閆相禎,李向陽

(1.中國石油大學(xué)油氣CAE技術(shù)研究中心,山東青島 266580;2.中國石油大學(xué)CNPC物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249）

基于裂縫干涉模型的非常規(guī)油氣井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)與應(yīng)用

閆相禎1,李向陽2

(1.中國石油大學(xué)油氣CAE技術(shù)研究中心,山東青島 266580;2.中國石油大學(xué)CNPC物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249）

基于復(fù)合斷裂力學(xué)解析方法和能量平衡原理,考慮非常規(guī)油氣儲(chǔ)層巖石高脆性和低滲透性特點(diǎn),研究水平井分段壓裂誘導(dǎo)裂縫間應(yīng)力相互干擾條件下裂縫擴(kuò)展的力學(xué)機(jī)制和縫內(nèi)變密度支撐劑運(yùn)移規(guī)律。根據(jù)水力壓裂裂縫擴(kuò)展的擬三維模型和考慮縫內(nèi)流體沿縫長、縫高二維流動(dòng)的全三維模型,分別考慮水平井單井縫網(wǎng)壓裂和雙井同步壓裂形成網(wǎng)狀裂縫狀態(tài),建立考慮縫間應(yīng)力干擾的誘導(dǎo)網(wǎng)狀裂縫體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,采用Visual Studio 2012開發(fā)平臺(tái),研制設(shè)計(jì)軟件3D-UGMulti-Fracture。根據(jù)斷裂力學(xué)和滲流力學(xué)原理研究水力壓裂過程中不同密度支撐劑在網(wǎng)狀裂縫內(nèi)的運(yùn)移過程。利用微地震技術(shù)對(duì)同步壓裂井實(shí)施裂縫監(jiān)測(cè),檢測(cè)結(jié)果與軟件計(jì)算結(jié)果具有很好的一致性。按照壓裂工藝設(shè)計(jì)要求,優(yōu)化排液量和砂比等參數(shù),增加裂縫有效支撐長度,提高裂縫導(dǎo)流能力。

非常規(guī)油氣;裂縫干涉模型;體積壓裂;微地震監(jiān)測(cè);變密度支撐劑;軟件開發(fā)

壓裂改造對(duì)油氣儲(chǔ)量有效開發(fā)有著重要的意義[1-5]。水力壓裂技術(shù)是開采非常規(guī)天然氣(煤層氣、頁巖氣和砂巖氣）的主要方式之一,壓裂過程需要將摻入不同化學(xué)物質(zhì)的流體與支撐劑混合液注入到目的層以形成工程裂縫聯(lián)通通道,達(dá)到釋放天然氣的目的。油氣田在壓裂施工之前需要對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)量進(jìn)行評(píng)價(jià)并采用相關(guān)模型進(jìn)行壓裂方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石具有高脆性、各向異性及低滲透的特性,應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行體積裂縫改造以形成網(wǎng)狀裂縫。目前國內(nèi)外主流壓裂工程軟件主要針對(duì)常規(guī)油氣田開發(fā)設(shè)計(jì),對(duì)于非常規(guī)油氣田開發(fā)中的多級(jí)縫網(wǎng)壓裂、非均勻地應(yīng)力的影響、壓裂液的高濾失性、誘導(dǎo)裂縫與天然裂縫間的相互干擾、定向井、水平井雙井體積壓裂設(shè)計(jì)等尚存在許多亟待解決的理論和數(shù)值計(jì)算問題[6-7]。因此對(duì)于非常規(guī)油氣田壓裂開發(fā)技術(shù),建立合理的地質(zhì)力學(xué)模型、形成可靠的模擬壓裂理論和數(shù)值計(jì)算方法顯得尤為重要。Jeffrey等[8-9]提出采用縫內(nèi)一維流動(dòng)模型模擬壓裂液和支撐劑流動(dòng)規(guī)律,該模型對(duì)于裂縫長度遠(yuǎn)大于裂縫高度的工況較準(zhǔn)確,當(dāng)縫長、高相近時(shí)計(jì)算誤差較大。Olson[10]基于壓裂誘導(dǎo)裂縫與天然裂縫相互干擾而形成的網(wǎng)狀裂縫模型研究裂縫擴(kuò)展的力學(xué)機(jī)制,但未考慮縫內(nèi)流體流動(dòng)、壓裂液濾失特點(diǎn)及變密度支撐劑運(yùn)移規(guī)律等。筆者基于復(fù)合斷裂力學(xué)解析方法和能量平衡原理,采用縫內(nèi)壓裂液二維流動(dòng)壓裂裂縫模型,并考慮非常規(guī)油氣儲(chǔ)層的高濾失性特點(diǎn),研究水平井分段壓裂誘導(dǎo)裂縫間應(yīng)力相互干擾條件下裂縫擴(kuò)展的力學(xué)機(jī)制、縫內(nèi)變密度支撐劑運(yùn)移規(guī)律、鋪砂濃度和濾失性影響。建立考慮縫間應(yīng)力干擾的誘導(dǎo)網(wǎng)狀裂縫體積壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。以吉林油田松南中央凹陷特低滲區(qū)塊為例,考慮地質(zhì)構(gòu)造、地層特性和儲(chǔ)層頂?shù)装暹M(jìn)行三維建模,利用聲波測(cè)井資料解釋該區(qū)地應(yīng)力。通過現(xiàn)場(chǎng)微地震檢測(cè)結(jié)果,利用“采用非常規(guī)油氣井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)與產(chǎn)能預(yù)測(cè)軟件(3D-UGMulti-Fracture Designer）”對(duì)該區(qū)塊壓裂井網(wǎng)狀裂縫的形狀和方位進(jìn)行分析,并對(duì)支撐劑密度、裂縫有效支撐長度和變密度支撐劑用量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)際壓裂施工效果,優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)壓裂工藝與排注方案。

1 軟件結(jié)構(gòu)及功能

3D-UGMulti-Fracture Designer主要應(yīng)用于非常規(guī)天然氣單、多井水力壓裂過程中地應(yīng)力計(jì)算、網(wǎng)狀裂縫間應(yīng)力相互干擾的裂縫形態(tài)預(yù)測(cè)、網(wǎng)狀裂縫的形成條件、支撐劑密度對(duì)裂縫有效支撐長度的影響以及考慮裂縫方位和形狀工況下的天然氣產(chǎn)能預(yù)測(cè)等。

軟件主要有3個(gè)模塊：壓裂前期計(jì)算模塊、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊和產(chǎn)能預(yù)測(cè)模塊。壓裂前期計(jì)算模塊主要研究巖體在不同工況下的破裂壓力和裂縫延伸閉合壓力,分析不同井深處巖石的分層地應(yīng)力以及井筒周圍應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的變化,為后續(xù)壓裂誘導(dǎo)裂縫擴(kuò)展與設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

軟件功能主要包括：不同巖性巖體破裂壓力、閉合壓力研究;巖體分層地應(yīng)力、井筒附近單點(diǎn)地應(yīng)力分析;裂縫三維延伸過程分析(包括裂縫幾何尺寸、縫內(nèi)壓力分布）,可以實(shí)現(xiàn)直井、水平井分段壓裂、雙井同步壓裂以及變排量、變密度支撐劑模擬,壓裂后生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),并給出裂縫條數(shù)、導(dǎo)流能力等對(duì)產(chǎn)能的影響規(guī)律。軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0軟件結(jié)構(gòu)Fig.1 Software structure of 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0

2 儲(chǔ)層分層地應(yīng)力計(jì)算

地層破裂壓力是壓裂設(shè)計(jì)和施工工藝的一項(xiàng)重要參數(shù)。壓裂作業(yè)時(shí),考慮非均勻地應(yīng)力及縫內(nèi)壓力分布的地層主裂縫開裂力學(xué)模型如圖2所示。

假設(shè)分析點(diǎn)巖石為各向同性彈性體,分析任意層位的三向主應(yīng)力總和分別由重力應(yīng)力、地層孔隙壓力、構(gòu)造應(yīng)力與溫度應(yīng)力分量組成,采用三維彈性力學(xué)模型得到地層3個(gè)主應(yīng)力封閉解表達(dá)式[11-13]為

式中,σzi、σHmaxi、σHmini分別表示天然氣儲(chǔ)層垂向、水平最大、最小主應(yīng)力分量;υi、ρi、hi、pi、αi、Ei、Ti和T0i分別為i層巖石泊松比、密度、厚度、孔隙壓力、線膨脹系數(shù)、彈性模量、溫度和初始溫度。T0i、Ti、pi可由開發(fā)過程中實(shí)測(cè)資料得到,ρi、hi、υi、αi、Ei可分別由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井資料與巖心的試驗(yàn)室分析得到,構(gòu)造應(yīng)力可由水力壓裂曲線得到。

圖2 壓裂施工地層破裂模型Fig.2 Fracture model of fracturing formation

根據(jù)線性孔隙彈性理論,在考慮孔隙壓力及庫倫-摩爾準(zhǔn)則有效應(yīng)力情況下得到地層滲透和地層不滲透兩種情況下的破裂壓力計(jì)算公式[13-16]：

式中,μs為地層的靜態(tài)泊松比;pf為地層破裂壓力; pp為地層孔隙壓力;α為最大主應(yīng)力方向構(gòu)造應(yīng)力系數(shù);St為地層抗拉強(qiáng)度;σv為上覆巖層壓力;Es為地層的靜態(tài)楊氏模量;ε1、ε2為構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)。

圖3為測(cè)井資料以及通過該數(shù)據(jù)計(jì)算得到的儲(chǔ)層分層地應(yīng)力結(jié)果。

圖3 軟件地應(yīng)力模塊計(jì)算結(jié)果Fig.3 Stress calculation software modules

3 誘導(dǎo)網(wǎng)狀裂縫優(yōu)化設(shè)計(jì)

該模塊實(shí)現(xiàn)考慮裂縫間應(yīng)力干擾的直井、水平井分段壓裂和同步壓裂,預(yù)測(cè)網(wǎng)狀裂縫截面、延伸長度、縫內(nèi)壓力分布以及變支撐劑密度工況下的裂縫內(nèi)導(dǎo)流能力和鋪砂濃度分布,并實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果的三維顯示(圖4,5）。對(duì)于網(wǎng)狀裂縫的擴(kuò)展采用復(fù)合斷裂力學(xué)準(zhǔn)則,即擴(kuò)展點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1保持為近似等于臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KIC,裂縫邊界上任一點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子為

然后考察網(wǎng)狀裂縫模型各主裂縫內(nèi)流體壓力分布以及縫內(nèi)砂濃度鋪分析結(jié)果[17-18]。

圖4 水平井網(wǎng)狀裂縫分布模型Fig.4 Horizontal wells fracture network distribution model

圖5 直井、水平井多級(jí)壓裂輸出結(jié)果Fig.5 Output results of vertical and horizontal well staged fracturing

(1）沉積高度的計(jì)算。對(duì)于前置液階段,不存在砂粒的沉積問題。則新增的平均沉砂高度為

(2）前置液階段xi處流速ui,j。在前置液階段,不存在沉砂高度。得到任一裂縫截面xi處的流體流速為

(3）攜砂液階段xi處流速ui,j。攜砂液階段任一裂縫截面的流體流速為

式中,G為剪切模量;υ為泊松比;a(s）為某一點(diǎn)處的裂縫半長;W(x,y）為裂縫在該點(diǎn)處的寬度; (Hs）i,j-1為沉積的平均高度,m;(Vp）i,j為j時(shí)刻i段支撐劑體積,m3;li,j、li+1,j為在j時(shí)i段兩端的長度(從縫口算起）;wi,j、wi+1,j為在j時(shí)i段兩端的縫寬, m;c為壓裂液濾失系數(shù);t為泵注時(shí)間,min;ui,j為j時(shí)刻對(duì)應(yīng)xi點(diǎn)的流速,m/s;(Hs）i,j為tj時(shí)刻,在xi上的沉砂高度,m。

4 非常規(guī)天然氣井產(chǎn)能預(yù)測(cè)

該模塊在考慮煤巖、砂巖、頁巖絕對(duì)/相對(duì)滲透率、孔隙度、裂縫條數(shù)以及裂縫導(dǎo)流能力等參數(shù)的基礎(chǔ)上研究天然氣產(chǎn)出速度隨井底流壓的變化規(guī)律,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)非常規(guī)天然氣的產(chǎn)能預(yù)測(cè)。

壓裂水平井的產(chǎn)液流動(dòng)由兩部分構(gòu)成,一是從裂縫向井筒的流動(dòng),二是從油藏基質(zhì)向井筒的流動(dòng)。本軟件采用的產(chǎn)能計(jì)算公式[19-20]為

式中,q為水平井總產(chǎn)量,m3/d;qm為不存在裂縫基質(zhì)流向井筒的產(chǎn)量,m3/d;qfi為從第i條裂縫流向水平井井筒的產(chǎn)量,m3/d;kh為水平滲透率,10-3μm2; kf為裂縫平均滲透率,10-3μm2;xf為裂縫半長;w為Nf條裂縫平均張開寬度,m;Nf為垂直裂縫條數(shù);h為油層厚度,m;G1為啟動(dòng)壓力梯度,MPa/m;μ0為黏度,mPa·s;B0為體積系數(shù),m3/m3;re為供給半徑,m;β為油層各向異性比值;a為橢圓泄油邊界的半長軸,m;L為水平井水平段長度,m;Δpe為生產(chǎn)壓差,MPa。圖6為考慮裂縫模型的非常規(guī)天然氣產(chǎn)能計(jì)算結(jié)果。

圖6 非常規(guī)天然氣產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果Fig.6 Unconventional gas production forecasting curve

5 實(shí)例分析及結(jié)果討論

吉林油田松南中央凹陷區(qū)面積達(dá)7044 km2,屬于大型油氣盆地中-高資源豐度區(qū),其中石油資源量為1.04×108t,天然氣資源量為4860×108m3。該區(qū)平均有效滲透率為(2～5）×10-3μm2,孔隙度為9%～12%,產(chǎn)層厚度為2～10 m。根據(jù)巖心觀察、取心試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試井?dāng)?shù)據(jù),采用3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0軟件,對(duì)吉林油田松南區(qū)塊J-27等四口天然氣井進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì),J-27井儲(chǔ)層壓裂參數(shù)：5#煤層,射孔深度962.8～975.4 m,壓裂液為活性水,產(chǎn)層彈性模量27 GPa,產(chǎn)層泊松比0.17,破裂壓力34.7 MPa,停泵壓力31.3 MPa,閉合壓力23.8 MPa,產(chǎn)層孔隙度11.7%,產(chǎn)層滲透率1.0× 10-3μm2。

5.1 井下微地震裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果

水力壓裂過程中,誘導(dǎo)裂縫周圍薄弱層面的穩(wěn)定性受到影響,發(fā)生剪切滑動(dòng)產(chǎn)生類似于沿?cái)鄬影l(fā)生的“微地震”或“微天然地震”。微地震輻射彈性波頻率較高,波譜位于聲波頻率范圍內(nèi),該彈性波信號(hào)可以用精密傳感器在鄰井中探測(cè)到,并通過數(shù)據(jù)處理分析得出震源信息[21-27]。非常規(guī)油氣儲(chǔ)層成縫過程中,隨著微地震在時(shí)間和空間上的產(chǎn)生,裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果連續(xù)不斷地更新,形成了裂縫延伸的“動(dòng)態(tài)圖”。通過該圖可直觀得到裂縫方位和長度的平面視圖,且可計(jì)算出裂縫頂部、底部深度和裂縫兩翼的長度。微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果用于對(duì)軟件分析結(jié)果正確性的對(duì)比校核。

5.2 水力壓裂網(wǎng)狀裂縫的計(jì)算

J-27井壓裂注排方案：活性水+石英砂施工排量7.5 m3/min,平均砂比8%,最高砂比15%,前置液用量200 m3,壓裂液用量600 m3,頂替液23.4 m3。

采用四段式注入攜砂液得到J-27井壓裂裂縫軟件結(jié)果圖、微地震裂縫監(jiān)測(cè)圖和有限元模擬圖如圖7所示。

圖7 J-27井分段壓裂網(wǎng)絡(luò)裂縫計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.7 Comparison of segmented fracture networks distribution of J-27 well

圖8給出采用3種不同工況下的J-27水平井分段壓裂裂縫分布,3種不同方法得到該水平井第三段裂縫縫長、縫高值分別為(264.4 m、13.01 m）、 (245 m、9.30 m）和(270.6 m、0 m）,對(duì)比微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果可得到軟件與擴(kuò)展有限元計(jì)算縫長誤差分別為7.92%和10.45%。

壓裂過程中,底層與產(chǎn)層的最小主應(yīng)力相差小,裂縫向下延伸嚴(yán)重;蓋層與產(chǎn)層應(yīng)力相差大,裂縫向上延伸受阻,進(jìn)一步增加了縫內(nèi)凈壓力,加劇了裂縫向下延伸。由裂縫截面形狀及縫內(nèi)壓力分布(圖8）得到裂縫有效長度為132.20 m,最大縫寬為9.54 mm,縫內(nèi)最大凈壓力為27.16 MPa,上半縫高9.05 m,下半縫高3.96 m。

圖8 J-27井第三段有效裂縫及縫內(nèi)壓力分布Fig.8 Effective fracture geometry and pressure contours of J-27 well?s 3rd crack

5.3 水力壓裂排采方案優(yōu)選

圖9(a）顯示結(jié)果表明,按照排注方案,采用石英砂(1.72 g/cm3）作為支撐劑得到裂縫的有效支撐半長為45 m?？紤]到石英砂在裂縫內(nèi)沉降速度過快,有效支撐長度較短,因此,對(duì)排注方案進(jìn)行第一次優(yōu)化,即活性水+超低密度支撐劑施工排量5.5 m3/min,平均砂比20%,最高砂比30%～35%,形成縫網(wǎng)系統(tǒng)和支撐裂縫用液量最多450 m3。第一次優(yōu)化結(jié)果見圖9(b）,表明采用超低密度(0.8 g/cm3）支撐劑裂縫的有效支撐半長增加到115 m,裂縫增大使天然氣的產(chǎn)量大幅提升。降低了排量、增加了砂比且同時(shí)減少了用液量,但壓裂裂縫的有效支撐長度增加,達(dá)到了優(yōu)化的效果。

圖9 J27井主縫內(nèi)支撐劑密度分布Fig.9 Proppant density distribution of J-27 well main crack

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)證明,改進(jìn)后的方案使用了低密度支撐劑,增加了裂縫有效支撐面積,提高了裂縫的導(dǎo)流能力,增加了單井產(chǎn)量。

通過該軟件對(duì)另外3口天然氣井進(jìn)行模擬,模擬結(jié)果見表1。

表1 不同密度支撐劑條件下裂縫有效支撐縫長Table 1 Effective support length for different proppant density

圖10表明,支撐劑密度降低,裂縫有效面積增加,且有效裂縫邊緣不關(guān)于橫軸對(duì)稱,而是向下偏移,反映了支撐劑的沉降。比較表1可知,對(duì)4口天然氣井壓裂裂縫進(jìn)行模擬時(shí),軟件模擬結(jié)果較微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果稍大,偏差幅度在實(shí)測(cè)結(jié)果的10%內(nèi),但是考慮到地質(zhì)體建模以及施工工藝的復(fù)雜性,計(jì)算誤差在10%內(nèi)可以接受。同時(shí)降低支撐劑密度后,第三段裂縫的有效支撐長度增加。這是由于支撐劑密度對(duì)支撐劑的沉降有著重要影響,支撐劑在縫內(nèi)輸送過程不斷沉降,密度越大沉降越快,越易形成砂堵,從而減少裂縫有效支撐面積。

圖10 不同密度支撐劑裂縫有效支撐長度Fig.10 Effective support length of different fracture proppant density

從經(jīng)濟(jì)投入角度考慮,筆者對(duì)前述壓裂方案進(jìn)行第二次優(yōu)化。結(jié)果表明,當(dāng)活性水+變密度支撐劑施工排量5.5 m3/min,平均砂比15%,最高砂比25%～30%,攜砂液用量430 m3,支撐劑用量15 m3(1.2 g/cm3）+52.5 m3(1.5 g/cm3）,可以滿足裂縫以及導(dǎo)流能力要求,同時(shí)降低低密度支撐劑的使用量,達(dá)到降低成本的目的。

5.4 氣井產(chǎn)能預(yù)測(cè)影響因素

該軟件產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型的優(yōu)點(diǎn)在于其考慮了裂縫形狀以及裂縫條數(shù)對(duì)氣井產(chǎn)能的影響。模擬結(jié)果見圖11、12,當(dāng)支撐縫長為211.52 m時(shí),氣井產(chǎn)能峰值為2620 m3/d;支撐縫長為264.4 m時(shí),氣井產(chǎn)能峰值為3100 m3/d;支撐縫長為317.28 m時(shí),氣井產(chǎn)能峰值為3 550 m3/d;模擬結(jié)果直觀表明支撐劑密度對(duì)產(chǎn)能有較大影響。

圖11 裂縫支撐長度對(duì)煤層氣產(chǎn)能的影響Fig.11 Effect of crack support length on CBM production

當(dāng)裂縫條數(shù)從1條變?yōu)?條時(shí),對(duì)產(chǎn)能的影響較大,隨著裂縫條數(shù)的增加,氣井產(chǎn)能增長速率降低。通過上述分析,本軟件可為老井和低產(chǎn)井重復(fù)壓裂提高產(chǎn)能提供技術(shù)支持。

6 結(jié) 論

(1）3D-UGMulti-Fracture Designer軟件可以解決儲(chǔ)層分層地應(yīng)力計(jì)算、不同井型單、多井水力壓裂網(wǎng)狀裂縫分布及擴(kuò)展、變密度支撐劑在縫內(nèi)運(yùn)移分布以及產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究等問題。通過利用微地震技術(shù)對(duì)同步壓裂井實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)裂縫監(jiān)測(cè),軟件模擬結(jié)果與微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差小于10%,滿足工程要求。

(2）引入支撐劑擴(kuò)散方程,綜合應(yīng)用流體力學(xué)、滲流力學(xué)及有限元等理論,建立支撐劑在三維裂縫中的運(yùn)移模型,研究變密度支撐劑在任意組合工況下的裂縫有效支撐長度以及相應(yīng)工況下的產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果。

(3）通過優(yōu)化注排方案,減少排液量,增加裂縫的有效支撐長度,提高氣井產(chǎn)能。

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(編輯 劉為清）

Development and application of unconventional oil&gas well fracturing optimization design software based on fracture network interference model

YAN Xiang-zhen1,LI Xiang-yang2
(1.Oil and Gas CAE Technology Research Center,China University of Petroleum,Qingdao 266580,China; 2.CNPC Key Labortory of Geophysical Exploration,China University of Petroleum,Beijing 102249,China）

Based on compound fracture mechanics and energy balance principle,and considering the high brittleness and low permeability of the rock in the unconventional oil and gas reservoirs,the mechanical mechanism of crack propagation under the mutual stress interference between induced fracture of staged fracturing for horizontal wells and the transport regularity of variable density proppant in fractures were studied.Taking into account the forms of the network cracks respectively in the network fracturing of single horizontal well and the sync-fracturing of twin wells,a volume optimal design model of the induced reticular fracture was built considering the mutual stress interference between induced fractures.Meanwhile,the 3DUGMulti-Fracture software was developed with the Visual Studio 2012 development platform,according to the both simulated three-dimensional model of crack extension of the hydraulic fracture and the full three-dimensional model of the two dimensional flows along the crack length and height.The transport process of variable density proppant in the network fracture was studied on the basis of fracture mechanics and fluid mechanics.The fracturing process was monitored by the micro-seismic technology,and it was found that the calculated results via the developed software agree well with the test results.According to the design requirements,the parameters such as liquid discharge and sand ratio are optimized.The effective support length increases and flow capacity of the features is improved.

unconventional oil and gas;fracture interference model;volume fracturing;micro-seismic monitoring;variable density proppant;software development

TE 371

A

1673-5005(2013）05-0120-09

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.05.018

2013-06-30

國家自然科學(xué)基金委員會(huì)-中國石油天然氣集團(tuán)公司石油化工聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1262208）;國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51374228）;國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05037）

閆相禎(1956-）,男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橛蜌夤こ塘W(xué)。E-mail：yanxz@upc.edu.cn。