体积压裂形成复杂网络裂缝的影响因素

体积压裂

体积压裂是在水力压裂的过程中，通过在主裂缝上形成多条分支缝或者沟通天然裂缝，最终形成不同于常规压裂的复杂裂缝网络，增加井筒与储集层接触体积，改善储集层的渗流特征及整体渗流能力，从而提高压裂增产效果和增产有效期。其主要特点有以下几点。

(1) 复杂网络裂缝扩展形态

常规压裂以形成双翼对称裂缝为目的，在致密油藏中垂直于裂缝面方向的基质渗流能力并未得到改善。体积压裂的裂缝是在三维方向卜形成相互交错的网状裂缝或者树状裂缝，在缝网区域形成一定的改造体积，增大了泄油体积。

(2) 复杂渗流机理

油气在复杂缝网中的渗流机理至今仍没有理想的研究成果。文献[7」研究了页岩基质向复杂缝网中的渗流，考虑裂缝中达西流和基质中扩散流的双机理渗流以及压敏性对渗透率的影响，建立了天然裂缝发育的双重孔隙度模型，但求解用拟压力的方法进行了标准简化。目前比较主流的观点是采用分形理论来精确刻画缝网内的渗流特性，利用缝网中主裂缝与次裂缝的自相似性，建v.油气在复杂缝网中的渗流模型。

(3) 裂缝发生错断、滑移、剪切破坏

剪切缝是岩石在外力作用下破裂并产生滑动位移，在岩层表面形成不规则或凹凸不平的几何形状，具有自我支撑特性的裂缝。体积压裂过程中裂缝的扩展形式不是单一的张开型裂缝，当压力低于最小水平主应力时，产生剪切断裂。(4) 诱导应力和多缝应力干扰裂缝发生转向

当裂缝延伸净压力大于2个水平主应力的差值与岩石的抗张强度之和时，容易在主裂缝卜产生分叉缝，分叉缝延伸到一定距离后又恢复到原来的裂缝方位，最终多个分叉缝便形成复杂的裂缝网络。

体积压裂能否形成复杂网络裂缝，取决于储集层地质和压裂施工工艺两方面因素。

1.1地质因素

(1)储集层岩石的矿物成分储集层岩石的矿物成分会影响岩石的力学性质，从

而影响裂缝的起裂方式和延伸路径。研究证明，硅质含量较高、且钙质填充天然裂缝发育的页岩最易形成复杂缝网，增产效果好。黍占土矿物含量较高的页岩或者缺少硅质和碳酸盐岩夹层的储集层实现体积压裂非常困难‘2’。岩石矿物成分与缝网形成的难易程度可用脆性指数来表示。脆性指数的概念融合了泊松系数和杨氏模量的双重含义，也可以用岩石中的脆性矿物质(石英等硅质矿物和碳酸盐矿物)所占比例表示。岩石中的脆性矿物质含量越高，脆性指数越大;岩石的综合杨氏模量越大，泊松比越小，脆性指数越大，越容易产生剪切裂缝，进而容易形成缝网。不同储集层的矿物组分差异较大，使用的改造技术和液体体系各不相同(表1)。

(2)储集层天然裂缝在大多数情况下，体积压裂缝网主要由人工裂缝沟通天然裂缝而形成，因此，储集层天然裂缝的发育程度和方位都会影响人工裂缝的延伸、缝网的形成。研究表明:在人工裂缝和天然裂缝夹角较小的情况下(小于300)，无论水平应力差多大，天然裂缝都会张开，改变原有的延伸路径，为形成缝网创造条件;当人工裂缝与天然裂缝夹角为中等角度(300-600)，在水平低应力差情况下，天然裂缝会张开，具有形成缝网的条件，而在水平高应力差情况下天然裂缝将不会张开，主裂缝直接穿过天然裂缝向前延伸，不具有形成缝网的条件;当人工裂缝与天然裂缝夹角较大时(大于600)，无论水平应力差多大，天然裂缝都不会张开，主裂缝直接穿过天然裂缝向前延伸，不具备形成缝网的条件。

积。

另外，影响体积压裂缝网形成的因素还有地应力的各向异性、沉积相变等。地应力各向异性越强，越易形成窄缝网，在主裂缝两侧不易形成分支裂缝，更不利于形成复杂缝网。相反，当地应力各向异性较弱时，体积压裂容易形成宽的缝网，改造体积扩大。

1.2施工工艺因素

文献[16」指出“并非所有页岩储集层都是一样的”，致密油藏也如此。因此，不同的储集层地质特征，体积压裂所需的施工条件不同，需要对压裂液类型及用量、支撑剂类型及浓度和泵的排量等参数优化设计。体积压裂形成网络裂缝的复杂程度可以用裂缝复杂指数来表征。对于不同储集层，开发效果最好的缝网裂缝复杂指数值不同。以下是实施体积压裂形成复杂缝网的压裂设计的一些规律。

(1)在中等渗透率(K>1 mD)油气藏中，应当减小裂缝复杂指数;当储集层渗透率非常低(K<0.01 mD)时，提高裂缝复杂指数会使产能有显著的提高。由于致密油藏中压裂液滤失量很大，而缝网规模和导流能力受压裂液滤失影响程度也很大，因此，综合考虑认为，储集层渗透率在0.01 mD量级小缝网最优，在0.000 1

mD量级范围，大缝网开发效果最好。

(2)形成大缝网、高裂缝复杂指数缝网的有利条件:①大排量，施工排量大于103/min

m②大液量，单井用液量2271 -56783m③低茹度，低砂液比，平均砂液比为3%-5%，最高砂液比不超过10%.大排量、中等茹度的压裂液(线性胶、低茹度交联剂，或者两者混用)可以提高携砂能力，形成中等复杂程度的缝网。

(3)尽管体积压裂采用大排量、大液量的施工，次裂缝导流能力仍然有限。泵人高强度、小粒径的支撑剂(70-100目或40-70目陶粒)可以支撑远井地带的裂缝。也可以通过提高主裂缝导流能力降低对次裂缝导流能力的要求，在压裂后期，适当提高砂液浓度，泵送较大粒径、高强度支撑剂，可使主裂缝进一步充分扩展。5结论

（1）体积压裂的最终目的是形成复杂缝网以提高增产效果，其主要特点是:复杂网络裂缝扩展形态，复杂的渗流机理，裂缝发生错断、滑移、剪切的复杂力学行为，以及充分利用诱导应力场和多缝应力干扰使裂缝发生转向。

(2)体积压裂缝网形成的影响因素包括地质因素和施工工艺因素。在不同的地质条件下，能够达到最优开发效果的施工工艺各有差异。

(3)数值模拟研究表明，体积压裂技术能极大地提高单井产能，并且缝网内压力波及均匀，避免了单一裂缝开采时间过长造成的近井地带低压现象。

(4)我国致密油藏成因各异，沉积特征多样，岩性和物性复杂，裂缝特征各有不同。将体积压裂技术应用到致密油藏，决不能一味照搬页岩气的开发理念，关键是对储集层进行压裂前适应性评价，而后采用配套的工艺技术。

(5)在致密油藏成为开发热点的今天，体积压裂技术必将成为突破开发瓶颈的关键技术。