页岩气压裂条件下断层滑移及其影响因素

李 军, 赵超杰, 柳贡慧, 张 辉, 张 鑫, 任 凯

(1.中国石油大学(北京)克拉玛依校区石油学院,新疆克拉玛依 834000; 2.中国石油大学(北京) 石油工程学院, 北京 102249; 3.中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院, 新疆吐鲁番 838299)

四川威远-长宁页岩气区块经历了多期地质构造运动,断层发育,构造应力强,剪切位移和走滑断层是该区块的主要构造特征[1]。在该区块页岩气井多级压裂过程中套管变形问题突出,超过40%的水平井筒出现严重的套管变形(超过10 mm),导致桥塞无法下入[2],改造段数减少,严重威胁了页岩气井的高效、安全、经济开发。基于此,国内外学者开展了大量套管变形机制方面的研究。戴强[3]、田中兰等[4]、Lian等[5]、于浩等[6]、Liu等[7]指出套管变形是其强度削弱和外载变化共同作用的结果,套管磨损、温度作用等导致套管强度降低,而体积压裂导致局部地应力极端集中使套管应力提升,双重作用致使套管变形。陈朝伟等[8-9]、Kistiansen等[10]认为压裂过程中压裂液沿天然裂缝或层理面传递,激活天然裂缝滑动,造成套管剪切变形。郭雪利等[11]、Warpinski等[12]、Zhao等[13]基于震源机制原理与微地震技术,分析了断层滑移下套管变形机制,认为断层滑移与套管剪切变形特征相符。国内外研究均指出页岩气压裂引起的断层滑移与套管变形存在密切联系,但是对于压裂过程中断层的激活、滑移量的研究还不够深入,并没有建立断层滑移量与水力压裂之间的定量计算模型。笔者基于断裂力学理论,建立水力裂缝激活断层及滑移量的力学计算模型,并结合现场实例进行计算,与基于套管变形量反演的微断层滑移量进行比较、验证,最后分析压裂泵压、断层性质、地层性质等对断层滑移量的影响。……