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裂缝作为低孔、低渗储层储油物性的一种补偿,在油田开发中起着越来越重要的作用,因此,也受到了油田开发工作者的高度重视。但由于地下储层的复杂性、岩心描述的片面性以及地球物理识别裂缝方法尚待完善等原因,注定对天然裂缝的研究工作,仍然具有较大的难度。特别是裂缝分布规律的研究自然涉及到了地应力分布规律问题,虽然国内外对地应力研究已有近百年历史,但尚未形成全面而成熟的地应力描述技术,仍是一项探索性很强的课题。
大庆外围油田位于松辽盆地北部,属于大庆长垣的东、西部,储层条件较差,萨葡高和扶杨油层均属低、特低渗透储层。目前已投入开发油田或区块的生产动态表明,裂缝已对油田注水开发效果产生了不同程度的影响。因此,为提高大庆长垣东、西部各油田开发效果,确保外围油田实现“高水平、高效益和可持续发展”的目标,开展了系统性的裂缝与地应力研究。
通过对国内外储层裂缝、地应力研究现状的系统调研,在分析对比了各种储层裂缝、地应力描述方法的基础上,本文以大庆长垣东、西部为主要研究区,在区域沉积背景和构造环境分析的基础上,研究了长垣东、西部扶杨及萨葡高油层应力场的演变状况。采用野外露头、岩心描述、裂缝磁定向测试等方法,对研究区的裂缝进行了分类,研究了不同类型裂缝的发育状况、影响因素及其对储层的渗流响应,分别建立了各油田岩心裂缝发育剖面。同时,综合应用差应变、波速各向异性岩心应力测试技术、测井解释方法、有限元模拟技术、现场动态监测等技术,对研究区的地应力分布进行了描述,预测了构造裂缝的分布规律,进而对大庆油田现代地应力的类型进行了系统研究。
在上述工作基础上,研究了现代地应力对天然裂缝有效性、压裂人工缝形态等的控制作用,对地应力、裂缝研究在油田注水开发中的作用进行了深入探讨。得到了在理论与应用上具有创新意义的4点新认识:
①首次对大庆长垣东、西部油田的裂缝类型、发育特征、分布状况及其形成的力学机制进行了系统的研究与总结,为进一步深入研究大庆长垣东、西部油田的裂缝性质奠定了比较坚实的基础。
②通过对不同油田裂缝类型与注水动态特征的研究,提出对于以构造裂缝为主的低渗油田,在注水开发时,合理的注水压力界限不是控制在岩石不破裂,而是控制不同方向裂缝组系的张开度,而对于微裂缝发育的油田,注水压力应小于裂缝的延伸压力。
③结合油田生产实际,研究提出了井网与地应力匹配关系以及不同裂缝组系对油田注水开发影响是变化的新观点,为油田的的开发部署,确定合理的开发技术界限等提供了比较科学的地质依据。
④基于大量的、详实的第一性资料和严密的室内实验资料,采用各类方法对大庆油田的地应力类型及其分布进行了系统的研究,首次提出了大庆油田处于Ⅱ、Ⅲ类地应力过渡带的观点,从理论上为大庆油田压裂时出现垂直缝与水平缝共存提供了依据,使长久以来认为大庆长垣油田压裂裂缝形态只是水平的观点得到了修正。进而为油田套管损坏的机理分析与防治提供了理论依据。
本文在研究中紧密结合各油田生产实际,成果已用于研究区井网部署、优化压裂设计、注水压力界限确定等,有效提高了储量动用程度及油田开发整体水平。