1、第30卷第1期0引言水平井分段多簇压裂改造是低渗非常规油藏实现见产、增产的重要工艺技术，明确多簇压裂裂缝扩展规律，可促进裂缝向优势方向扩展13。低渗砂泥交互油藏地质特征复杂，储层纵横向非均质性强，分段多簇压裂过程中地应力场作用规律复杂，需建立低渗砂泥交低渗砂泥交互油藏压裂多裂缝扩展规律宋丽阳1，王纪伟1，刘长印1，孙志宇1，田宝刚2（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京102206；2.中国石化中原石油工程有限公司井下特种作业公司，河南 濮阳457164）基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目“基于机器学习的致密页岩油藏CO2压采一体化方法研究”（52204070）摘要针对低渗砂泥交互储层
2、水平井多段多簇压裂裂缝扩展特征复杂的问题，建立多裂缝扩展数值模型，研究不同储隔层应力差、隔层厚度、施工参数条件下压裂裂缝的扩展规律。研究表明：中低储隔层应力差、薄泥质隔层条件下，裂缝穿透隔层扩展，中间裂缝在应力干扰下纵向大幅扩展；高应力差条件下，缝高扩展受到抑制，中间缝长低于两侧缝长；高施工排量条件下，裂缝在中低储隔层应力差储层上下突进幅度增大；高黏压裂液可导致中低应力差储层压裂裂缝上下突进幅度增大，缝高与缝宽明显增加。以X低渗砂泥交互油藏区块水平井为例，开展模拟研究，分析储隔层应力差、隔层厚度、施工排量、压裂液黏度对缝高扩展影响。对于低应力差、低隔层厚度储层，采用低排量、低黏压裂液降低穿层风
3、险。关键词砂泥交互储层；水平井；多裂缝；裂缝扩展；应力干扰中图分类号：TE357.1文献标志码：A收稿日期：20220708；改回日期：20221206。第一作者：宋丽阳，女，1991年生，副主任师，硕士，2016年毕业于中国石油大学（北京），主要从事储层压裂改造研究工作。E-mail：。引用格式：宋丽阳，王纪伟，刘长印，等.低渗砂泥交互油藏压裂多裂缝扩展规律J.断块油气田，2023，30（1）：2530.SONG Liyang，WANG Jiwei，LIU Changyin，et al.Multi-fractures propagation law of low permeability s
4、and shale interbed oil reservoirs fracturingJ.Fault-Block Oil&Gas Field，2023，30（1）：2530.Multi-fractures propagation law of low permeability sand shale interbedoil reservoirs fracturingSONG Liyang1,WANG Jiwei1,LIU Changyin1,SUN Zhiyu1,TIAN Baogang2(1.Petroleum Exploration and Development Research Ins
5、titute,SINOPEC,Beijing 102206,China;2.Downhole Special ServiceCompany,Zhongyuan Petroleum Engineering Co.,Ltd.,SINOPEC,Puyang 457164，China)Abstract:To study the complex characteristics of the hydraulic fracture propagation law during multi-staged cluster horizontal wellfracturinginlowpermeabilitysan
6、dshaleinterbedoilreservoirs,anumericalmodelofmulti-fracturepropagationwasestablishedtostudythefracturepropagationlawoffracturingunderdifferentreservoir-barrierstressdifference,barrierthicknessandconstructionparameters.The results show that under the condition of low and medium reservoir-barrier stre
7、ss difference and thin mud barrier layer,the fracturespenetrate the barrier layer and propagate,and the middle fractures propagate greatly in the longitudinal direction under the stressdisturbance.Under high stress difference,fracture height expansion is inhibited,and the length of the middle fractu
8、res is lower than thefracturesattwo sides.Underthe conditionofhighinjectionrate,the fracture breakthroughincreasesinthe reservoirwithmiddle andlowreservoir-barrier stress difference.The use of high viscosity fracturing fluid can lead to the increase of fracturing breakthrough,and thefracture height
9、and width increase obviously.Taking horizontal wells in the X low permeability sand shale interbed oil reservoir as anexample to carry out simulation study and analyze the influence of reservoir stress difference,barrier thickness,injection rate andfracturingfluidviscosityonfractureheightpropagation
10、.Itissuggestedtoreducetheriskofcross-layerbyusinglowinjectionrateandlowviscosityfractuingfluidforlowstressdifferenceandlowbarrierthicknessreservoirs.Key words:sand shale interbed reservoir;horizontal well;multi-fracture;fracture propagation;stress interferencedoi:10.6056/dkyqt202301004断块油气田FAULT-BLO
11、CK OIL GAS FIELD2023年1月断块油气田2023年1月互油藏水平井多段多簇压裂的裂缝扩展模型，研究各因素对裂缝扩展的影响规律，控制缝高增长，优化压裂裂缝扩展形态。国内外一些学者采用三维压裂数值模拟、有限元分析、全耦合解析计算、物理模拟实验等方法研究非常规储层压裂裂缝扩展规律411，但对不同储隔层剖面与层间应力差条件下的多簇裂缝扩展特征缺乏深入研究；一些学者研究了不同射孔参数、不同布缝模式下水平井横向多裂缝扩展规律1215，但针对水平井缝间应力干扰引起的裂缝变形扭曲变化缺乏明确的认识；一些学者考虑了应力干扰、孔隙压力场等因素对水力压裂裂缝扩展形态的影响1617，但未针对压裂施工排
12、量、压裂液黏度等施工参数对压裂裂缝扩展形态的影响开展研究，也未充分考虑不同储隔层厚度、应力差与施工参数协同作用下多段多簇压裂裂缝扩展规律。本文针对低渗砂泥交互油藏地质特征，建立考虑储隔层边界条件、井筒与裂缝射孔摩阻、应力干扰等多种因素的多段多簇压裂裂缝扩展模型，研究砂泥交互储层不同储隔层应力差、隔层厚度、施工参数综合条件下压裂裂缝扩展规律，通过优化压裂施工参数促使压裂裂缝向优势方向扩展。1裂缝扩展数值模型建立1.1储隔层边界条件考虑储隔层界面强度、最小水平主应力及抗拉强度，定义储隔层边界条件。Ffs=nu=1FtI，u+Ftr，uFcI，uFcr，un（1）式中：Ffs为储隔层界面强度，MPa
13、；FtI，u为第u个方向的隔层抗拉强度，MPa；n为维度数，取x，y，z 3个方向，故n=3；Ftr，u为第u个方向的储层抗拉强度，MPa；FcI，u为第u个方向的隔层内聚力，MPa；Fcr，u为第u个方向的储层内聚力，MPa。定义无因次穿层因子s：s=Ism+FtIsmFtrsmrsmFtrsm+1Ffsnu=1Ftr，u+Fcr，u（2）式中：Ism为隔层最小水平主应力，MPa；FtIsm为隔层最小水平主应力方向抗拉强度，MPa；Ftrsm为储层最小水平主应力方向抗拉强度，MPa；rsm为储层最小水平主应力，MPa。1.2多裂缝流固耦合控制方程考虑压裂液入井流态，建立多簇裂缝扩展模型。各簇
14、裂缝入口压力满足：pw，J=pf，J+pws，J+pin，J（3）式中：J为裂缝序号；pw，J为第J条裂缝的入口压力，MPa；pf，J为第J条裂缝的射孔摩阻，MPa；pws，J为第J条裂缝的裂缝区井筒摩阻，MPa；pin，J为第J条裂缝处的入口流体压力，MPa。压裂液总流量为所有裂缝流量之和，可表征为qt=nfcJ=1pfc，Jw3f，Jhf，J12lLs，J（4）式中：qt为压裂液总流量，m3/min；nfc为裂缝总条数；pfc，J为第J条裂缝处的缝内流体压力，Pa；wf，J为第J条裂缝的宽度，m；hf，J为第J条裂缝的高度，m；l为压裂液黏度，Pas；Ls，J为压裂液到第J条裂缝的沿程流动
15、距离，m。1.3应力干扰模型基于线弹性假设，建立应力干扰模型，引入缝高修正系数18：Tij=1-s2ijs2ij+h2f1.5（5）式中：Tij为缝高修正系数；i为x方向第i个裂缝单元；j为y方向第j个裂缝单元；sij为裂缝单元i与裂缝单元j中点间的距离，m；hf为裂缝高度，m。应用切向法向应力方向坐标，裂缝单元应力与位移不连续量可表示为=nii=1njj=1T，ijB，ijD，j+njj=1TN，ijBN，ijDN，jN=nii=1njj=1T，ijBN，ijD，j+njj=1TN，ijBN，ijDN，j（6）式中：为切向应力，Pa；N为法向应力，Pa；ni为x方向裂缝单元数；nj为y方向裂
16、缝单元数；T，ij为切向缝高修正系数；TN，ij为法向缝高修正系数；BN，ij为裂缝单元j的法向位移不连续量对裂缝单元i处的切向应力分量边界影响系数，kg/（ms）2，其余系数定义类似；D，j为第j个裂缝单元的切向位移不连续量，m；DN，j为第j个裂缝单元的法向位移不连续量，m。1.4多簇裂缝扩展准则定义多簇裂缝尖端应力强度因子，第J条裂缝切26第30卷第1期向尖端应力强度因子表示为Ktip，J=0.806EJ姨4 1-2JJJLf，J姨Stip，J（7）式中：Ktip，J为第J条裂缝的切向尖端应力强度因子，MPam0.5；EJ为第J条裂缝的裂缝区弹性模量，MPa；J为第J条裂缝的裂缝区泊松比；Lf，J为第J条裂缝的长度，m；Stip，J为第J条裂缝的尖端切向位移不连续量，m。第J条裂缝法向尖端应力强度因子表示为Ktip，N，J=0.806EJ姨4 1-2JJJLf，J姨Stip，N，J（8）式中：Ktip，N，J为第J条裂缝的法向尖端应力强度因子，MPam0.5；Stip，N，J为第J条裂缝的尖端法向位移不连续量，m。1.5模型验证将本模型模拟计算的裂缝形态与商业三维压裂数值模拟软件
