(cè)射孔產(chǎn)生的附加應(yīng)力干擾下,中間射孔開(kāi)啟壓力增加,起裂方式為從端部射孔開(kāi)始向中部射孔發(fā)展。

上述研究表明,優(yōu)化射孔參數(shù)及壓裂施工參數(shù),能夠有效降低裂縫起裂的破裂壓力,保證射孔開(kāi)啟,提高射孔效率,并促使多簇裂縫更加均衡擴(kuò)展,提升儲(chǔ)層壓裂體積改造效果。針對(duì)川中地區(qū)秋林區(qū)塊沙溪廟河道致密組砂巖儲(chǔ)層現(xiàn)階段水平井分段多簇射孔、高強(qiáng)度加砂壓裂技術(shù)存在的問(wèn)題,該文采用數(shù)值模擬方法,通過(guò)建立研究區(qū)河道致密砂巖儲(chǔ)層局部模型,利用不同巖石力學(xué)參數(shù)、射孔參數(shù)及施工參數(shù)對(duì)地層破裂壓力與裂縫橫向延伸的影響展開(kāi)研究。該研究可為河道致密砂巖儲(chǔ)層水平井壓裂技術(shù)提供相關(guān)指導(dǎo)。

1 數(shù)值模擬方法

1.1 三維離散格子法

1.1.1模型原理

該文采用基于綜合巖體技術(shù)與離散格點(diǎn)理論的三維離散格子方法模擬水力壓裂過(guò)程中射孔簇的起裂、擴(kuò)展與延伸。該方法使用黏結(jié)顆粒模型將巖石顆粒簡(jiǎn)化成節(jié)點(diǎn),彈簧表示具有彈性特征的巖石接觸面,光滑節(jié)理模型模擬射孔起始簇或巖體中預(yù)存的不連續(xù)弱面。格點(diǎn)連接帶有法向剛度與剪切剛度的彈簧,彈簧的拉張剪切對(duì)應(yīng)了巖石的拉剪破壞,位于破裂彈簧中心的幣狀流體單元間可形成管網(wǎng)以供流體流動(dòng)。眾多由彈簧連接的準(zhǔn)隨機(jī)分布節(jié)點(diǎn)組成格點(diǎn)彈簧網(wǎng)絡(luò),節(jié)理能夠以任意方位放置其中,用以精確高效地表征裂縫斷裂[19]。

1.1.2力學(xué)模型

三維離散格子法通過(guò)動(dòng)態(tài)顯式算法直接處理節(jié)理的斷裂、張開(kāi)、閉合、滑移,有較好的穩(wěn)定性。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,其位移規(guī)律可由中心差分方程[20]表示

(1)

(2)

格點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型利用節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位移計(jì)算彈簧的受力變化[20]

(3)

微觀彈簧與宏觀巖體的抗拉剪強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系[21]

(4)

式中,FN,max與FS,max分別為彈簧的斷裂拉力與斷裂剪力,N;at與as分別為抗拉和抗剪強(qiáng)度的校正系數(shù),無(wú)量綱;T與C分別為宏觀巖體抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度,Pa;R為網(wǎng)格單元尺寸,m;μ為摩擦系數(shù),無(wú)量綱。

當(dāng)彈簧的法向應(yīng)力FN超過(guò)抗拉強(qiáng)度或剪切應(yīng)力FS超過(guò)抗剪強(qiáng)度,彈簧發(fā)生拉張破壞或剪切破壞。彈簧破壞后產(chǎn)生微裂紋,此時(shí)彈簧所受的力都為0,即FN=FS=0。

1.1.3流體流動(dòng)模型

裂縫中流體流動(dòng)是通過(guò)流體單元管道網(wǎng)絡(luò)模型求解的,其中假定管道寬度與管道長(zhǎng)度相等,流體沿管道從流體單元A到B的流量公式[20]為

(5)

kr=S2(3-2S)

(6)

式中,q為流體流量,m3/s;β為無(wú)量綱系數(shù);kr為相對(duì)滲透率,無(wú)量綱;w為裂縫寬度,m;μ為流體黏度,Pa·s;pA和pB分別為流體單元A和B處的流體壓力,Pa;ρw為流體密度,kg/m3;g為重力加速度,m/s2;zA和zB分別為流體單元A和B處的標(biāo)高,m;S為含水飽和度,無(wú)量綱。

流動(dòng)過(guò)程中隨時(shí)間變化的流動(dòng)演化模型通過(guò)顯示計(jì)算方法求解,在流動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)Δtf內(nèi),流動(dòng)壓力增量Δp的計(jì)算公式[20]為

(7)

1.1.4流固耦合方法

該文采用由PeterCundall提出的機(jī)械不可壓縮流體流固耦合方法,進(jìn)行流體注入誘發(fā)裂縫或巖體中預(yù)存節(jié)理與巖石變形的耦合。這種方法通過(guò)巖石變形及初始裂縫寬度求解裂縫滲透率。受滲透率影響,流壓作用于裂縫表面進(jìn)而影響巖石變形;而巖石的變形又反過(guò)來(lái)導(dǎo)致裂縫寬度及流壓變化,進(jìn)而造成裂縫滲透率的變化[20]。

1.2 數(shù)模方法流程圖

結(jié)合三維離散格子法中的力學(xué)模型、流體流動(dòng)模型、流固耦合方法,將巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力等地質(zhì)參數(shù)賦予到巖體基質(zhì),并利用射孔破裂相關(guān)參數(shù)在基質(zhì)中預(yù)置幾何節(jié)理(平面不連續(xù)體),再輸入施工參數(shù)開(kāi)展水力壓裂模擬,并預(yù)測(cè)最終裂縫形態(tài)以及計(jì)算施工過(guò)程中地層破裂壓力,具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 數(shù)值模擬流程圖(圖片重制自Zhang等[22]及Zhao等[23])

1.3 模型驗(yàn)證

三維離散格子法是基于顆粒流程序(Particle Flow Code,PFC)與黏結(jié)顆粒模型的簡(jiǎn)化方法,計(jì)算效率更高[20]。Fu等[24]開(kāi)展了拉伸和斷裂韌性試驗(yàn)的數(shù)值模擬,并匹配相同條件下物模實(shí)驗(yàn)的流體壓力,斷裂位置、尺寸以及先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中裂縫與層理弱面的交互形態(tài)驗(yàn)證了相關(guān)力學(xué)模型及流體流動(dòng)模型。Zhang等[25]采用該方法建立等效限流射孔完井模型進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)尺度的壓裂模擬,模擬所得的流體壓強(qiáng)曲線與現(xiàn)場(chǎng)施工曲線基本一致,進(jìn)一步驗(yàn)證了此模型的準(zhǔn)確性。

2 致密砂巖螺旋射孔壓裂數(shù)值模型

2.1 單段多簇螺旋射孔模型

以川中地區(qū)秋林區(qū)塊沙溪廟組水平井QL17井其中一段為例,基于三維離散格子法建立了套管、水泥環(huán)和地層的整體模型。該油井水平段的垂直頂深為2 157 m,油管內(nèi)徑88.9 mm,套管壁厚12.09 mm,水泥環(huán)厚度30 mm,所處地層地質(zhì)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工參數(shù)見(jiàn)表1。為確保套管、井筒和射孔間相互匹配,除部分巖石力學(xué)參數(shù)(斷裂韌性、抗拉強(qiáng)度)取自川中砂巖儲(chǔ)層普適性參數(shù)[26],表1中其他參數(shù)均參考現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

表1 川中地區(qū)秋林區(qū)塊沙溪廟組QL17井地質(zhì)與壓裂施工參數(shù)

以水平段單段段長(zhǎng)、理想裂縫縫長(zhǎng)及有效儲(chǔ)層厚度為參數(shù)建立300 m×80 m×30 m的巖體模型,開(kāi)展水平井單段多簇螺旋射孔優(yōu)化。由于射孔孔徑(毫米級(jí))、水平井筒直徑(分米級(jí))與水力裂縫長(zhǎng)度(可達(dá)百米級(jí))差別較大[25],前人通常采用等比例縮小的方法建立實(shí)驗(yàn)尺度的射孔數(shù)值模型以實(shí)施數(shù)值模擬。這不僅忽視了多簇壓裂時(shí)應(yīng)力陰影的影響,也無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)泵注結(jié)束后裂縫的完整幾何形態(tài)。為模擬油田尺度多簇裂縫的有效起裂及均勻擴(kuò)展,該文結(jié)合螺旋射孔在三維坐標(biāo)系下方位與平滑節(jié)理模型建立了等效射孔模型(見(jiàn)圖2)。具體方法:首先根據(jù)射孔的孔數(shù)、孔徑、孔距在井筒內(nèi)放置0.438 m的圓柱形流體管道等效射孔隧道;再在孔道中間位置布置長(zhǎng)度等于孔深、寬度和起始縫寬等于孔徑的矩形節(jié)理面,以等同射孔;最后將近井筒摩阻等效為射孔隧道的壓力損失。為探討射孔相位角對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,模型中水平井方位與最小水平主應(yīng)力方向相同,并保持每簇首個(gè)射孔與最大水平主應(yīng)力σH方向一致。

圖2 三維單段多簇螺旋裂縫起裂與延伸模型

2.2 敏感性參數(shù)數(shù)模實(shí)驗(yàn)

對(duì)儲(chǔ)層工區(qū)巖石力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確分析是研究多簇壓裂效果的前提[27]。由于川中地區(qū)秋林區(qū)塊沙溪廟組儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),不同巖石礦物組分影響其力學(xué)性質(zhì)(部分井彈性模量相差達(dá)15 GPa),可壓性差異會(huì)導(dǎo)致射孔效率差異。不同強(qiáng)度的砂巖也會(huì)直接影響孔彈的穿深[28]。不僅如此,裂縫擴(kuò)展后造成的巖石結(jié)構(gòu)變形,在一定距離會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力或應(yīng)力陰影改變其原有地應(yīng)力場(chǎng),形成裂縫轉(zhuǎn)向及非均勻擴(kuò)展。為了最大程度改善此區(qū)域儲(chǔ)層改造效果,重點(diǎn)研究了巖石力學(xué)參數(shù)(彈性模量)、射孔參數(shù)(孔徑、相位角)以及施工參數(shù)(簇間距)對(duì)地層破裂壓力與裂縫橫向延伸的影響,數(shù)模實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 數(shù)模敏感性實(shí)驗(yàn)參數(shù)

3 致密砂巖螺旋射孔影響因素分析

3.1 基礎(chǔ)案例

圖3描述了基礎(chǔ)案例(基于表1中的工程地質(zhì)參數(shù),并保持所有敏感性實(shí)驗(yàn)參數(shù)不變)從裂縫起裂—生長(zhǎng)—延伸的整個(gè)演化過(guò)程?？捎^察到:當(dāng)流體從圖3右邊(根部)向圖3左邊(趾部)持續(xù)注入10 s時(shí),每簇雖有部分射孔無(wú)法正常開(kāi)啟,但均在垂直于井筒方向形成縫高小于5 m的小尺度裂縫,裂縫最大縫寬較小,多數(shù)為直縫;注入5 min時(shí),裂縫已頗具規(guī)模,最大縫寬可達(dá)0.015 m,應(yīng)力陰影作用明顯,之前存在小角度傾斜的裂縫已發(fā)生轉(zhuǎn)向,無(wú)裂縫合并;當(dāng)注入7 min時(shí),由于垂向地應(yīng)力較小,靠近注入口末端的裂縫開(kāi)始產(chǎn)生次生裂縫,受應(yīng)力陰影作用影響的裂縫間發(fā)生合并,第6簇裂縫已擴(kuò)展到巖體頂端;泵注結(jié)束時(shí),存在大量裂縫交互,并在靠近注入口處形成復(fù)雜裂縫。

泵注結(jié)束時(shí)裂縫在水平方向的延伸見(jiàn)圖3(e)。流體由圖3(e)上方往下方注入,由圖3(e)可以觀察到裂縫擴(kuò)展時(shí)的最大縫寬出現(xiàn)在距離井筒一定距離的位置而非注入口處。這可能是由于泵注結(jié)束前,裂縫縫高已接近儲(chǔ)層頂端,受邊界限制,流體及裂縫擴(kuò)展轉(zhuǎn)向最大水平主應(yīng)力方向。最大縫寬的轉(zhuǎn)移也增大了近井筒彎曲度,進(jìn)而造成部分裂縫偏單向延伸[25]。

由于壓裂液黏度系數(shù)與排量較大,最終形成了最大縫長(zhǎng)約75 m、最大縫寬約0.024 m的8簇縫長(zhǎng)較均勻的水力裂縫。

圖3 基礎(chǔ)案例模擬過(guò)程中裂縫形態(tài)時(shí)間演化圖

3.2 彈性模量

圖4為針對(duì)強(qiáng)非均質(zhì)性砂巖儲(chǔ)層的不同彈性模量條件下,裂縫擴(kuò)展10 min時(shí)的縫寬輪廓圖。為更好地表征不同參數(shù)對(duì)巖石破裂壓力的影響,取所有模擬結(jié)果對(duì)應(yīng)流體壓強(qiáng)曲線中的最高點(diǎn)為壓裂過(guò)程中的破裂壓力,結(jié)果見(jiàn)表3。圖4顯示了不同條件對(duì)段內(nèi)各簇儲(chǔ)層改造體積及標(biāo)準(zhǔn)差的影響,標(biāo)準(zhǔn)差越小,分簇裂縫擴(kuò)展越均勻。

圖4 注入10 min時(shí)不同彈性模量條件下裂縫形態(tài)圖

由圖4可知,當(dāng)所施工區(qū)域彈性模量較低時(shí)(13.16 GPa),整體縫長(zhǎng)小、縫寬大,對(duì)比高彈性模量(33.16 GPa)的地層,其儲(chǔ)層改造體積更均勻(見(jiàn)圖5)。應(yīng)力陰影影響弱,裂縫更容易沿最大水平主應(yīng)力方向獨(dú)立擴(kuò)展,相較于高彈性模量地層裂縫轉(zhuǎn)向更不明顯。對(duì)于高彈性模量?jī)?chǔ)層,與較低彈性模量地層相比,其裂縫整體縫高更大,延伸時(shí)彎曲更嚴(yán)重,裂縫交互更明顯[29]。

表3 模擬過(guò)程中不同條件下巖石破裂壓力數(shù)值

原因可能是當(dāng)高抗形變巖石破裂一段時(shí)間后,很大程度影響了地應(yīng)力的分布,進(jìn)而增強(qiáng)了應(yīng)力陰影效應(yīng),這與才博等[30]的發(fā)現(xiàn)一致。模擬結(jié)果顯示,相較于其他案例,高彈性模量還會(huì)導(dǎo)致巖石破裂后,裂縫垂向生長(zhǎng)所受阻力減小,裂縫整體縱向生長(zhǎng)更接近儲(chǔ)層頂端。彈性模量為彈性材料形變未超過(guò)其彈性限度時(shí)抵抗應(yīng)變的能力,因此,儲(chǔ)層彈性模量越高,所需的破裂壓力越大。據(jù)表3可知,與較高儲(chǔ)層彈性模量(33.16 GPa與基礎(chǔ)案例)相比,彈性模量為13.16 GPa的砂巖儲(chǔ)層破裂壓力最低,為60.92 MPa。

圖5 泵注結(jié)束后儲(chǔ)層改造體積與標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比圖

3.3 射孔孔徑

圖6展示了9 、11 mm(基礎(chǔ)案例,見(jiàn)圖3)和13 mm射孔孔徑在泵注10 min后裂縫縫長(zhǎng)與縫高的形態(tài)。對(duì)比基礎(chǔ)案例,當(dāng)射孔孔徑較小時(shí),縫寬更小,裂縫更容易沿最大水平方向擴(kuò)展。當(dāng)射孔孔徑減小時(shí),注入口容量會(huì)隨之減少,射孔摩阻將限制流體流入,整體縫長(zhǎng)并未明顯增大。較窄的孔道也意味著填砂容量小,孔道流動(dòng)面積小,增大了油氣流動(dòng)的阻力和速度,不利于產(chǎn)能提高。

相比于較小射孔孔徑,13 mm射孔孔徑壓裂造縫縫寬更大,所需破裂壓力更大。部分裂縫在延伸過(guò)程中雖更易受應(yīng)力陰影影響發(fā)生彎曲而與相鄰裂縫交互,所形成的次生裂縫也更多。

然而,由于起始簇縫寬增加,相同時(shí)間內(nèi)注入量也會(huì)增多,相較于其他案例,13 mm射孔孔徑壓裂最終形成的每簇裂縫改造體積更加均勻(見(jiàn)圖5),射孔孔徑增大也有益于后續(xù)支撐劑的注入與運(yùn)移。

圖6 注入10分鐘時(shí)不同射孔孔徑條件下裂縫形態(tài)圖

3.4 射孔相位角

在孔密恒定的情況下,分別研究了45°、60°(基礎(chǔ)案例,見(jiàn)圖3)與90°射孔相位角,模擬10 min后裂縫形態(tài)(見(jiàn)圖7)?？梢杂^察到,由于45°與90°射孔相位角平行于垂向應(yīng)力或水平主應(yīng)力,受應(yīng)力陰影影響更弱,裂縫相較于60°射孔相位角更不容易彎曲交互。對(duì)于較小射孔相位角(45°),由于其沿井筒方向孔眼排列更緊密,流線彎曲增加了流動(dòng)時(shí)能量的損失,很大程度上增加了破裂時(shí)的難度(見(jiàn)表3)。而如圖5所示,由于45°射孔相位角對(duì)比60°與90°射孔相位角布孔角度更廣,所形成的裂縫改造體積更均勻。且當(dāng)射孔相位角為45°時(shí),相較于60°與90°相位角,套管強(qiáng)度能保持在較高比值范圍內(nèi),這對(duì)油氣井的生產(chǎn)壽命很有利。

3.5 簇間距

保持段長(zhǎng)不變,簇間距為6 m、8 m(基礎(chǔ)案例,見(jiàn)圖3)和10 m條件下,持續(xù)注入10 min的裂縫形態(tài)(見(jiàn)圖8)。對(duì)比基礎(chǔ)案例,隨著簇間距減小,裂縫整體平均縫寬增大,縫長(zhǎng)擴(kuò)展較不均勻,所需破裂壓力更大(見(jiàn)表3)。在趾部觀察到更多裂縫在垂直于最小水平主應(yīng)力方向擴(kuò)展一段位移后發(fā)生轉(zhuǎn)向,多簇裂縫聚攏在近井筒位置形成復(fù)雜裂縫,這給后續(xù)加砂帶來(lái)挑戰(zhàn)。而當(dāng)給定的簇間距增大時(shí),相較于小簇間距形成的縫長(zhǎng)整體上更均勻。除趾部和根部?jī)啥肆芽p因受巖體模型邊界限制發(fā)生裂縫合并外,其他簇均獨(dú)立擴(kuò)展,并傳播到更遠(yuǎn)的位置。從圖5可觀察到,簇間距對(duì)砂巖儲(chǔ)層壓裂的改造體積的影響不大,需開(kāi)展更多研究以獲取最優(yōu)簇間距。

圖7 注入10 min時(shí)不同射孔相位角條件下裂縫形態(tài)圖

圖8 注入10 min時(shí)不同簇間距條件下的裂縫形態(tài)圖

4 結(jié) 論

(1)川中地區(qū)秋林區(qū)塊沙溪廟組河道致密砂巖儲(chǔ)層彈性模量是影響巖石破裂及儲(chǔ)層改造均勻性的主要因素。當(dāng)砂巖儲(chǔ)層彈性模量較小時(shí),破裂壓力低,整體縫寬明顯增大,裂縫橫向擴(kuò)展受到明顯抑制,應(yīng)力陰影影響得到改善,各簇儲(chǔ)層改造體積較均勻?？赏ㄟ^(guò)改善射孔及施工參數(shù)的方式進(jìn)一步優(yōu)化儲(chǔ)層改造效果。

(2)降低射孔孔徑能一定程度降低破裂壓力,改善簇間干擾,阻止次生裂縫的形成;但由于摩阻更大,所形成的儲(chǔ)層改造體積更不均衡,孔道過(guò)小也不利于后續(xù)的填砂提產(chǎn)。

(3)使用與地應(yīng)力方向相同的射孔可以有效改善應(yīng)力陰影,使裂縫擴(kuò)展更加獨(dú)立。降低射孔相位角會(huì)使儲(chǔ)層改造體積整體更均勻,但同時(shí)也加重了流體流線彎曲,增大裂縫起裂的難度。

(4)簇間距是簇間干擾的主控因素,減小簇間距會(huì)增加起裂時(shí)的破裂壓力,降低射孔效率。