基于巖石力學(xué)的井周裂縫流體疏導(dǎo)性分析與產(chǎn)能評(píng)價(jià)

張翰林,蘇遠(yuǎn)大,王 淼,唐曉明

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津300459)

由于全球能源需求急速增長(zhǎng),非常規(guī)油氣藏逐漸成為國內(nèi)外勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域之一。其中,裂縫性油氣藏的產(chǎn)量與儲(chǔ)量在非常規(guī)油氣資源中占有較大比重,該類油氣藏是以裂縫為主要儲(chǔ)集空間與滲流通道的油氣藏,儲(chǔ)集層通常具有巖性致密、低孔低滲和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn),因此裂縫的流體疏導(dǎo)性能是決定儲(chǔ)層產(chǎn)能高低的重要因素。

國際上已有對(duì)于裂縫流體疏導(dǎo)性能及相關(guān)產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法的研究,BARTON等[1]提出了臨界應(yīng)力斷層理論,利用地應(yīng)力與裂縫幾何形態(tài)以及溫度測(cè)井研究斷層的水力傳導(dǎo)狀態(tài)。ZOBACK等[2]利用三維應(yīng)力莫爾圓分析了水力壓裂過程中孔隙壓力增加有助于誘發(fā)裂縫的開啟;KRUSZEWSKI等[3]利用三維應(yīng)力莫爾圓確定儲(chǔ)層接近臨界應(yīng)力狀態(tài)的優(yōu)勢(shì)通道。近幾年,國內(nèi)一些學(xué)者也開展了相關(guān)研究工作,陸云龍等[4]利用電成像提取的井壁裂縫結(jié)合三維莫爾圓開展了裂縫有效性分析工作。李思亦等[5]引入聲波遠(yuǎn)探測(cè)識(shí)別裂縫并研究了不同地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫的有效性。徐珂等[6]通過建立裂縫參數(shù)與產(chǎn)能的關(guān)系發(fā)現(xiàn)裂縫面應(yīng)力狀態(tài)與產(chǎn)能有較好的相關(guān)性。

本文基于電成像測(cè)井技術(shù)與近年發(fā)展起來的偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)[7-8]分別獲取井周從井壁到遠(yuǎn)井的裂縫信息,結(jié)合巖石力學(xué)方法計(jì)算裂縫的應(yīng)力狀態(tài)并分析井周裂縫流體疏導(dǎo)性能,將上述方法應(yīng)用于渤海地區(qū)潛山裂縫性油氣藏的產(chǎn)能評(píng)價(jià)中,驗(yàn)證了方法的有效性。

1 地應(yīng)力分析

1.1 地應(yīng)力方向

在鉆井的過程中,隨著井筒中巖心的取出,井孔周圍的應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化,井孔周圍的環(huán)向應(yīng)力分布可由Kirsch方程描述[9],即:

(1)

式中:σβ為井壁周圍的環(huán)向應(yīng)力;σH和σh分別代表地層最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力;R為井眼半徑;r為距離井眼中心的徑向距離;β為徑向r與最大水平主應(yīng)力方向的夾角;p為井中流體壓力。令σH=40MPa,σh=30MPa,p=30MPa,R=0.1m。

根據(jù)(1)式計(jì)算得出井孔附近地層環(huán)向應(yīng)力隨徑向距離變化的分布特征(圖1),可以明顯發(fā)現(xiàn)井孔周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,并且受應(yīng)力方位與徑向距離的影響較大。由于存在井孔應(yīng)力集中現(xiàn)象,在最大水平主應(yīng)力方向,井壁易進(jìn)入拉伸狀態(tài),同時(shí)巖石抗拉強(qiáng)度較低,易形成鉆井誘導(dǎo)產(chǎn)生的誘導(dǎo)縫,所以,利用井壁誘導(dǎo)縫的走向可指示最大水平主應(yīng)力方向[10]。

圖1 井壁附近環(huán)向應(yīng)力分布

通常誘導(dǎo)縫在井壁上發(fā)育數(shù)量多且方位不完全相同。因此,可以利用Fisher統(tǒng)計(jì)法計(jì)算誘導(dǎo)縫的平均方向,并基于誘導(dǎo)拉伸裂縫的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)判斷其數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性[11]。其定義為:

表1 誘導(dǎo)拉伸裂縫的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

(2)

(3)

(4)

式中:ωi為第i條井壁誘導(dǎo)縫的走向。

誘導(dǎo)縫的平均方位可表示為:

(5)

1.2 地應(yīng)力大小

通常,地層巖石受垂向應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力以及巖石內(nèi)部的孔隙壓力作用,其中,垂向應(yīng)力主要來自于上覆巖層的重力作用,可由密度測(cè)井資料計(jì)算得到。而水平方向上主應(yīng)力除了來自地層垂向應(yīng)力的作用,還受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈影響。

針對(duì)我國渤海灣盆地渤中19-6區(qū)塊深層的裂縫性潛山凝析氣田開展評(píng)價(jià)分析,由于該區(qū)域主控構(gòu)造為走滑斷層,且構(gòu)造區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力表現(xiàn)為:最大水平主應(yīng)力>垂向應(yīng)力>最小水平主應(yīng)力。因此,在眾多水平地應(yīng)力計(jì)算模型中我們采用適用于該區(qū)塊構(gòu)造情況的黃氏模型進(jìn)行計(jì)算[12-13],該區(qū)塊地應(yīng)力計(jì)算公式為:

(6)

式中:σV,σH,σh分別為地層的垂向應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力;g為重力加速度;h0,h為井段起始深度與終止深度;ρa(bǔ)ve為上覆巖層的平均密度;ρ為巖石的體積密度;v為泊松比;α為Biot系數(shù);Pp為孔隙壓力;βH,βh為地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)。

2 裂縫流體疏導(dǎo)性分析

2.1 裂縫應(yīng)力狀態(tài)分析

三維應(yīng)力莫爾圓是巖石力學(xué)中分析裂縫面應(yīng)力狀態(tài)的一種常用工具[8],在給定3個(gè)主應(yīng)力(σH,σh,σV)和地層孔隙壓力Pp的情況下,地層巖石的有效主應(yīng)力可表示為:

(7)

主應(yīng)力的3個(gè)正交方向形成如圖2a所示的笛卡爾坐標(biāo)系,裂縫在該坐標(biāo)系中的方位或其法線方向決定了裂縫面的應(yīng)力狀態(tài),裂縫面的法向單位向量n為:

圖2 裂縫的應(yīng)力狀態(tài)a 裂縫面的三軸應(yīng)力狀態(tài)示意; b 三維應(yīng)力莫爾圓

n=(sinθsinγ,sinθcosγ,cosθ)T

(8)

式中:γ是裂縫走向相對(duì)于σH的方位夾角;θ是裂縫的傾角;T表示轉(zhuǎn)置。在裂縫的法線方向上,裂縫面的有效正應(yīng)力為:

σn=sin2θ(σ′Hsin2γ+σ′hcos2γ)+σ′Vcos2θ

(9)

那么,裂縫面的切應(yīng)力為:

τn=

(10)

在確定地應(yīng)力大小和方位的情況下,可針對(duì)不同產(chǎn)狀裂縫利用三維應(yīng)力莫爾圓展開應(yīng)力狀態(tài)分析。對(duì)于井壁裂縫可利用電成像測(cè)井方法識(shí)別并準(zhǔn)確拾取產(chǎn)狀;針對(duì)遠(yuǎn)井裂縫則可通過偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)方法來識(shí)別,下面對(duì)遠(yuǎn)井裂縫產(chǎn)狀的拾取展開討論。

偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像采用方位角旋轉(zhuǎn)的方法從四分量偶極聲波數(shù)據(jù)中得到裂縫的方位角,其中,SH橫波數(shù)據(jù)是由一個(gè)偏振角度為φ的四分量數(shù)據(jù)所構(gòu)造[14-15]:

SH(φ)=xxcos2φ-sinφcosφ(xy+yx)+
yysin2φ

(11)

當(dāng)SH橫波偏振角度與裂縫走向方向一致時(shí),裂縫的SH波反射強(qiáng)度最大,因此,SH波振幅最大時(shí)的角度φ0即為裂縫走向角。沿著方位角φ0的方向成像,可以得到裂縫的二維圖像,并從中可以確定裂縫到井眼的距離以及裂縫的傾角θ。故利用偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像可以拾取遠(yuǎn)井裂縫的產(chǎn)狀。

然而,在使用(11)式確定方位時(shí),存在固有的180°不確定性,即φ0和φ0+180°同為該公式的解。因此,需要討論偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像中180°不確定性對(duì)于裂縫應(yīng)力分析的影響。由于φ在等式中以sin2φ和cos2φ的形式出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)是一個(gè)以180°為周期的函數(shù)。換言之,在(9)式和(10)式中,代入裂縫傾角θ,裂縫走向方位角φ0和φ0+180°會(huì)產(chǎn)生同樣的(σn,τn)值,所以,這種不確定性并不影響裂縫應(yīng)力狀態(tài)的計(jì)算。上述分析的重要意義在于,可以用偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像拾取遠(yuǎn)井裂縫的產(chǎn)狀,并且裂縫在偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像中的180°不確定性并不會(huì)影響裂縫面應(yīng)力狀態(tài)的確定。因此,巖石力學(xué)中的三維應(yīng)力莫爾圓與電成像測(cè)井技術(shù)、偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)可以有效結(jié)合起來計(jì)算井周裂縫的應(yīng)力狀態(tài)。

2.2 裂縫的臨界應(yīng)力狀態(tài)判別

基于裂縫應(yīng)力狀態(tài)的莫爾圓分析,可以結(jié)合莫爾-庫侖破裂準(zhǔn)則進(jìn)行裂縫臨界應(yīng)力狀態(tài)判別表征裂縫流體疏導(dǎo)性[1],對(duì)于利用(9)式和(10)式得到的應(yīng)力對(duì)(σn,τn),該準(zhǔn)則為:

τn=S0+μσn

(12)

式中:S0是巖石的內(nèi)聚力;μ是摩擦系數(shù)。

對(duì)于裂縫性巖石,S0?？珊雎?于是,(12)式與Byerlee的摩擦定律相似且0.6≤μ≤1[16],在三維應(yīng)力莫爾圓上繪制莫爾-庫侖破裂準(zhǔn)則線,將裂縫面應(yīng)力狀態(tài)的二維圖形劃分為兩部分,如圖3所示。在μ=0.6這條破裂線附近及以上的陰影區(qū)域定義為臨界應(yīng)力區(qū)域,在該區(qū)域內(nèi),裂縫被激活并容易開啟或發(fā)生滑移,具有良好的流體疏導(dǎo)特性。在破裂準(zhǔn)則線以下的區(qū)域,裂縫通常處于不活躍或封閉的狀態(tài),其流體疏導(dǎo)性能較差,難以作為有效的油氣滲流通道。

圖3 莫爾-庫侖破裂準(zhǔn)則下的三維應(yīng)力莫爾圓

2.3 不同地應(yīng)力狀態(tài)與孔隙壓力的模擬

由(9)式和(10)式可知,裂縫面的應(yīng)力對(duì)(σn,τn)不僅取決于裂縫方位角γ和θ,同時(shí)也受地應(yīng)力狀態(tài)的影響,所以需要注意的是,根據(jù)表2所示的Anderson相對(duì)地應(yīng)力大小和斷層分類模式可以確定地應(yīng)力相對(duì)大小關(guān)系[17]。其中,σ1,σ2,σ3分別表示最大地應(yīng)力、中間地應(yīng)力和最小地應(yīng)力,地應(yīng)力狀態(tài)強(qiáng)烈控制著臨界應(yīng)力狀態(tài)(σn,τn)在莫爾圓中的分布位置[18]。

表2 Anderson斷層應(yīng)力分類

基于理論計(jì)算說明這種影響,設(shè)σ1,σ2,σ3的應(yīng)力值分別為70,50,40MPa,孔隙壓力為30MPa,令這3個(gè)地應(yīng)力值按表2分別交替賦值于3個(gè)主應(yīng)力(σH,σh,σV)來模擬正斷層、走滑斷層和逆斷層的應(yīng)力狀態(tài)。

對(duì)于正斷層類型(σV>σH>σh,圖4a左側(cè)),圖4a 右側(cè)模擬結(jié)果顯示莫爾圓中裂縫的方位角γ以順時(shí)針方向從0°逐漸增加至90°,傾角θ以逆時(shí)針方向從0°逐漸增加至90°,紅色區(qū)域代表裂縫的臨界應(yīng)力狀態(tài)表明,裂縫的方位角γ處于較小到中等范圍并且傾角θ為中到高傾角時(shí)趨于臨界應(yīng)力狀態(tài),此時(shí)裂縫具有較強(qiáng)的流體疏導(dǎo)性能;對(duì)于走滑斷層類型(σH>σV>σh,圖4b左側(cè)),圖4b右側(cè)模擬結(jié)果顯示,莫爾圓中裂縫的方位角γ以順時(shí)針方向從0°逐漸增加至90°,傾角θ以逆時(shí)針方向從0°逐漸增加至90°,紅色區(qū)域代表裂縫的臨界應(yīng)力狀態(tài)表明裂縫的方位角γ處于較小到中等范圍并且傾角θ為高傾角時(shí)趨于臨界應(yīng)力狀態(tài),此時(shí)裂縫具有較強(qiáng)的流體疏導(dǎo)性能;對(duì)于逆斷層類型(σH>σh>σV,圖4c左側(cè)),圖4c 右側(cè)模擬結(jié)果顯示,莫爾圓中裂縫的方位角γ以順時(shí)針方向從0°逐漸增加至90°,傾角θ同樣以順時(shí)針方向從0°逐漸增加至90°,紅色區(qū)域代表裂縫的臨界應(yīng)力狀態(tài)表明,裂縫的方位角γ處于中等到高的范圍并且傾角θ為低到中等傾角時(shí)趨于臨界應(yīng)力狀態(tài),此時(shí)裂縫具有較強(qiáng)的流體疏導(dǎo)性能。

圖4 不同斷層地應(yīng)力作用下的莫爾圓臨界應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域模擬a 正斷層; b 走滑斷層; c 逆斷層

根據(jù)(7)式可知,有效地應(yīng)力大小取決于地應(yīng)力與孔隙壓力大小,因此在給定地應(yīng)力大小的情況下,地層孔隙壓力Pp的大小對(duì)于臨界應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域的分布起著重要的作用。以圖4b走滑斷層類型為例(最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力、垂向應(yīng)力分別為70,50,40MPa),令孔隙壓力大小分別取25,30,35MPa模擬孔隙壓力變化對(duì)于裂縫流體疏導(dǎo)性能的影響。由圖5的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),若孔隙壓力較小,無論裂縫產(chǎn)狀是否為優(yōu)勢(shì)破裂情況,裂縫都處于較穩(wěn)定的狀態(tài)不易發(fā)生破裂,故流體疏導(dǎo)性能較差,隨著孔隙壓力的不斷增加,裂縫臨界應(yīng)力狀態(tài)可包含的裂縫產(chǎn)狀范圍逐漸增加,裂縫更易于發(fā)生破裂,裂縫的流體疏導(dǎo)能力也逐漸增強(qiáng)。

圖5 不同孔隙壓力的莫爾圓臨界應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域模擬a 25MPa; b 30MPa; c 35MPa

因此隨著裂縫性油氣藏開發(fā)過程的進(jìn)行,地層孔隙壓力不斷下降會(huì)導(dǎo)致裂縫趨向閉合,此時(shí)可作為油氣輸運(yùn)通道的裂縫數(shù)量將減少從而導(dǎo)致產(chǎn)能降低;在實(shí)施水力壓裂或者注水開發(fā)的過程中,孔隙壓力隨著壓裂液或注水量的增加而增大,之前不易發(fā)生破裂的裂縫產(chǎn)狀也會(huì)逐漸達(dá)到臨界應(yīng)力狀態(tài),裂縫的流體疏導(dǎo)性能增加,產(chǎn)能也將大幅提高。

以上模擬實(shí)例清楚地表明,只有將測(cè)井得到的裂縫方位信息準(zhǔn)確地與實(shí)際地應(yīng)力狀態(tài)和孔隙壓力情況相結(jié)合,才能正確地表征井周裂縫是否具有流體疏導(dǎo)性能的臨界應(yīng)力狀態(tài)。

2.4 井周裂縫流體疏導(dǎo)性的定量評(píng)價(jià)

利用莫爾圓分析裂縫流體疏導(dǎo)能力的思路,提出一種基于巖石力學(xué)定量評(píng)價(jià)井周裂縫流體疏導(dǎo)能力的方法。由于臨界應(yīng)力狀態(tài)下的裂縫具有較好的疏導(dǎo)能力,同時(shí)裂縫面的內(nèi)聚力非常小,可忽略不計(jì)。所以,根據(jù)(12)式,可以利用摩擦系數(shù),即裂縫面的切應(yīng)力與正應(yīng)力之比,作為定量反映裂縫流體疏導(dǎo)性的重要指標(biāo)[19],即:

(13)

摩擦系數(shù)的大小可以評(píng)價(jià)裂縫流體滲流能力的強(qiáng)弱,但裂縫流體疏導(dǎo)性能與摩擦系數(shù)并非線性關(guān)系。因此,引入一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a對(duì)摩擦系數(shù)進(jìn)行校正,使得校正后的摩擦系數(shù)可準(zhǔn)確地定量反映裂縫流體疏導(dǎo)性能,即:

(14)

3 實(shí)例分析

3.1 區(qū)域地質(zhì)背景

渤中凹陷位于渤海灣盆地的東部渤海海域。其中,研究目標(biāo)區(qū)塊渤中19-6構(gòu)造區(qū)位于渤中凹陷西南部的深層構(gòu)造脊上,渤中19-6構(gòu)造區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),早印支運(yùn)動(dòng)、晚印支運(yùn)動(dòng)與燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)太古界變質(zhì)巖潛山的形成及裂縫的發(fā)育起關(guān)鍵作用[20-22]。由于該區(qū)塊儲(chǔ)層基質(zhì)表現(xiàn)為特低孔和特低滲特征,因此,裂縫為渤中19-6析氣田深層潛山儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間與滲流通道[23]。但裂縫性潛山巖性復(fù)雜且儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),井與井之間測(cè)試產(chǎn)能差異大,儲(chǔ)層產(chǎn)出能力評(píng)價(jià)面臨挑戰(zhàn)。

3.2 X井的井周裂縫流體疏導(dǎo)性分析

X井目標(biāo)層段是該區(qū)塊典型的變質(zhì)巖裂縫性儲(chǔ)層,其產(chǎn)能主要依靠于地層中發(fā)育的裂縫網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)。圖6中,第1道是自然伽馬曲線;第2道為深度;第3道是對(duì)四分量交叉偶極聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的偶極方位各向異性,其各向異性大小的變化范圍為1%～5%;第4道的各向異性方位變化表明,該層段各向異性是不同方位的多組裂縫交叉作用的結(jié)果;經(jīng)過偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像探測(cè)到兩條過井大裂縫,分別在N80°E/S80°W(第5道)和E50°S/W50°N(第6道)方位獲得最佳成像結(jié)果。成像圖顯示,井眼附近徑向深度25m范圍內(nèi)的幾個(gè)主要的高角度(60°～80°)的裂縫。在這兩個(gè)方位的大裂縫與井眼相交的5m內(nèi),遠(yuǎn)探測(cè)成像結(jié)果在圖6最右側(cè)的電成像測(cè)井中得到驗(yàn)證。除了大量的低角度裂縫外,電成像圖像中的高角度裂縫顯示出與遠(yuǎn)探測(cè)成像中的高角度裂縫方位一致。電成像圖還顯示高角度裂縫存在近乎相反的傾向,但是由于前面所提到的偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)的180°不確定性,這種傾向相反的差異在第5道與第6道的遠(yuǎn)探測(cè)成像圖中無法探測(cè)到。然而,這種不確定性并不影響利用三維莫爾圓來計(jì)算裂縫面的應(yīng)力狀態(tài)。

圖6 X井過井大裂縫的偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)成像與過井處電成像結(jié)果

井壁電成像測(cè)井結(jié)果顯示,該井在太古界潛山段(累計(jì)厚度為445.3m)共拾取誘導(dǎo)縫65條,利用(2)式至(5)式求取最大水平主應(yīng)力方向?yàn)?9.5°,標(biāo)準(zhǔn)差為11.4°。根據(jù)表1質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為A,因此該最大水平主應(yīng)力方向的計(jì)算結(jié)果有較高可靠性。根據(jù)(6)式計(jì)算可得地層的最大水平主應(yīng)力為144MPa;最小水平主應(yīng)力為80MPa;垂向應(yīng)力為109MPa;地層孔隙壓力測(cè)試值為67.5Mpa。根據(jù)表2的Anderson分類標(biāo)準(zhǔn),該儲(chǔ)層具有與圖4b相似的走滑斷層所對(duì)應(yīng)的地應(yīng)力狀態(tài),利用(9)式與(10)式計(jì)算該段井壁以及遠(yuǎn)井裂縫的應(yīng)力狀態(tài),并通過(12)式判斷臨界應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域,三維應(yīng)力莫爾圓分析結(jié)果如圖7所示。

圖7 X井大裂縫過井處裂縫群在三維莫爾圓上分布的分析結(jié)果

特別值得注意的是,分析結(jié)果表明圖7中所示的位于兩個(gè)不同方位的大尺度過井裂縫(紅點(diǎn))均處于臨界應(yīng)力區(qū)域。對(duì)于井壁電成像圖中拾取的井壁裂縫(黑點(diǎn)),只有高角度裂縫處于臨界應(yīng)力狀態(tài),這意味著該儲(chǔ)層的產(chǎn)量主要來自于高傾角裂縫的貢獻(xiàn),而非低角度裂縫,與圖4b的模擬結(jié)果一致,特別是由于裂縫相交段位于儲(chǔ)層段內(nèi),從遠(yuǎn)探測(cè)成像圖中可以清楚地看到裂縫在地層中的延伸,清晰地指示了儲(chǔ)層油氣的輸送通道,為油田開發(fā)生產(chǎn)的規(guī)劃提供了有效信息。

3.3 用裂縫疏導(dǎo)性能解釋不同井之間的產(chǎn)能差異

渤中19-6區(qū)塊A井中的4043.40～4142.00m段,B井的3879.00～3998.66m段和C井的4411.00～4499.80m段同處于渤中19-6區(qū)塊中的變質(zhì)巖潛山段,且均為裂縫發(fā)育層段,分別發(fā)育裂縫54,35,92條,對(duì)這3個(gè)層段中的所有裂縫利用(9)式和(10)式進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算,對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析得到如圖8所示τn-σn應(yīng)力狀態(tài)分布。

圖8 A,B,C井裂縫發(fā)育段的裂縫應(yīng)力狀態(tài)分析

基于圖8中3個(gè)裂縫發(fā)育層段的裂縫應(yīng)力狀態(tài)結(jié)果可得出初步結(jié)論:A井裂縫段中大部分裂縫位于破裂準(zhǔn)則線之下,處于非臨界應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域,可以作為油氣運(yùn)移通道的裂縫數(shù)量較少,故裂縫流體疏導(dǎo)性能較弱;B井與C井在裂縫段中位于破裂準(zhǔn)則線以上或破裂線附近的裂縫較多,處于臨界應(yīng)力狀態(tài),故多數(shù)裂縫趨于開啟或錯(cuò)動(dòng),有著較強(qiáng)的流體疏導(dǎo)性能,但C井裂縫段的裂縫密度明顯大于B井,因此預(yù)測(cè)C井產(chǎn)能也將高于B井,A井產(chǎn)能最低。

為了得到更加準(zhǔn)確的分析結(jié)果,通過(14)式計(jì)算校正后的裂縫摩擦系數(shù)并加權(quán)到裂縫密度中[24],然后使其沿著測(cè)試層段深度進(jìn)行積分,構(gòu)造一個(gè)針對(duì)于整個(gè)裂縫發(fā)育層段流體疏導(dǎo)性能的定量評(píng)價(jià)指數(shù)F,即:

(15)

式中:e為裂縫密度;h0和h分別為裂縫測(cè)試層段起始深度與終止深度。

計(jì)算得出A井、B井與C井裂縫發(fā)育層段的流體疏導(dǎo)性能評(píng)價(jià)指數(shù)F分別為5.0,13.4和33.1。表3為對(duì)應(yīng)的地層測(cè)試結(jié)果?？梢园l(fā)現(xiàn),其產(chǎn)氣量與計(jì)算的評(píng)價(jià)指數(shù)F值有較好的相關(guān)性(圖9)。產(chǎn)能預(yù)測(cè)是一項(xiàng)需要綜合考慮多種因素的難題,這一結(jié)果不僅驗(yàn)證了從巖石力學(xué)角度評(píng)價(jià)裂縫流體疏導(dǎo)性的合理性與有效性,也為裂縫性油氣藏產(chǎn)能評(píng)價(jià)提供了可靠的方法,同時(shí)解決了該區(qū)塊凝析氣田太古界潛山儲(chǔ)層不同井之間產(chǎn)能差異大的難題,可為油田現(xiàn)場(chǎng)試油與開采方案的制定提供合理的依據(jù)。

表3 A,B和C井地層測(cè)試結(jié)果

圖9 A,B,C井測(cè)試層段產(chǎn)能與流體疏導(dǎo)性能評(píng)價(jià)指數(shù)F值

4 結(jié)論

1) 將電成像測(cè)井技術(shù)、偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)所拾取的井周裂縫與巖石力學(xué)分析相結(jié)合,形成了井周從井壁到遠(yuǎn)井范圍內(nèi)裂縫的流體疏導(dǎo)性能分析方法,并且利用校正后的摩擦系數(shù)可以完成定量評(píng)價(jià),實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫性儲(chǔ)層的產(chǎn)能評(píng)估與預(yù)測(cè)。

2) 基于模擬不同斷層類型下地應(yīng)力狀態(tài)與孔隙壓力大小的臨界應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域表明,除裂縫的方位外,地應(yīng)力狀態(tài)與孔隙壓力大小對(duì)于評(píng)價(jià)裂縫是否處于臨界應(yīng)力狀態(tài)相當(dāng)重要。

3) 在非均質(zhì)性強(qiáng)且基質(zhì)低孔低滲的裂縫性潛山儲(chǔ)層產(chǎn)能評(píng)價(jià)中的應(yīng)用表明,本文建立的裂縫流體疏導(dǎo)性分析與產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法有效且可靠,能夠?yàn)橛吞锏母咝ч_發(fā)提供依據(jù)與有效指導(dǎo)。