致密油藏注水诱发微裂缝机理及反演方法

The field data in Ordos and Songliao Basin have indicated that waterflooding may induce micro-fractures. The induced micro-fractures can improve formation permeability, but it results in the problem of water channeling through fractures. Until now, there is no effective fracture diagnosis and inversion method. In this project, we combine physical experiments and numerical analysis to establish mathematical models to obtain the bottom-hole pressure behaviors and propose the corresponding inversion method, in order to reveal the induction and propagation regularity of micro-fractures during waterflooding process in tight oil reservoirs. Based on the principles of fracture mechanics and field test data, the criterion of micro-fracture induction during waterflooding process is proposed. The innovation of this project is to reveal the mechanism of waterflood-induced fractures below the fracturing pressure, to clarify dynamic variation regularity of micro-fractures under the formation condition, and eventually to propose the diagnosis and inversion method. The research results of this project are significant to develop percolation theory and improve water injection effects in tight oil reservoirs.

鄂尔多斯、松辽盆地致密油藏的开发实践表明注水诱发了微裂缝。致密油藏注水诱发微裂缝虽然提高储层渗流能力，但带来注入水沿裂缝窜进的不利影响。目前尚无有效的微裂缝分布诊断与识别方法，难以认识裂缝扩展规律。本项目针对含天然微细裂缝的致密油藏，开展裂缝诱发和扩展的再现物理模拟实验，采用裂缝动态扩展模拟和基于裂缝导流能力变化的模拟方法相结合的研究思路，旨在弄清低于破裂压力注水条件下呈闭合或部分闭合状态的天然微裂缝诱发机理，揭示致密油藏注水开发过程中动态裂缝扩展规律，建立不同阶段微细裂缝诱发数学模型，提出注水诱发微裂缝的反演方法。根据岩石破裂力学原理，提出闭合微细裂缝的诱发判别准则。本项目研究特色是揭示致密油藏低于破裂压力注水诱发缝的机理，弄清诱发微细裂缝的形成条件及动态变化规律，提出注水诱发裂缝的诊断及反演方法。研究成果对于发展致密油藏渗流理论，提高致密油藏开发效果具有重大理论意义及实际指导意义。

致密油藏已成为全球范围内的研究热点，是保障我国石油安全的重要接替能源。长庆、延长等致密油藏注水开发实践表明注水诱发裂缝是这类油藏最重要的“动态”非均质特征。与人工压裂裂缝相比，注水诱发裂缝内无支撑剂，单一裂缝导流能力比人工压裂裂缝导流能力小，但高于天然微细裂缝。一方面，诱发动态裂缝能改善储层渗透性，大大增加注入能力；另一方面，动态裂缝提供了高渗通道，导致裂缝带上的油井快速见水，而裂缝带两侧的储量难以动用，长期处于低产状态。. 本项目采用室内物理模拟实验，结合油藏工程方法、数理分析以及矿场实际资料剖析等方法，揭示了低于破裂压力条件下注水诱发裂缝机理，建立了注水过程中裂缝扩展、降注（或关井测压）条件下诱发裂缝动态闭合的数学表征方法，提出了考虑裂缝属性参数变化的注水井不稳定压力分析模型，建立了基于嵌入式离散裂缝模型的动态裂缝影响下水平井压力分析模型，提出了注水诱发裂缝开启和闭合的判别条件，建立了考虑诱发裂缝扩展及闭合效应、裂缝导流系数动态变化的数值模拟方法。结果表明，长庆等致密油藏天然裂缝较为发育，注水井周围憋压激活了原先呈闭合状态的天然裂缝，导致裂缝开启压力小于裂缝破裂压力。建立的注水井裂缝反演方法除了能确定水驱前缘、内区渗透率等参数外，还能确定诱发裂缝半长、导流系数等。随着激活天然裂缝条数的增加，采油井受干扰程度越强。建立的注水诱发裂缝数值模拟方法能模拟裂缝的扩展规律，分析裂缝扩展对地层压力、含油饱和度及含水率的影响规律。成果目前应用于长庆、延长、吐哈等油田，取得了较好的应用效果。基于本项目研究，共发表论文18篇，其中SCI论文8篇，国际会议论文6篇，中文核心及以上论文4篇；申请国家发明专利3件，授权1件。