随着致密砂岩油气藏的深入开发,以前埋藏较深难以动用的致密砂岩油气藏逐渐成为油气开发的主力目标区。开发致密砂岩油气藏目前最为有效的措施就是对储层进行体积压裂,增大储层改造体积,但致密砂岩油气藏体积压裂的优化设计一直没有可靠的理论支撑。因此,本文提出开展以岩石力学室内评价参数新认识和井下微地震测试现场监测评价为基础的致密砂岩油气藏压裂过程中缝间应力干扰分析研究,深化致密砂岩油气藏压裂过程中缝间应力干扰的理论和方法的研究,并探索开发体积压裂优化设计软件,对于提高致密砂岩油气藏体积压裂针对性具有重要意义。具体研究工作和得到结论如下:(1)根据松辽盆地南部乾安-长岭凹陷致密储层油气藏地质特征,对取出的88块岩心样品进行650次实验,分析该区块致密砂岩油气藏的物性参数、力学性质、储层的裂缝发育情况、储层的地应力分析以及岩石脆性和可压性,并给出评价的新方法,鉴于致密砂岩油气储层以缝网改造为主,但其机理复杂,且影响因素很多,该类储层压裂改造过程中的裂缝形成以剪切滑移为主,岩石间的摩擦特性,对岩石启滑、裂缝延伸、裂缝扩展等都有重要影响,为此,本课题进行了成缝剪切效应的摩擦实验,研究发现,水和滑溜水的进入降低了岩样的摩擦强度和滑动稳定性,容易形成自支撑裂缝。综合考虑可压性、应力敏感性、地应力差、b值摩擦系数降低幅度,可以筛选出具有较强缝网形成能力的优质储层,为水平井体积压裂选层和利用缝间干扰开展压裂优化设计奠定了基础。(2)为获取致密砂岩油气储层体积压裂裂缝大致分布情况,对储层压裂过程开展了井下微地震监测,获取了储层中的裂缝大致分布情况。对两口水平井干扰式体积压裂进行了监测,建立了地层速度模型和微地震监测模型,对监测数据进行了解释反演,得到了由储层微地震事件组成的裂缝分布图,明确了裂缝方位和空间展布形态,更为重要的是验证了压裂过程中裂缝之间干扰的存在,在室内实验的基础上进一步获取了现场实际资料,为缝间干扰模型的建立和模型参数的边界设置、调整优化、实践验证提供了技术支撑。(3)本文基于区块的地质特征、储层的物性特征、力学性质、储层的裂缝发育情况、储层的地应力分析以及岩石脆性和可压性等特征,结合储层的裂缝分布情况,对致密砂岩储层的体积压裂改造下的应力干扰进行了力学研究。构建了二维垂直裂缝诱导应力场,结合岩石应力平衡方程、流体渗流连续性方程、系统有限元方程和孔隙压力cohesive单元来分析水力压裂过程中裂缝的起裂和扩展、裂缝内流体的切向流动和裂缝表面的法向滤失。并进一步建立了直井压裂的应力干扰有限元计算模型、水平井分段多簇压裂应力干扰有限元计算模型、同区块双直井,水平井应力干扰有限元计算模型。(4)考虑到影响致密砂岩储层体积改造的影响因素很多,本文采用有限元数值模拟的方法对砂岩层体积改造各影响因素进行了分析,采用商业软件abaqus内的孔压单元建立流固耦合模型,计算得到应力干扰条件下的各影响因素对裂缝缝长、缝高的影响以及各影响因素对砂岩储层应力的影响规律:单裂缝下,在裂缝延伸及垂直于裂缝延伸方向,地应力分布呈椭圆形;注入压力增大时,裂缝长度呈线性增大,最大缝宽近似指数增大,从而导致缝内压力的衰减幅度逐渐放缓,在水力压降曲线形态上表现为趋于平滑状态;压裂液粘度增加时,最大缝长减小,最大缝宽增大,而起裂压力与压裂液粘度无关;裂缝最大长度与最大宽度均随储层弹性模量的增加而减小;最大主应力对裂缝几何尺寸基本无影响;最大缝长和最大缝宽均随着最小主应力的增加而逐渐减小,而起裂压力随之呈线性增加;孔隙压力随着渗透率的增加快速增加到达一个临界值,然后缓慢增加至一个临界值再随着渗透率的增加而减小;储层孔隙压力随着缝内压力的增加而增加,其曲线接近一个线性函数曲线;孔隙压力随着压裂液粘度的增加快速增加到达一个临界值,再随着压裂液粘度的增加而减小;储层孔隙压力随着缝长的增加而增加,其曲线接近一个线性函数曲线。(5)考虑到人工裂缝的存在、孔隙流体压力的变化、物性参数的变化等因素会改变含水力裂缝地层的应力场分布,产生应力重定向现象。利用abaqus有限元软件平台,本文构建了模拟分析流-固耦合的压裂应力场的有限元模型,分析计算压裂井的应力变化。研究发现,人工裂缝诱导应力场和地层孔隙压力变化的双重作用,会影响地层主应力的大小和方向;随着裂缝长宽比的增加,地层最大主应力的改变值逐渐减小。随着裂缝长宽比的增加,地层最小主应力的改变值先迅速减小再缓慢增大;最大、最小水平主应力差值越大,转向距离越小,诱导应力场对原地应力场的影响越小;裂缝间距对裂缝发育形态具有显著影响;随着产层厚度的减小,裂缝高度延伸的比值逐渐增大,过薄的产层往往导致裂缝高度延伸到产层外部,相反,随着产层厚度的增加,裂缝高度延伸越不容易延伸到产层外部,当产层厚度达到一定值时,延伸的裂缝高度会控制在裂缝内部;并对水平井每段最优簇数进行了优化。在致密砂岩油气井水力压裂的计算模型及产能预测模型和公式的基础上,利用Visual Basic计算机语言编制了《致密砂岩油气井压裂优化设计与产能预测软件》,利用水平井井例,在考虑裂缝间干扰的情况下对水平井进行段间距、簇间距、井间距和裂缝长度优化,并且为保证裂缝干扰的最大化,优化了现场施工工序和泵注程序,通过井下微地震测试手段,验证了多口井/多簇同时压裂施工时裂缝间干扰的存在,验证了本文建立模型的准确性和结果的实用性。