页岩气水平井水力压裂应力阴影研究
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Nagel， 2011
应力阴影效应和微震事件：数值模拟
三维应力场为：裂缝间距、页岩力学性质、就地应力比的函数 连续元和离散元模拟的对比 Continuum vs. Distinct Element Modeling 水力压裂和应力阴影效应数值模拟： • FLAC3D（三维，连续元） • UDEC（二维，离散元）， Universal Distinct Element Code
Cheng, 2009
横缝 Transverse
纵缝 Longitudinal
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Cheng, 2009
3平行裂缝在缝间距为100ft时的最小水平应力变化
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Fisher, 2004
应力阴影影响水平井横缝生长示意图
1. 如果射孔簇过密，应力阴影效应会使水力裂缝在压裂段的跟部和趾部发育 2. 应力阴影效应使裂缝延伸方向偏移，产生与主缝正交的次要裂缝，开成复 杂裂缝网络
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背景 Background
知
无知
更大的无知
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Fisher, 2004
《微地震监测优化Barnett Shale水平井完井》 基于Barnett Shale 11口井微地震监测分析，结论： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 射孔簇位置与裂缝位置关系不大。 在一个压裂段内，一或两个射孔簇优于三或更多（应力阴影效应）。 水力裂缝与天然裂缝明显相互作用。 对于水平井，更大液体量并不必然增加裂缝网络长度和产量。 水力裂缝大多地遏制在Barnett下段和上段。 实时微震监测导致数个施工匆忙改变。 最初180天水平井产量比直井高2至3倍。 固井完井比未固井完井更不确定。 未固井完井似乎比固井完井更具统计上的产量优势在试验区。
2004 2009 2010 2011 2012 2013
注：共统计25篇英文论文
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Warpinski, 1989
Warpinski, Norman R., et al: “Altered-Stress Fracturing”. SPE paper 17533, JPT, September 1989, pp 990-997.
研究历程
2011
Nagel 数值模拟+微震监测
2004
Fisher 微震监测揭示应力阴影效应
1989
Warpinski “改变应力压裂 Altered-stress Fracturing”
1946
Sneddon 裂缝附近应力场分布
应力阴也已经有10年； 过去重点为长期生产/注水作业，当前焦点是水平井完井和压裂设计优化
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水力压裂和应力阴影
Damjanac, B., I. Gil, M. Pierce, M. Sanchez-Nagel, A. Van As, and J. McLennan, 2010, “A New Approach to Hydraulic Fracturing Modeling in Naturally Fractured Reservoirs", Paper ARMA 10-400 presented at ARMA 44th U.S. Rock Mechanics/5th US-Canadian Rock Mechanics Symposium, Salt Lake City, UT, USA, June 27-30. A worldwide survey on fracturing pressures by the Delft Fracturing Consortium (Papanastasiou, 1997), indicated that net pressures encountered in the field commonly are 50% to 100% higher than their corresponding values predicted by conventional fracturing simulators. The implementation of hydraulic fracturing operations in naturally fractured rocks has not been accompanied by modeling techniques tailored specifically for this kind of formations. In most cases, such models undergo a period of “calibration”, in order to reproduce the results obtained in the field.
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Fisher, 2004
应力阴影效应影响距离约为缝高的1.5倍 利用微震或测斜仪裂缝监测等方法研究也已经有10年。
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通道压裂增产效果比滑溜水压裂和复合压裂更好。
复合压裂增产效果好于滑溜水压裂。
当使用通道压裂技术的时候，所用支撑剂的影响提高了。 更高的支撑剂浓度（最大支撑剂浓度）和更高的平均支撑剂浓度（总的 支撑剂体积除以总的总的泵送压裂液体积）都能提高井的产量。 射孔簇之间的间距太近对增产效果有阻碍作用，特别是在滑溜水压裂中。
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近10年Stress Shadow 论文
关于 Stress Shadow 的论文数量统计
9 8
Nagel
7
6 5 4 3 2 1 0
Fisher
Cheng
论文数量
应力阴影 Stress Shadow
赵争光 Fracman 2014.12.05
DOC. NO.: RVS201412FT003 A Rock Vision Solutions Service
大纲 Outline
背景 Background
Frac-China
原理及历史 Theory & History 研究方法 Methods 压裂应用 Applications 论坛相关资料下载
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Sneddon, 1946
分析（Sneddon和Elliot, 1946）和数值（Roussel, 2011）应力分布
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1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
大连理工大学 李宏 教授， 岩石力学
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/forum.php?mod=viewthread&tid=1136&extra=page%3D1
论文内容：
主要研究缝高 小型压裂测试 mini-frac 有限元法 Finite-element calc. 没出现 stress shadow字样 但提出 altered-stress concept 该研究可防止压到上覆水层
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应力阴影
应力阴影 Stress Shadow 1. Sneddon （1946）最早研究了裂 缝附近的应力分布 2. 应力场的变化，主要是最小水平应 力Shmin的增大，被称为应力阴影效 应（stress shadow effect）或简 称为应力阴影（stress shadow）
1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
Halliburton, 2013
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1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
MicroSeismic Inc., 2014
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Cheng, 2009
应力场的改变形成“屏障”（barrier to fracture propagation）， 阻止裂缝延伸
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大纲 Outline
背景 Background
Frac-China
原理及历史 Theory & History
研究方法 Methods 压裂应用 Applications 论坛相关资料下载
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水力压裂和应力阴影
利用非均质支撑剂分布进行 Eagle Ford 页岩完井评价， SPE 149390， 2011
使用自组织映射（SOM）对低气油比的数据组进行统计分析。结果如下：
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2. 关于应力阴影的学术报告
第二届页岩气国际学术研讨会， 北京， 2014.12.05-07 中国石油大学 陈勉 教授 《中国川渝地区页岩气开发中的几个岩石力学问题》 观点一： 井壁稳定性：页岩地层不连续，微裂缝+层理：针对强水敏页岩地层井壁失 稳机理与对策提出了：“井壁围岩裂缝萌生、发展、贯穿解体模型”新概念 观点二： 压裂地质力学 （1）地应力精细描述 DRA-Kaiser （2） 脆性评价：脆性与弹性没关系，有 关系也是经验性的，不能用声波测井去测量，举个例子：巧克力在太阳底下 比较软，放冰箱时就比较脆，但成份没有变化 （3）声发射实验 （4）水力 裂缝与天然裂缝的关系：能不能穿透 终止或沿裂缝延伸 （5）应力阴影：研 究透应力阴影问题，可能在压裂施工中不是按照设计的第1、2、3、4段的 顺序压裂，而是现场调整为1、3、2、4的顺序压裂取得更好的结果。
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Nagel， 2011
应力阴影效应和微震事件：数值模拟
三维应力场为：裂缝间距、页岩力学性质、就地应力比的函数 连续元和离散元模拟的对比 Continuum vs. Distinct Element Modeling 水力压裂和应力阴影效应数值模拟： • FLAC3D（三维，连续元） • UDEC（二维，离散元）， Universal Distinct Element Code
Cheng, 2009
横缝 Transverse
纵缝 Longitudinal
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Cheng, 2009
3平行裂缝在缝间距为100ft时的最小水平应力变化
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Fisher, 2004
应力阴影影响水平井横缝生长示意图
1. 如果射孔簇过密，应力阴影效应会使水力裂缝在压裂段的跟部和趾部发育 2. 应力阴影效应使裂缝延伸方向偏移，产生与主缝正交的次要裂缝，开成复 杂裂缝网络
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背景 Background
知
无知
更大的无知
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Fisher, 2004
《微地震监测优化Barnett Shale水平井完井》 基于Barnett Shale 11口井微地震监测分析，结论： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 射孔簇位置与裂缝位置关系不大。 在一个压裂段内，一或两个射孔簇优于三或更多（应力阴影效应）。 水力裂缝与天然裂缝明显相互作用。 对于水平井，更大液体量并不必然增加裂缝网络长度和产量。 水力裂缝大多地遏制在Barnett下段和上段。 实时微震监测导致数个施工匆忙改变。 最初180天水平井产量比直井高2至3倍。 固井完井比未固井完井更不确定。 未固井完井似乎比固井完井更具统计上的产量优势在试验区。
2004 2009 2010 2011 2012 2013
注：共统计25篇英文论文
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Warpinski, 1989
Warpinski, Norman R., et al: “Altered-Stress Fracturing”. SPE paper 17533, JPT, September 1989, pp 990-997.
研究历程
2011
Nagel 数值模拟+微震监测
2004
Fisher 微震监测揭示应力阴影效应
1989
Warpinski “改变应力压裂 Altered-stress Fracturing”
1946
Sneddon 裂缝附近应力场分布
应力阴也已经有10年； 过去重点为长期生产/注水作业，当前焦点是水平井完井和压裂设计优化
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水力压裂和应力阴影
Damjanac, B., I. Gil, M. Pierce, M. Sanchez-Nagel, A. Van As, and J. McLennan, 2010, “A New Approach to Hydraulic Fracturing Modeling in Naturally Fractured Reservoirs", Paper ARMA 10-400 presented at ARMA 44th U.S. Rock Mechanics/5th US-Canadian Rock Mechanics Symposium, Salt Lake City, UT, USA, June 27-30. A worldwide survey on fracturing pressures by the Delft Fracturing Consortium (Papanastasiou, 1997), indicated that net pressures encountered in the field commonly are 50% to 100% higher than their corresponding values predicted by conventional fracturing simulators. The implementation of hydraulic fracturing operations in naturally fractured rocks has not been accompanied by modeling techniques tailored specifically for this kind of formations. In most cases, such models undergo a period of “calibration”, in order to reproduce the results obtained in the field.
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Fisher, 2004
应力阴影效应影响距离约为缝高的1.5倍 利用微震或测斜仪裂缝监测等方法研究也已经有10年。
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通道压裂增产效果比滑溜水压裂和复合压裂更好。
复合压裂增产效果好于滑溜水压裂。
当使用通道压裂技术的时候，所用支撑剂的影响提高了。 更高的支撑剂浓度（最大支撑剂浓度）和更高的平均支撑剂浓度（总的 支撑剂体积除以总的总的泵送压裂液体积）都能提高井的产量。 射孔簇之间的间距太近对增产效果有阻碍作用，特别是在滑溜水压裂中。
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近10年Stress Shadow 论文
关于 Stress Shadow 的论文数量统计
9 8
Nagel
7
6 5 4 3 2 1 0
Fisher
Cheng
论文数量
应力阴影 Stress Shadow
赵争光 Fracman 2014.12.05
DOC. NO.: RVS201412FT003 A Rock Vision Solutions Service
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原理及历史 Theory & History 研究方法 Methods 压裂应用 Applications 论坛相关资料下载
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Sneddon, 1946
分析（Sneddon和Elliot, 1946）和数值（Roussel, 2011）应力分布
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1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
大连理工大学 李宏 教授， 岩石力学
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/forum.php?mod=viewthread&tid=1136&extra=page%3D1
论文内容：
主要研究缝高 小型压裂测试 mini-frac 有限元法 Finite-element calc. 没出现 stress shadow字样 但提出 altered-stress concept 该研究可防止压到上覆水层
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应力阴影
应力阴影 Stress Shadow 1. Sneddon （1946）最早研究了裂 缝附近的应力分布 2. 应力场的变化，主要是最小水平应 力Shmin的增大，被称为应力阴影效 应（stress shadow effect）或简 称为应力阴影（stress shadow）
1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
Halliburton, 2013
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1. 同步压裂裂缝沟通的讨论
MicroSeismic Inc., 2014
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Cheng, 2009
应力场的改变形成“屏障”（barrier to fracture propagation）， 阻止裂缝延伸
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水力压裂和应力阴影
利用非均质支撑剂分布进行 Eagle Ford 页岩完井评价， SPE 149390， 2011
使用自组织映射（SOM）对低气油比的数据组进行统计分析。结果如下：
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2. 关于应力阴影的学术报告
第二届页岩气国际学术研讨会， 北京， 2014.12.05-07 中国石油大学 陈勉 教授 《中国川渝地区页岩气开发中的几个岩石力学问题》 观点一： 井壁稳定性：页岩地层不连续，微裂缝+层理：针对强水敏页岩地层井壁失 稳机理与对策提出了：“井壁围岩裂缝萌生、发展、贯穿解体模型”新概念 观点二： 压裂地质力学 （1）地应力精细描述 DRA-Kaiser （2） 脆性评价：脆性与弹性没关系，有 关系也是经验性的，不能用声波测井去测量，举个例子：巧克力在太阳底下 比较软，放冰箱时就比较脆，但成份没有变化 （3）声发射实验 （4）水力 裂缝与天然裂缝的关系：能不能穿透 终止或沿裂缝延伸 （5）应力阴影：研 究透应力阴影问题，可能在压裂施工中不是按照设计的第1、2、3、4段的 顺序压裂，而是现场调整为1、3、2、4的顺序压裂取得更好的结果。