本發(fā)明涉及通過水力壓裂技術(shù)從頁巖或其他低滲透性自然斷裂(fractured)地層中開采烴類物質(zhì)或其他資源，例如如地?zé)崮茉础?br/>
背景技術(shù)：
在地表以下的頁巖石地層和其他低滲透性地層中存在著大量可開采的烴類物質(zhì)，如美國的蒙特利地層以及位于加拿大和美國的巴肯地層。然而，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境的角度看來，以商業(yè)可用率在某些低滲透性地層開采烴類均被認(rèn)為是一種挑戰(zhàn)。從頁巖或其他低滲透性巖石中開采烴類的一種方法原來是采用對通過井筒接觸巖石的液體施以高液壓來誘發(fā)形成大規(guī)模裂縫。但是，這種方法往往也會伴隨很多嚴(yán)重的環(huán)境后果，如必要物資和設(shè)備留下的大面積“足跡”，以及較高的成本。另外，還必須考慮關(guān)注由于在水力壓裂溶液中使用合成添加劑造成的潛在環(huán)境影響。這些經(jīng)濟(jì)或其他因素導(dǎo)致難以從頁巖油床或其他低滲透性地層中商業(yè)性開采烴類。總的來說，傳統(tǒng)的水力壓裂或“壓裂”（fracking）法會在巖石中產(chǎn)生大規(guī)模的新裂縫或裂縫網(wǎng)絡(luò)，而并沒有很好地利用自然形成裂縫的已有網(wǎng)絡(luò)以及在頁巖地層中特有的初期裂縫。典型的頁巖地層或其他低滲透性儲集巖包括：巖石基質(zhì)（matrixrock），其被低傳導(dǎo)性自然或天然裂縫10和全閉合初期裂縫12的裂縫網(wǎng)絡(luò)分割，如圖1所示。圖1是含低滲透性基質(zhì)的巖體的三維裂縫網(wǎng)絡(luò)的二維描述。應(yīng)理解，在現(xiàn)實中存在許多的三維效果，巖體受三個正交方向的主壓應(yīng)力作用，但在圖1中，僅分別標(biāo)出了作用于橫斷面的最大及最小遠(yuǎn)場壓應(yīng)力——σHmax14以及σHmin16。天然裂縫10和薄弱面通常會以高度網(wǎng)狀化的結(jié)構(gòu)存在，裂縫之間有交叉，且往往(但不總是)會在某些方向比其他方向產(chǎn)生更多的裂縫，這取決于過去的地質(zhì)進(jìn)程。在其自然狀態(tài)下，一些裂縫可能會開放以便（液體）流過，但大多數(shù)情況下，需要增產(chǎn)處理（stimulation）。大部分裂縫是幾乎完全閉合的或是沒有完全成型的裂縫。這些是“初期”裂縫，它們可在灌注過程中通過適當(dāng)?shù)脑霎a(chǎn)處理而形成開放的裂縫。巖石的相對剛度以及其地質(zhì)歷史造成了真正的或初期裂縫網(wǎng)絡(luò)的自然地層。如圖1所示，作用于巖石的高壓應(yīng)力以及巖體并未受到其他彎曲（力）或形變（力）的影響，因此，天然裂縫10是幾乎閉合的。在其閉合狀態(tài)下，裂縫中很少有路徑以便油、氣或水流向生產(chǎn)井。當(dāng)閉合時，裂縫在烴類或熱能的開采過程中并不能起到特別有效的作用。在現(xiàn)有的壓裂法中，有時稱為“高速壓裂”或“壓裂與充填法”(“frack-n-pack”)，將通常是高粘度的含顆粒支撐劑以及載體液的壓裂液(fracturefluid)以高速（比如15-20罐/分鐘bpm或更高）通過“井筒”18注入灌注井19。如圖2和圖3所示，這個方法易于產(chǎn)生自灌注井19的井筒18向外擴(kuò)散的較寬裂縫。在典型的砂巖儲集層中，該方法產(chǎn)生了主要為雙向型的裂縫方向，其主要誘導(dǎo)縫的方向與最小地殼內(nèi)應(yīng)力約呈90°，如圖2中的原生裂縫20所示。由圖2可見，次生裂縫22可在一定范圍內(nèi)形成。生成裂縫的液體穿過裂縫壁面，沿著最大壓力梯度的方向逐漸擴(kuò)散，例如，壓裂液順梯度漏失(fracturefluiddown-gradientleak-off)24(圖2)。在現(xiàn)有的高支撐劑壓縮法(highproppantconcentrationmethod)中，采用顆粒型支撐劑含量極高的粘性液體(圖3)，在高水力壓裂速率下，所述支撐劑還易被壓(forced)在井筒18和巖石21之間，從而形成完全或基本上完全圍繞灌注井19的支撐劑區(qū)帶23。如此能與誘發(fā)裂縫11良好接觸，并與自井筒18區(qū)域擴(kuò)散出的原生20及次生裂縫22連接(圖2)。由于水力裂縫兩翼28的范圍很大，會與自然應(yīng)力場30(圖2)相互作用，因此必需在基本上高于最低遠(yuǎn)場壓應(yīng)力最小值σHmax14的壓力下灌注(圖1和2)，現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)為，必須聯(lián)合灌注懸浮在粘性液體中的較大量支撐劑，以便在高灌注壓力終止后能維持誘發(fā)的裂縫11仍處于開放且可滲透的狀態(tài)。至少某些現(xiàn)有技術(shù)方法產(chǎn)生的裂縫格局的特點是，相對受限的雙向裂縫方向，且由于裂縫臂(fracturearm)數(shù)量有限造成的裂縫波及體積(volumetricfracturesweep)較小。在這樣的情況下，據(jù)信，地層內(nèi)產(chǎn)生的裂縫以及天然裂縫流動體系之間相互作用的效率較低，而最低有效性與狹縫的水力誘發(fā)裂縫11相關(guān)，其僅由兩條對立的側(cè)翼構(gòu)成，且沒有次生裂縫。在某些現(xiàn)有的壓裂方法中，通過使用凝膠、聚合物以及其他添加劑，刻意使得液體更粘稠，從而能將支撐劑在縱向或橫向上更深地帶入裂縫。此外，在所述的現(xiàn)有壓裂方法中，可向粘性載體液中加入極細(xì)粒度的顆粒狀物質(zhì)，以進(jìn)一步填塞孔隙并降低液體滲漏至地層的速度，從而使壓裂液能將支撐劑帶入更遠(yuǎn)的誘發(fā)裂縫?，F(xiàn)有技術(shù)中的壓裂法主要設(shè)計為灌注期間無間斷的連續(xù)過程，且無壓力衰減(pressuredecay)，也無壓力積蓄。在該過程中使用PFOT、SRT等測試來評估對天然裂縫10網(wǎng)絡(luò)上的增產(chǎn)效果或在所形成的互通延伸裂縫網(wǎng)絡(luò)中的流體性質(zhì)。通常，現(xiàn)有技術(shù)中的壓裂方法不會關(guān)井(shutdown)，而在某些實際情況下，提高在具體方法中壓裂支撐劑的濃度，以產(chǎn)生短且寬的裂縫。發(fā)明概述本發(fā)明涉及采用較低的裂縫灌注速率、較長灌注時間，和多階段、循環(huán)周期，利用水和壓裂支撐漿液壓裂目標(biāo)地層—稱為漿液裂縫灌注法“SFI”TM——以便形成較大裂縫影響體積，從而提高地層中油、氣或熱能等資源的開采量。一方面，用于本方法的裂縫液體包括基本不含添加劑的水、鹽水或水/顆粒漿液。一方面，本發(fā)明涉及產(chǎn)生水力壓裂裂縫以及水力增強地層中天然裂縫形成的方法，這種方式可加速和提高烴類或地?zé)崮茉吹拈_采。本發(fā)明還涉及通過順序灌注來產(chǎn)生和增強在地下地層中由天然裂縫及誘發(fā)裂縫所形成網(wǎng)絡(luò)的裂隙徑及傳導(dǎo)性的系統(tǒng)和方法，所述網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)有的天然裂縫系統(tǒng)以及誘發(fā)的液壓裂縫系統(tǒng)，尤其是在頁巖、泥灰?guī)r、粉砂巖或其他低滲透性地層。一方面，本發(fā)明尤其尋求最大程度增加灌注點周圍較大范圍的體積改變，以誘發(fā)產(chǎn)生在增產(chǎn)位點周圍大量巖體內(nèi)的較大壓力變化，從而使天然裂縫開放、剪切并使初始裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲_放的裂縫。一種適用的目標(biāo)地層為頁巖，但應(yīng)注意本發(fā)明描述的方法或其改進(jìn)方法可適用于其他任何低滲透性巖石種類。本發(fā)明的一個方面涉及在巖石地層中產(chǎn)生增強和互相連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)的方法，其中所述巖石地層包括但并不限于頁巖，該方法使得巖體更適用于從地層經(jīng)濟(jì)性開采烴類或熱源。含烴類的地層包括巖石基質(zhì)及天然裂縫網(wǎng)絡(luò)，其中巖石基質(zhì)在孔隙中含有大量的自然烴類，天然裂縫網(wǎng)絡(luò)在性質(zhì)上包括天然開放的、完全關(guān)閉的或初期的?？偟恼f來，所述方法包括以提供至少一口伸入所述地層的灌注井以及用于在適用于誘發(fā)該地層產(chǎn)生液壓裂縫的壓力和條件下注入所述灌注井的加壓水和支撐劑漿液，并按序?qū)嵤┮韵码A段：階段1：在適于裂縫面擴(kuò)張、剪切以及偏移(offsetting)的條件下，向灌注井19內(nèi)灌注不含顆粒的水溶液，從而增強所述地層中的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)；并使這些增強的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)在所述地層中延伸。更佳地，所述水溶液是無添加劑的水或是鹽水溶液。該溶液可不含任何類型的顆粒物，即不會在巖石裂縫或孔隙中沉淀下礦物質(zhì)顆粒。階段2：在適于進(jìn)一步延伸和支撐由階段1所述步驟打開、加強并互相連通的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)的條件下，向所述灌注井中灌注包含載體液及細(xì)粒度顆粒支撐劑的漿液，可進(jìn)行到以下程度：經(jīng)過在最大經(jīng)濟(jì)程度上打開、剪切和支撐天然裂縫永久產(chǎn)生了大量體積變化，從而在周圍巖石中產(chǎn)生應(yīng)力變化。階段3：在適于以下的條件下將含有粗粒度顆粒支撐劑的漿液注入所述灌注井：與階段2中經(jīng)沙石支撐的區(qū)帶完全連通，同時能夠使新誘發(fā)的裂縫生成、支撐和延展以便與階段2和階段1中產(chǎn)生的加強天然裂縫網(wǎng)絡(luò)相互作用；還能夠通過產(chǎn)生集中的體積變化以利于天然裂縫的持續(xù)打開和剪切，以及新裂縫經(jīng)由遠(yuǎn)離井筒的初期裂縫平面開放而產(chǎn)生和延伸，從而進(jìn)一步加強在階段2中產(chǎn)生的已增強的天然裂縫網(wǎng)絡(luò)。上述過程中，可以任選多次重復(fù)任一階段，再進(jìn)入下一階段。同樣，也可以重復(fù)階段1和2，或2和3的任意兩階段組合，再進(jìn)入下一階段。也可以多次重復(fù)階段1-3的整個循環(huán)。在一方面，階段2在階段1之后，其間基本無時間間隔。階段2或3可包括一串不連續(xù)的沙石灌注期，由水灌注期或無灌注期隔開。該方法還可以包括含階段1-3的多個循環(huán)，在所述循環(huán)之間有無灌注的關(guān)井期(shut-inperiod)。該方法還包括多個循環(huán)，且循環(huán)之間的時期內(nèi)，先將壓力分散，再重新開始灌注。在進(jìn)入下一連續(xù)階段之前（如果有的話），可以先多次重復(fù)階段1-3的任一階段。定義如本文所用，術(shù)語“地層”指：地表下的一層或有限鄰近層的巖石，其是含烴類或其他資源的商業(yè)性開發(fā)的目標(biāo)，因此，可經(jīng)增產(chǎn)方法來促進(jìn)所述資源的開發(fā)。應(yīng)理解，所述資源可以是烴類、熱能或其它流體或可溶性物質(zhì)，對于它們，互相連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)可提高開采效率。如本文所用，術(shù)語“漿液裂縫灌注法”以及可互相替換的“SFI”為商標(biāo)，均指一種方法，包括將可泵送的漿液在現(xiàn)場壓裂壓力下灌注入地層的一定深度，所述漿液包括沙石/支撐劑和水的混合物，(該方法)采用循環(huán)灌注策略、長時程灌注時段(通常是8-16小時/天，最多20-26天/月的級別)，且在灌注過程中采用程序控制技術(shù)，從而優(yōu)化地層注入性能(injectivity)，最大程度增大地層通道(access)，并在地層內(nèi)維持裂縫。如本文所用，術(shù)語“裂縫”是指：巖石地層中的縫隙，可以為自然存在或由水力壓裂技術(shù)誘發(fā)的。裂縫可以是開放的或閉合的。如本文所用，術(shù)語“增強的”是指：對自然存在或由水力壓裂技術(shù)誘發(fā)的裂縫的裂隙徑、液體傳導(dǎo)性，和/或水力流通性的增強。如本文所用，“天然裂縫”或其可互相替換的“自然裂縫”均指：巖石地層中自然出現(xiàn)的表面，即，非人造的、完全分離的，但可能緊密接觸的；或是部分分離的但通常保持緊密接觸的表面；這些(表面)被認(rèn)為是能沿著它們產(chǎn)生完全開放裂縫的薄弱面。術(shù)語“初期裂縫”是指：完全閉合且未完全就地形成的天然裂縫，但是可作為分離的薄弱面，通過施用適當(dāng)?shù)脑霎a(chǎn)方法如SFITM等能打開和延伸。如本文所用，術(shù)語“誘發(fā)裂縫”或“生成的裂縫”是指：巖石地層中由人工水力壓裂技術(shù)形成的一條或多條裂縫，所述技術(shù)包括利用水力液或借助水力液，在本發(fā)明方法中，水力液應(yīng)是清水連同添加劑(如減阻劑)以利于水力壓裂的過程。如本文所用，術(shù)語“漿液”是指：顆粒材料(如)沙石/支撐劑與清水的混合物，含或不含用于控制摩擦力和裂縫形成的額外添加劑。術(shù)語“支撐劑”是指在灌注停止時，用于維持誘發(fā)的裂縫打開的固體顆粒材料，通常，其含有直徑為50-2000微米(或)0.002-0.10英寸的石英沙石或人造顆粒材料。在本文中，詞語支撐劑和沙石通?？梢曰Q使用?？s略語PFOT指壓降測試(PressureFall-OffTest)縮略語SRT指臺階狀流量測試(Step-RateTest)本文及附圖中所用的其他術(shù)語、符號以及單位的所需含義均為本領(lǐng)域中常規(guī)認(rèn)可的含義，僅當(dāng)此類術(shù)語的含義明顯與常規(guī)認(rèn)可含義不同時，會給出另外的解釋。附圖說明圖1為巖石地層的剖面示意圖，顯示了基本上閉合狀態(tài)的天然(自然)裂縫10以及初期裂縫12。該圖為三維巖體的水平剖面圖，且在該圖中，兩種主要遠(yuǎn)場壓應(yīng)力沿著剖面正交作用。最大及最小遠(yuǎn)場壓應(yīng)力分別示為σHMAX以及σhmin，如箭頭14和16所示。圖中顯示的兩種主要遠(yuǎn)場壓應(yīng)力(far-fieldcompressivestresses)的方向不應(yīng)表示任何優(yōu)選的方向，而僅簡單表示所述應(yīng)力。應(yīng)理解，在三維巖體中，存在著三種各不相同的所述壓應(yīng)力，正交作用于巖體。通常，天然裂縫10因所述遠(yuǎn)場壓應(yīng)力而維持閉合或壓縮狀態(tài)。圖2為用現(xiàn)有技術(shù)方法形成的水力壓裂裂縫的剖面圖，顯示了典型的原生裂縫20及次生裂縫22，經(jīng)過水力壓裂法形成平面開放后，在它們中還包含向地層內(nèi)延伸很遠(yuǎn)的支撐劑局部沉積。出于演示目的，誘發(fā)和撐開的裂縫面的厚度被夸大；而在較大壓應(yīng)力下，堅硬巖石中的裂縫面厚度很少超過10-20mm。通過鉆井18的井筒19向地層中泵注液體產(chǎn)生壓裂。圖3是在近井筒區(qū)中，通過現(xiàn)有技術(shù)形成裂縫的剖面圖，顯示了完全或基本上完全圍繞鉆井19的井筒18產(chǎn)生支撐劑區(qū)帶23，在井筒18附近的誘發(fā)裂縫8的部分中，顯示了井筒18和誘發(fā)裂縫8之間的互通關(guān)系。圖4描述了地表下的地層，其含有一對水平或接近水平的灌注井19，或一對平行于地層傾斜角的灌注井19，各灌注井19之間的典型間距A為50-500米，但應(yīng)理解這是典型的距離，實際上可能還需要其他尺度。沿著其長度，各灌注井19經(jīng)歷一系列水力壓裂灌注增產(chǎn)處理38。各井筒為直徑合適的、現(xiàn)場水泥澆筑鋼套管36。灌注井的典型長度為約500-2000米，井間間距C為約50-300米。這均是灌注井長度和間距的典型距離，實際上還可有其他數(shù)值。沿著目標(biāo)地層中水平段的長度選擇位點并隔開一定距離，在鋼套管上產(chǎn)生打孔點25。然后，在每個打孔點進(jìn)行水力壓裂灌注增產(chǎn)處理。每個水力壓裂灌注增產(chǎn)處理均包括在諸如頁巖或粉砂巖等低滲透性目標(biāo)地層中施行的多個階段。就天然裂縫的擴(kuò)張以及誘發(fā)裂縫的位置而言，受影響的擴(kuò)張帶38通常是三維的橢圓結(jié)構(gòu)，其短軸方向平行于現(xiàn)場最小應(yīng)力σ3方向(40)。應(yīng)理解，該圖中選擇水平或接近水平的灌注井方向并不排除在垂直井或斜井中使用本方法，而在某些情況中這些井是更優(yōu)選的灌注井，如應(yīng)力場異常、已有鋼管井、無法水平鉆井，等等。圖4還描述了水泥澆筑表面套管42對存在的淺層地下水還提供了額外的保護(hù)，以防壓裂液體與地下淺層的任何意外相互作用。圖5描述了地表下地層，顯示了灌注井19的更廣泛的排列，以覆蓋儲集層。在一個非限制性的實施例中，灌注井19長約3000-6000米，其井間間距約為50-300米。沿著各灌注井19的軸，有多個擴(kuò)張帶38，其中各擴(kuò)張帶38均根據(jù)本文描述的方法處理以產(chǎn)生經(jīng)增產(chǎn)處理的體積，包括將沙石灌注入天然裂縫10的區(qū)域以及周圍區(qū)域，在周圍區(qū)域中，本發(fā)明方法通過增加裂隙徑而增強天然裂縫體系，而裂隙徑增加是本發(fā)明方法造成應(yīng)力改變所致。圖6A和6B描述了在施行本方法期間典型的應(yīng)力改變以及在地層內(nèi)產(chǎn)生剪切。圖6A顯示了剪切的趨向，并在主要有效應(yīng)力軸上進(jìn)行標(biāo)繪，其中σ′1和σ′3分別代表最大和最小主要有效應(yīng)力，其方向并規(guī)定。圖6A描述了典型的初始應(yīng)力狀態(tài)(state)50以及應(yīng)力條件，其限定為發(fā)生剪切的剪切滑移區(qū)(shearslipregion)52和不發(fā)生剪切的無剪切滑移區(qū)54。術(shù)語有效應(yīng)力為本領(lǐng)域技術(shù)人員廣為知曉，指特定方向的總壓應(yīng)力與孔隙壓力之差，因此，當(dāng)孔隙壓力等于或大于該方向的壓應(yīng)力時，則達(dá)到適合天然裂縫10打開或剪切32的條件。達(dá)到滑移條件的典型應(yīng)力路徑(path)是隨著孔隙壓力通過灌注56而增加的剪切滑移的路徑，隨σ′358降低而滑移的路徑，以及隨σ′1增加和σ′358降低而滑移的路徑(圖6A)。圖6B顯示了一旦天然或初期剪切面上的應(yīng)力和壓力達(dá)到滑移的臨界條件，巖體中適當(dāng)導(dǎo)向的天然裂縫10即顯示出剪切32位移。圖6B顯示了巖體中較多的這樣的面，由此說明了本方法中適當(dāng)設(shè)計并實施的裂縫增產(chǎn)處理可以激活許多這樣的面。圖7A和7B顯示了地層中其它剪切反應(yīng)。圖7A顯示了最大σ′H及最小σ′h遠(yuǎn)場應(yīng)力的原始方向的有效壓應(yīng)力，其與圖解相匹配，從而作為所選實施例表示水平面二維剖面圖。典型的應(yīng)力路徑(path)是減少孔隙壓降造成的無滑移路徑，隨σ′h提高而滑移的路徑以及隨σ′H降低而滑移的路徑(圖7A)。由停止導(dǎo)致的孔隙壓力降低不會形成開放或剪切位移的條件。在本方法的描述中，中央缺口是其內(nèi)不發(fā)生剪切滑移的“無剪切”滑移區(qū)54。所描述的應(yīng)力路徑用于證實：有很多應(yīng)力路徑不會導(dǎo)致剪切滑移，或者對于剪切或擴(kuò)張，這些應(yīng)力路徑是不可能的應(yīng)力路徑。本圖用于顯示對于理解和實施本發(fā)明方法至關(guān)重要的巖石力學(xué)原理。應(yīng)力以及天然裂縫體系中孔隙壓力的巨大改變作用于裂縫的特定方向，并通過提高裂縫的分離壓力而有助于打開這些裂縫，或通過提高孔隙壓力和應(yīng)力改變的結(jié)合而沿著裂縫造剪切位移，兩種方法均能提高巖體的滲透性。圖8A為頁巖層的橫斷面，顯示了天然裂縫10的網(wǎng)絡(luò)，這些裂縫被劈開和剪切以形成開放的天然裂縫69，而這是通過本文所述特別分階段的灌注法，按照階段1、2和3設(shè)計并實施的，在誘發(fā)裂縫8中適當(dāng)填充沙石造成的體積改變、應(yīng)力改變以及壓力改變所致。在這樣的情況下，本圖顯示了連通地層的垂直井筒36，應(yīng)理解，這僅為描述，而原則上任何方向的灌注井均能使用。在井筒36周圍，為大致呈橢圓形的階段3區(qū)帶70，其限定了本發(fā)明階段3中確切置入的粗粒度沙石的區(qū)域。在階段3區(qū)帶70的周圍，為一更大體積的階段2區(qū)帶72，在其中本發(fā)明階段2中置入的細(xì)粒度沙石延伸出。在階段2區(qū)帶周圍，為一更大體積的未有支撐劑到達(dá)的區(qū)帶，稱之為擴(kuò)張帶38。實際上，擴(kuò)張帶38為從本方法獲益的總體積的集合，而無論支撐劑是否實際在所述開放的天然裂縫69中。擴(kuò)張體積大體上呈橢圓形，其短軸平行于遠(yuǎn)場最小主要壓應(yīng)力方向，在這片區(qū)域中，液體因?qū)嵤┍景l(fā)明方法造成通透性增加，從而流動更方便。憑借著本發(fā)明方法刻意誘發(fā)的巨大應(yīng)力和壓力變化，許多天然裂縫10的裂隙徑通過各種方法得到大幅提高，如高壓灌注、劈開、剪切，也可通過大石塊對每個階段強加的大體積改變起反應(yīng)而小幅旋轉(zhuǎn)(未顯示)。通過圖8B所示方法，例如劈開和圖8C所示水壓分離和剪切，經(jīng)增產(chǎn)處理的天然裂縫的長度通常會顯著延伸而超出沙石端78。具體地說，圖8B顯示了迫使沙石進(jìn)入裂縫76是如何打開天然裂縫10并使其延展遠(yuǎn)離沙石端78。圖8C還圖釋了水力壓裂和支撐劑與天然裂縫10的相互劈開作用，劈開一部分成為開放的天然裂縫69，使一部分經(jīng)歷剪切32位移，這也增大了裂隙徑。最后，應(yīng)注意，盡管含沙石的開放天然裂縫69被描述為多個窄橢圓形，而實際這些網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)水力打開的天然裂縫和初期裂縫網(wǎng)絡(luò)，并部分充滿了支撐劑。圖9描述了使用本方法的典型增產(chǎn)處理方法的結(jié)果。圖9A描述了階段2之后的所述增產(chǎn)處理，但應(yīng)理解，所述的擴(kuò)張帶38的延伸遠(yuǎn)超過了表示階段2沙石區(qū)帶72的橢圓區(qū)帶并到達(dá)更遠(yuǎn)的地層。圖9A顯示了不同方向排列并支撐的地層，其是由自然裂縫體系的方向和存在所決定的。在某些方向，高灌注壓力分離天然裂縫10，并使其轉(zhuǎn)化為開放的天然裂縫69，而如圖6、7和8的描述所示，剪切在不同的方向發(fā)生，以便于進(jìn)一步的增強和沙石的進(jìn)入。應(yīng)力改變和位移越大，該方法就越有效。由于在階段2中使用了細(xì)顆粒沙石(圖9A)，相較于階段3生產(chǎn)的支撐裂縫而言(圖9B)，支撐的裂縫可能看上去較細(xì)長，且近井體積改變ΔV較小。階段3增產(chǎn)處理使用粗顆粒沙石，這能在稱為沙石帶“填塞”的過程中沉積更快，從而在巖體周圍形成大量的變形和位移，包括產(chǎn)生通過階段1和2的灌注過程所增產(chǎn)的體積，導(dǎo)致更多的近井ΔV及升高Δσ′，觸發(fā)天然裂縫10的劈開和剪切擴(kuò)張，并形成開放的天然裂縫69，以及使初期裂縫12開放并延伸。在圖9B中，經(jīng)填塞的裂縫80被描述為完全位于階段2沙石帶的體積中，而實際上，這些階段3的經(jīng)填塞裂縫可能是誘發(fā)的裂縫和/或在前一階段中被劈開和剪切成為開放天然裂縫69的同一裂縫，它們僅在此時被沙石大量填塞，從而在井筒36周圍形成高滲透性的區(qū)帶以及能導(dǎo)致剪切和大石塊旋轉(zhuǎn)的大范圍變形。在本方法中，就置入低滲透性地層的沙石和水而言，優(yōu)選采用周期性的灌注過程和評估，從而改變方法和濃度以達(dá)到最佳可行的增產(chǎn)作用。圖10顯示了本文描述的方法如何在所有階段的裂縫定位帶的區(qū)域內(nèi)特意誘發(fā)應(yīng)力改變而在各方向上支撐天然裂縫10。隨著裂縫82之后立即產(chǎn)生了新方向裂縫84，繼而，隨著粗粒度支撐劑在階段3中被帶入地層，進(jìn)一步又有新方向裂縫86、88、90產(chǎn)生。每個裂縫面增加了體積的變化，并使天然裂縫網(wǎng)的裂隙徑增寬，這進(jìn)而導(dǎo)致局部地層中更多的應(yīng)力改變以及更高的壓力，由此，沿著適當(dāng)定向的裂縫，會有額外的應(yīng)力產(chǎn)生以及孔隙壓力提高，從而造成沙石填充的裂縫帶周圍巖體的剪切、劈開和擴(kuò)張。不同的裂縫方向，即，82、84、86、88、90應(yīng)解讀為本方法并非要在巖體中形成全新的裂縫面，而是對硬質(zhì)、低滲透性巖石地層中常見的現(xiàn)存天然裂縫10和初期裂縫12作增產(chǎn)處理。圖11是對階段3后更概括性的描述，顯示了擴(kuò)張帶38、階段2（72）和階段3（74）的沙石帶，以及周圍巖體中適當(dāng)定向的裂縫面的剪切作用，從而導(dǎo)致包括沙石帶和擴(kuò)張帶38在內(nèi)的增產(chǎn)體積。在階段2和階段3期間，在沙石帶中灌注沙石在該沙石帶周圍形成更大的擴(kuò)張帶38。盡管為清楚起見未示出，在階段3后的誘發(fā)剪切過程的物理性質(zhì)造成天然裂縫10成為開放的天然裂縫69，然而其他天然裂縫則靠永久的自支撐進(jìn)行剪切和擴(kuò)張。當(dāng)Δp接近于零時，開放的天然裂縫69并不閉合，但在衰減過程中仍對Δp敏感。圖12描述了一種稱為裂縫上升(fracturerise)的現(xiàn)象，出現(xiàn)該現(xiàn)象是因為用于壓裂液的清水的密度小于巖體中的水平應(yīng)力梯度，從而使非目標(biāo)帶裂縫92自目標(biāo)帶94脫離進(jìn)入非目標(biāo)帶96。然而，在本文描述的方法中，在清液中攜帶的沙石隨著水的上升98而沉淀，這能防止沙石上升進(jìn)入非目標(biāo)帶96，而非目標(biāo)帶96中缺乏烴類而不需要沙石出現(xiàn)。因此，沙石能夠傾向于留在經(jīng)增產(chǎn)處理的目標(biāo)帶94。作為本發(fā)明方法的一方面，防止沙石在垂直方向上沉積過高的這種傾向可以通過裂縫施工速度、壓力、沙石濃度、間歇式的性質(zhì)得到控制，與現(xiàn)有技術(shù)相反，藉此可以保證灌注的沙石最大程度的分散，以及對于感興趣的增產(chǎn)處理區(qū)帶中誘發(fā)現(xiàn)場體積變化。在本說明書中，僅為了清楚起見，省略了天然裂縫10的出現(xiàn)。圖13和14描述了可用于本發(fā)明方法的收集微震和形變數(shù)據(jù)方法的現(xiàn)有技術(shù)方法，這些數(shù)據(jù)有助于追蹤巖體的定位和體積變化。具體地，對于壓力和速度監(jiān)測的性質(zhì)具有監(jiān)測能力對于分析增產(chǎn)處理帶的大小及性質(zhì)，待進(jìn)行的后續(xù)循環(huán)或階段的設(shè)計決定以及操作步驟是至關(guān)重要的，這種監(jiān)測用于在主動灌注實施的同時追蹤壓裂進(jìn)程，以及在多個灌注循環(huán)和階段后評估蝕變帶(alteredzone)的性質(zhì)。圖13描述了地層反應(yīng)的評估以改進(jìn)本發(fā)明方法所有階段中的設(shè)計以及工藝控制，包括漿液灌注期間的井筒測井100、井底壓力以及井口壓力的測量102、井筒的壓力感知104、偏移量Δp監(jiān)試井106、地震檢波器108以及壓力器110，從而測量目標(biāo)帶中體積變化ΔV。圖14描述了用于測量目標(biāo)帶94中體積變化ΔV的變形測試陣列，包括了表面Δθ測斜儀112，淺層Δθ測斜儀114，深層Δθ測斜儀116，以及地面120的Δz表面測量，衛(wèi)星圖像和航空攝影測量。圖15A是單個天然存在的裂縫面122的剖面圖，其中，裂縫面122為閉合的，且與圖1中所示的無數(shù)裂縫相似。圖15B描述了切變位移124，其中，剪切使裂縫擴(kuò)散、初期裂縫開放，并出現(xiàn)錯位，從而形成了永久擴(kuò)張和流動增強的裂縫126。該圖描述了圖6、7、8、10、11所示天然裂縫10的剪切32期間發(fā)生的過程。圖15C描述了裂縫的延伸使得初期裂縫12同樣受到剪切，從而出現(xiàn)了位移和擴(kuò)張，并導(dǎo)致滲透性大幅提高。本發(fā)明的階段灌注方法仔細(xì)評估多個階段以及循環(huán)的效果，其主要目的是基于對所收集資料的分析、通過在進(jìn)行主動壓裂施工和灌注循環(huán)之間過程的有利選擇，提高壓裂法的效率，從而增強剪切擴(kuò)張以及裂縫的開放。圖16和17描述了應(yīng)用本文所述的灌注階段的多次循環(huán)，以及為了廢物處理而將廢沙灌注入高滲透性砂巖過程中所收集的數(shù)據(jù)。圖16A描述了能將壓力提高至地層壓力128以上的SFITM方法的每日循環(huán)，包括水灌注相130、灌注起始段132、形成擴(kuò)散壓力136的沙石灌注相134中，再次水灌注相138，以及壓力衰減期140。圖16B描述了多個日循環(huán)，其確保長時程沙石-水漿液SFITM灌注是可以持續(xù)的。所述的SFITM方法可在(但并不限于)數(shù)月的時間段上維持(圖17)。圖16和17描述了本文所述方法可以在長時間的增產(chǎn)處理過程中(包括多日和多個循環(huán))使裂縫重新起始、停止、再開始(re-initiation,cessation,re-starting)等等。本文所述的方法可包括步驟：偶爾停止灌注以便評估實施進(jìn)展；而視需要改變設(shè)計和后續(xù)循環(huán)及階段的施工性質(zhì)以便使低滲透性堅硬巖體中的井筒周圍區(qū)域?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的增產(chǎn)，其中，巖體含有大量天然裂縫10。圖18描述了地層中沿著井筒36分布的多個增產(chǎn)處理區(qū)域38，其中，自然產(chǎn)生的裂縫網(wǎng)絡(luò)通過應(yīng)用本文描述的過程和方法而得到增強、擴(kuò)張并增大。本方法可用于含油或含氣的頁巖層存在于較深埋狀態(tài)的地理區(qū)域中。本方法引起在地層中自然生成的較小裂縫形成增強網(wǎng)絡(luò)，并使初期天然裂縫開放并延伸為擴(kuò)張帶38(圖11)，且與沙石支撐的誘發(fā)次生裂縫網(wǎng)絡(luò)70、72連接并圍繞它們。與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本方法涉及大規(guī)模的地層壓裂。本方法可利用地層中的天然裂縫10網(wǎng)絡(luò)作為產(chǎn)生廣闊傳導(dǎo)的裂縫網(wǎng)絡(luò)要素以供烴類開采，通過實行基于許多測量結(jié)果而設(shè)計和實施的多個階段和循環(huán)可將該要素增產(chǎn)至有效狀態(tài)，其中，所述測量包括PFOT、SRT、變形以及微震擴(kuò)散場。如圖4和5所示，階段1為垂直或水平的一個或多個井筒36的情況，這些井筒安排用于提供沿著一個或多個灌注井19的一個或多個位置通往目標(biāo)地層的通道。在一種可用的結(jié)構(gòu)中，如圖4所示，沉下井筒36，并隨著接近目標(biāo)地層，井筒36改變軌道以在目標(biāo)地層中形成長水平段。將鋼套管下放至井中，并按照現(xiàn)有技術(shù)中描述的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行水泥澆注。沿著水平井的長度，標(biāo)記特定的位置，并通過在鋼套管上打孔形成通往地層的開放部位。打孔位點25可大約為2-3米長，一旦打孔，打孔位點可形成至少50個直徑不小于18mm的開放部位。將多個相似的水平井鉆入目標(biāo)地層，彼此平行，如圖5所示，或在某些其他情況下，如結(jié)合水平井、垂直井或斜井，都被視為以所需間隔充分接觸地層。這些井筒36也裝有水泥澆注的鋼套管，且通過打孔獲得在水泥套管后通往巖層的通道。圖5顯示了基本水平或斜率平緩的灌注陣列，其安裝在基本水平或斜率平緩的頁巖地層或其他低滲透性地層內(nèi)。很明顯的是，合適的目標(biāo)地層也可能是傾斜或彎曲方向的，因此灌注井的區(qū)域也可以類似地在傾斜和/或彎曲面上布置。典型地，雖然行間距可取決于地層的特性或其他因素而各不相同，但典型的灌注井行間距為50-500米，如圖4所示。圖4詳細(xì)說明了兩口井筒36的水平灌注段，在一個實施方式中，沿著其全長可包括多達(dá)45個打孔開放區(qū)帶，每段鉆孔的長度構(gòu)成了一個用于在地層內(nèi)形成相應(yīng)裂縫增產(chǎn)帶的位點。一個或多個完成的灌注井打孔位點25與鉆井的其他部分隔開，然后首先注入加壓水，然后注入水和沙石漿液，從而在頁巖層中誘發(fā)裂縫。如下文所述，所述的水或水和沙石漿液按設(shè)計的順次方式注入灌注井19。一種或多種漿液來源可包括能夠產(chǎn)生加壓含水漿液的任何機(jī)械系統(tǒng)，其中加壓含水漿液包含沙石或其他顆粒物質(zhì)作為支撐劑以及為所選階段的所需的合適添加劑?？捎糜诠嘧⒒蚺c支撐劑和添加劑混合以制備漿液的任何合適的水來源包括地表水、海水，或之前在開采油或天然氣時產(chǎn)出的水，只要所述的水不含可能損害頁巖產(chǎn)出天然裂縫10以及孔隙中所含烴類的能力的礦物質(zhì)和顆粒。如果地質(zhì)學(xué)分析或其他研究認(rèn)為必要，這些水可經(jīng)過化學(xué)處理，從而避免任何對于需要增產(chǎn)地層中的天然水和礦物的有害反應(yīng)。本方法包括了分階段的方法，以便在井筒36周圍的地層中產(chǎn)生具有延伸傳導(dǎo)性以及互相連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而有利于并加速烴類或熱能的開采。先沿著井筒36并按一系列設(shè)計的階段將整個過程施用于一個打孔位點250，再沿著同一個或另一井筒36轉(zhuǎn)移到另一打孔位點25。一旦在打孔位點25完成了水力壓裂增產(chǎn)過程，(與)沿著井筒36的另一打孔位點25隔開，在新的打孔位點25重復(fù)所述過程，視需要作改進(jìn)以對之前沿著井筒作增產(chǎn)處理的效果進(jìn)行總結(jié)。繼續(xù)沿著井筒36上多個打孔位點25的這種順次、階段性增產(chǎn)處理，直到所有的打孔位點25都經(jīng)過恰當(dāng)?shù)脑霎a(chǎn)處理，然后可處理新的井筒36。在沿著井筒36的特定打孔位點25開始灌注階段之前，要進(jìn)行SRT評估，即臺階狀流量裂縫壓力評估。這個過程需要以恒定的低灌注速度開始注入上述的清水，清水中不含添加劑或顆粒性物質(zhì)，同時測定注入水的壓力反應(yīng)。通常，灌注速度的初始值為0.25到1.0bpm數(shù)量級，時間通常為5分鐘至1小時以使灌注壓力到達(dá)恒定值。然后，無需停止灌注過程或改變其他條件，將灌注速度提高相同的量，0.25-1.0bpm的數(shù)量級，并再次平衡壓力。將灌注速度和灌注壓力以下述方式繪圖：操作者能決定以何種灌注速度和壓力在灌注位點產(chǎn)生實質(zhì)性水力壓裂縫。該信息還用于評估最小壓裂壓力的值，從而用來設(shè)計所述的順次水力壓裂進(jìn)程的階段。特別地，可先具體選擇稍高于最小壓裂壓力的灌注速度進(jìn)行裂縫處理增產(chǎn)，然后，如果需要，根據(jù)監(jiān)測測得的效果，在循環(huán)中采用更高或更低的速度。此外，可在下述水力壓裂增產(chǎn)過程中重復(fù)所述的SRT，以評估目標(biāo)地層中應(yīng)力改變以及注入性能變化，藉此收集更多信息以便改變和重新設(shè)計灌注策略而有助于達(dá)到最佳結(jié)果。階段1天然裂縫系統(tǒng)的增強階段1包括與現(xiàn)有技術(shù)壓裂方法相比，更長的灌注時間和更低的裂縫灌注速度，用于在井筒36選定的打孔位點25及其周圍的地層中造成水力壓裂增產(chǎn)。在一優(yōu)選例中，注入的水優(yōu)選不含添加劑或顆粒性物質(zhì)，且藉此具有提高地層內(nèi)孔隙壓力的效果，從而擴(kuò)大了對于天然裂縫10和初期裂縫12自打孔位點25深入地層的增強的水力壓裂增產(chǎn)效果。如此提高地殼中天然應(yīng)力導(dǎo)致的地層中的孔隙壓力觸發(fā)提高了天然裂縫裂隙徑的寬度以及可導(dǎo)致自支撐的剪切擴(kuò)張效果(圖8、15)。水灌注壓高于地面中最小自然應(yīng)力，從而造成了由液壓誘發(fā)的天然裂縫開放以形成開放的天然裂縫69。通過連續(xù)灌注，開放天然裂縫的過程會自緊鄰灌注井19的區(qū)域向外傳播進(jìn)入地層。長時程、高壓力、高速度的水灌注通過許多方式與天然裂縫相互作用。首先，其通過水力作用將無數(shù)天然裂縫10相連，即，在裂縫之間建立液體連通、產(chǎn)生與灌注井19互相連通的路徑網(wǎng)絡(luò)。第二，由于巖體要使其本身適應(yīng)于大體積灌注速度和有效應(yīng)力改變，高壓力作用于開放天然裂縫10和初期裂縫12，而這些天然裂縫10和初期裂縫12的部分開口在性質(zhì)上是永久的，從而產(chǎn)生了與灌注井19相連的永久高滲透性通道。第三，圖6A還表明，在高速灌注產(chǎn)生了高灌注壓的情況下，會使適當(dāng)定向的天然裂縫10經(jīng)歷切變位移。高壓力有助于天然裂縫10的開放和切變位移，以形成開放的天然裂縫69，如圖6、7、8、10和11所示，因此，相對面在閉合時不能夠完全閉合或很好地匹配，從而因切變位移和擴(kuò)張造成了殘留的高滲透性通道，如圖15所示。這后一過程中天然裂縫10網(wǎng)絡(luò)的切變位移和永久擴(kuò)張稱為自支撐，這形成了與水力誘發(fā)裂縫互相連通的高滲透性通道網(wǎng)絡(luò)，其中水力誘發(fā)裂縫有利于油和氣流入生產(chǎn)井筒中。本方法的一部分是持續(xù)積極地注入清水，從而使這一進(jìn)程自灌注點向外傳播并形成大量互相連通的、開放的天然裂縫69，從而通過本文描述的機(jī)制在灌注點周圍形成廣闊的引流區(qū)域。在某些情況下，比如當(dāng)目標(biāo)地層含有膨脹性頁巖或其他地化敏感(geochemicallysensitive)的巖石，可采用鹽水或其他鹽溶液以抑制其膨脹?？偟膩碚f，應(yīng)避免或盡少使用凝膠或其他化學(xué)劑，因為大部分化學(xué)劑會在地層中有殘余沉積，并降低巖石的通透性或部分阻斷經(jīng)誘發(fā)或增產(chǎn)處理的裂縫網(wǎng)絡(luò)中的液體路徑。為了確保灌注液體和目標(biāo)地層巖石相容，實施時需謹(jǐn)慎。例如，鹽水溶液可能影響巖石的可濕性(wettability)。同樣，如果溶液過酸，這可能造成巖石更親油(oilwet)，而如果溶液不含鹽且呈pH更高的堿性，則有利于頁巖中那些易受化學(xué)效應(yīng)影響的粘土礦物的膨脹。本發(fā)明考慮到灌注液可由任何液體組成，從淡水至飽和氯化鈉鹽水，其中，pH控制值為6.0-7.0，或大致為中性、酸性/堿性。根據(jù)天然裂縫10網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)以及其對于灌注過程的反應(yīng)，具體的水力壓裂時程長度可變。階段1包含了一個或多個延長的灌注期，其持續(xù)時間、特征性速率、壓力、時段、關(guān)井段、回流段、添加劑都能通過許多種測井、形變測試、微震波擴(kuò)散測試或這些方法的組合來決定。具體地，可持續(xù)進(jìn)行包括積極水灌注的階段1過程，任選地使用不同時長的多次循環(huán)，直到該過程在灌注地點接近獲得最大可能增產(chǎn)量。使用形變數(shù)據(jù)時，可利用高精度測斜儀，即112、114或其他適用的儀器測量巖石和地殼表面對高速水灌注起反應(yīng)產(chǎn)生的形變。隨著灌注的持續(xù)，通過對體積的增量及其空間分布進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，從而決定何時停止灌注。例如，當(dāng)形變數(shù)據(jù)顯示在灌注位點周圍進(jìn)行擴(kuò)張的巖石體積不再有大幅提升，則可停止灌注。類似地，可以采用相似方式研究微震波的擴(kuò)散進(jìn)行研究；其數(shù)量、定位、性質(zhì)以及擴(kuò)散的波度，各自代表了灌注位置周圍的剪切事件，可在灌注持續(xù)時將微震波擴(kuò)散繪制成圖并進(jìn)行研究。由于微震監(jiān)測儀監(jiān)測的每一次剪切事件都與一次切變位移期相關(guān)，對這些事件的主動監(jiān)測和繪制與繪制發(fā)生剪切和自支撐的擴(kuò)散和延伸區(qū)域是一致的。例如，一旦微震事件的向外擴(kuò)散速度充分放緩，則進(jìn)一步灌注最多只對增產(chǎn)處理帶體積產(chǎn)生邊際效益是明顯的，就可停止灌注。一旦階段1中的灌注停止，或需要在階段1水灌注過程中評估灌注帶，則灌注帶的增產(chǎn)效果可通過以下方式評估：測定壓力衰減140的速率而無水回流PFOT；如果鉆井可有液體流通，根據(jù)回流速率和體積的改變；或利用特定的加壓或灌注測試如SRT，進(jìn)行這些測試來專門評估經(jīng)階段1灌注過程影響的井筒36周圍區(qū)域的程度和性質(zhì)。若前述的測井結(jié)果顯示通過持續(xù)灌注能夠獲得進(jìn)一步的收益，則再重新啟動并持續(xù)進(jìn)行階段1的水灌注，直到有明確表明認(rèn)為在該位點的條件下已接近可獲得的最大增產(chǎn)(量)。另外，階段1的合適持續(xù)時間為4-72小時之間。如本文所述，無論在初始階段1終止或在如下述的多階段水力壓裂循環(huán)過程中的后續(xù)階段終止，階段1均可重復(fù)進(jìn)行多個循環(huán)。任選地，在第一次灌注循環(huán)末，而在非后續(xù)階段1灌注之后，可將鉆井關(guān)閉大約12小時的時間，以測量井底壓力的衰減速率。這種PFOT評估了關(guān)閉后鉆井的表現(xiàn)，并根據(jù)以下情況定量評估天然裂縫系統(tǒng)的增強情況：滲透裂縫的傳導(dǎo)性或?qū)Я餍愿淖?、半徑或體積改變和液流特性的產(chǎn)生或改善以及灌注部位附近的組分、線性流、雙線性流、徑向流、邊界條件效應(yīng)，等等。這種地層反應(yīng)信息對于細(xì)化和改良階段1灌注策略至關(guān)重要，同時也有助于設(shè)計和實施階段2支撐劑漿液的灌注性能。壓力下降測定有多種選擇，(本文)描述了數(shù)種。一種可用于增產(chǎn)處理帶的體積和性質(zhì)的評估方法為：在階段1灌注后，在持續(xù)恒定的回流壓力下使鉆井產(chǎn)生回流。對水流速率持續(xù)地進(jìn)行測定，直到回流幾乎停止，然后降低鉆井內(nèi)的回流壓力，并對重新啟動的回流進(jìn)行仔細(xì)測定。重復(fù)該過程并對結(jié)果進(jìn)行分析。另一種可用于評估階段1增產(chǎn)處理效果的方法是：執(zhí)行一種或多種在現(xiàn)有技術(shù)中描述過的灌注測試、加壓-衰減測試SRT，PFOT或其改進(jìn)形式，這些方法也能在測定形變和微震波擴(kuò)散的同時進(jìn)行測定。階段2支撐天然裂縫系統(tǒng)階段2可在階段1的最后部分結(jié)束時或結(jié)束后不久立即開始，或灌注過程沒有任何實質(zhì)性的間斷，如果在先的分析和評估如此決定的話，但通常是在額外PFOT之后。階段2包括灌注含有水和細(xì)粒度支撐劑(如100目的石英砂支撐劑)。細(xì)粒度顆粒材料的合適粒徑范圍包括50-250微米(或)0.002-0.01英寸(晶粒直徑)。階段2期間，灌注速率相對緩和，且可根據(jù)設(shè)備、深度、應(yīng)力等大幅改變，但通常在3-8bpm的范圍內(nèi)。階段2的目的在于引入細(xì)粒度的沙石/顆粒并使其深入地層，從而通過將顆粒物質(zhì)填充入開放的天然裂縫69和增強的天然裂縫，以便支撐階段1中形成的開放裂隙。因此，階段2與圖9A對應(yīng)，圖8C描述了導(dǎo)引沙石端78的效果細(xì)節(jié)。該過程通過打開天然裂縫10形成開放的天然裂縫69而產(chǎn)生進(jìn)一步的體積改變，由此增強了剪切以及天然裂縫10網(wǎng)絡(luò)的互通性，這就如同階段1中由高孔隙壓力形成的增強一樣。在這些情況下，漿液中的沙石分散深入地層以支撐天然裂縫10網(wǎng)絡(luò)中形成的開放裂隙，并加強了階段1中形成的增強天然裂縫網(wǎng)絡(luò)的剪切、維持以及延伸。階段2可包括多次循環(huán)，其含有不連續(xù)的沙石灌注期(濃度可能不同)，且每一期后進(jìn)行一次PFOT，更佳地，在開始下一次沙石灌注期開始之前，(PFOT)持續(xù)至少12小時甚至20小時或更多。對PFOT的結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，以助于決定下一循環(huán)的支撐劑濃度、灌注速度以及時長。通常，一旦開始灌注含顆粒支撐劑材料的水，則不應(yīng)允許液體回流至灌注井19，因為可能堵塞鉆井。對于每個(壓力)下降周期，都需精確收集井筒36的壓力數(shù)據(jù)，從而使施工人員可以一致地分析單位時間的壓力改變Δp/Δt，從而使一致的PFOT解釋能夠徑向后續(xù)的增產(chǎn)處理評估。每次沙石壓裂期開始時以恒定速率灌注清水。灌注速率的具體方案可如下，每期采用相同值，并在15-30分鐘的前漿液水填充(pre-slurrywaterpad)置入過程中測定壓力的總和。若能一致地完成該步驟，則也能對此進(jìn)行一致的分析，從而給出關(guān)于有效導(dǎo)流性(transmissivity)變化和，較低程度上，液體流動帶圍繞灌注井程度的確認(rèn)信息。這是另一項為了實施計劃進(jìn)程的而與其他測定同時進(jìn)行的測試。通過上述步驟形成細(xì)粒度支撐劑增強的天然裂縫系統(tǒng)后，優(yōu)選進(jìn)行不少于12小時的關(guān)井階段以評估地層液體流動狀態(tài)和階段1的基線PFOT后12小時關(guān)井的改變，包括壓力的衰減率，所述步驟由多次循環(huán)的支撐劑灌注、壓降階段以及清水灌注構(gòu)成。通過一種或多種方法進(jìn)行分析，包括多個不同滲透性的周圍區(qū)帶，以及經(jīng)典的裂縫翼長度分析。對關(guān)井?dāng)?shù)據(jù)的PFOT分析定量評估了天然裂縫10系統(tǒng)的“增強”情況，包括滲透性裂縫的傳導(dǎo)性改變，能改善傳導(dǎo)性的體積變化率，以及一旦灌注停止，流動液體組分的產(chǎn)生和改善、線性流、雙線性流、徑向流、邊界條件效應(yīng)，等等。在上述步驟中形成的地層反應(yīng)信息可用于細(xì)化和改善階段2的灌注策略、對灌注設(shè)計和規(guī)范以及后續(xù)階段3的灌注活動中支撐劑的性質(zhì)。階段3產(chǎn)生大的裂縫體系作為次級流動系統(tǒng)階段3的一個或多個時期可被用于產(chǎn)生或誘發(fā)大的裂縫體系，其與階段1-2中產(chǎn)生的誘發(fā)裂縫和增強的天然裂縫體系有合適的液體流通。SFITM方法通過在近井筒區(qū)域深至地層內(nèi)進(jìn)行良好的體積波及(volumetricsweep)，以可控方式下使一系列斷裂事件擴(kuò)散，從而形成了大的裂縫體系，而非如現(xiàn)有技術(shù)中通常設(shè)定的目標(biāo)那樣利用具有深且長的大尺寸的巨大單一裂縫。優(yōu)選地，在進(jìn)行階段3之前，應(yīng)使階段2的斷裂進(jìn)程“穩(wěn)定”一下。在大多數(shù)情況下，在階段2后相對延長的關(guān)井時段后，可施行包括階段3的使用粗粒度沙石或顆粒支撐劑材料的末次灌注。在某些實施方式中，沙石由16-32的沙石或20-40的石英砂支撐劑構(gòu)成，且粒徑在200-2000微米的沙石在任何情況下都可用，包括中等粒度到粗粒度沙石的各級大小。然而，在這個階段的支撐劑種類并不是很重要，只要是相對高強度且剛度合適的顆粒物質(zhì)，優(yōu)選包括所有適度的或圓潤的顆粒。該階段的一方面，在壓裂水灌注前后的相關(guān)壓裂液填充需在全壓力和速率測定下持續(xù)地小心進(jìn)行，從而減少堵塞灌注井的概率，并增加進(jìn)行有效數(shù)據(jù)分析的機(jī)會。為了確保階段3誘發(fā)的裂縫體系中有最佳支撐劑的設(shè)計，其中可處理的問題包括：i.壓裂支撐問題——壓力-時間-支撐進(jìn)程的性質(zhì)造成了誘發(fā)的裂縫11具有寬的裂隙，其中成功性與近井誘發(fā)裂縫11的寬度以及誘發(fā)裂縫11和天然裂縫10的連通程度相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，圖9B和圖10描述了階段3的所需效果，即在相對更接近井筒36處產(chǎn)生了含有粗粒度沙石的更短更寬的裂縫，且與階段1和2中形成的增產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)相連。ii.置入問題——沙石置入深達(dá)誘發(fā)的及增強的天然裂縫體系的一致性決定了沙石置入過程的成功率。iii傳導(dǎo)性問題——通過裂隙填充、切變位移、自支撐以及水力誘發(fā)裂縫和井筒36之間的連通組合增強的天然及次生裂縫決定處理點附近區(qū)域的液體流通能力改善的幅度和程度。iv現(xiàn)場應(yīng)力改變——在近井筒附近(區(qū)域)的壓裂壓力改變通過臺階狀流量測試或通過壓裂回流或PFOT進(jìn)行評估。尤其地，階段3期間實行的巨大額外體積改變會作用于地層應(yīng)力，其與近井筒36的區(qū)域中體積改變的幅度有函數(shù)關(guān)系；為了有利于應(yīng)力轉(zhuǎn)換和壓裂轉(zhuǎn)換而控制并優(yōu)化該體積-應(yīng)力改變是本方法的關(guān)鍵因素。階段3中粗粒度沙石的灌注應(yīng)當(dāng)比階段2中細(xì)粒度沙石的灌注更快速，通常以5bpm或更快的灌注速度，如果物質(zhì)設(shè)備允許，灌注速度可高達(dá)10bpm或更快，這種速度可避免任何過早產(chǎn)生的堵塞，并與階段1和2中生產(chǎn)的增強網(wǎng)絡(luò)間建立良好的液體流通。在階段3之前及其進(jìn)行過程中，需持續(xù)并重復(fù)壓力監(jiān)測以及與階段1和2中相關(guān)的其他檢測步驟，與壓裂前填充、壓裂后關(guān)井基本上相同的方式，從而能比較階段2和3之間地層反應(yīng)。一旦沙石置入結(jié)束，可以重復(fù)壓裂后階段的PFOT分析，維持至少12小時，但也可通過可延長關(guān)井時段以便評估更遠(yuǎn)的支撐后裂縫的效果。一旦收集到壓力衰減數(shù)據(jù)，可在最后一次主動灌注之后、完全回流之前進(jìn)行SRT應(yīng)力測試，并嘗試使鉆井開始生產(chǎn)。在階段3中使用SFITM，在各階段中泵入的沙石體積比泵入的沙石濃度更為重要，即，沙石以何種速度置入，以及可在較長的灌注時間段中以更低沙石濃度進(jìn)行更大體積的沙石灌注。階段2和3中沙石支撐劑的濃度以及灌注速度的特定值是由所收集數(shù)據(jù)的一致性分析決定的，其中數(shù)據(jù)是自階段1開始之前進(jìn)行的初始臺階狀流量測試開始的處理過程中收集的，并包括該測試之后的所有數(shù)據(jù)。階段的循環(huán)本發(fā)明方法可含有重復(fù)的循環(huán)和/或子循環(huán)，包括如下：1.在進(jìn)行下一階段前任一單獨階段的重復(fù)。2.在進(jìn)行下一階段前，任意兩個階段的按序重復(fù)，例如，在進(jìn)行階段3之前，階段1和2可按序重復(fù)很多次；或在結(jié)束進(jìn)程前或返還到階段1之前，階段2和3的多次重復(fù)。3.對所有3個階段進(jìn)行按序重復(fù)特定的次數(shù)。4.在灌注中或關(guān)井過程中改變參數(shù)或范圍。階段1到3總體被考慮為一個完整的“壓裂循環(huán)”。在一個實施方式中，關(guān)井的時間在于各重復(fù)的壓裂循環(huán)之間。在一個實施方式中，關(guān)井的時間至少為24小時。該關(guān)井時段能夠達(dá)成以下一種或多種：i現(xiàn)場應(yīng)力再分布/及穩(wěn)定化。ii利于裂縫旋轉(zhuǎn)。iii評估PFOT以評估全地層滲透性的改善情況。iv最大程度提高地層剪切應(yīng)力或?qū)ζ溥M(jìn)行控制，從而造成頁巖的切變移動以及后續(xù)自支撐活動的改善。最大程度降低沿著交界面的大范圍剪切應(yīng)力聚集，這種應(yīng)力聚集可能影響井筒的完整性，尤其對于易受沿水平地質(zhì)界面的剪切力影響的垂直井。各循環(huán)之間的關(guān)井時間可基于以下參數(shù)：i.泵入的沙石體積ii泵注的持續(xù)時間iii地層的PFOT數(shù)據(jù)可根據(jù)裂縫增強的結(jié)果，視需要在一個循環(huán)中重復(fù)各階段。例如，階段1和2的數(shù)個子循環(huán)可用于有效增強和支撐天然裂縫網(wǎng)絡(luò)。整個循環(huán)可以是重復(fù)的階段1-3，從而以可控的方式有效地形成大(范圍)的液體流通以及自井筒36延伸至地層的引流區(qū)域。在最后階段3結(jié)束時提高支撐劑的濃度以隔離井筒36區(qū)域，從而在井筒36的周圍形成一個高傳導(dǎo)路徑，以使(液體)自所有流通體系很好地流入井筒36也可能是理想的。在現(xiàn)有技術(shù)中，該過程稱為“強制裂縫末端脫砂”(forcedfracturetipscreen-out)或“壓裂與填充”(frac-n-pack)。每個額外的階段/循環(huán)的灌注策略都可根據(jù)循環(huán)次數(shù)的增加有所不同。例如，在初始的循環(huán)中，粗粒度支撐劑20-40可用于階段3。在之后的循環(huán)中，階段3可用的支撐劑可換為60-40。與首次循環(huán)的階段2相比，在后續(xù)循環(huán)的階段2可用粗粒度的沙石。SFITM的使用在本文中是以重復(fù)的循環(huán)和多階段的形式，將沙石帶入地面深處。沙石在地層中沉積并在每次循環(huán)中引起局部地層應(yīng)力增加。這種性質(zhì)的局部地層應(yīng)力導(dǎo)致了當(dāng)使用高壓力漿液灌注而重新啟動天然裂縫的開放時，后續(xù)循環(huán)中形成的新裂縫發(fā)生再定向，從而造成了如圖9和10圖釋的裂縫旋轉(zhuǎn)。圖8和11描述了典型裂縫增產(chǎn)帶的結(jié)果——本發(fā)明方法形成的全面擴(kuò)張帶38，其部分得到沙石支撐而部分未得到支撐。增產(chǎn)帶地層具有高滲透性，其外形呈雙面凸起或橢圓形，鄰近灌注位點的區(qū)域包括結(jié)合的沙石帶70和72以及擴(kuò)張增產(chǎn)帶的外部區(qū)域。這一含有支撐劑及沙石帶外更遠(yuǎn)部分的內(nèi)部地帶構(gòu)成了采用本發(fā)明方法而得到的大體積擴(kuò)張帶。由于擴(kuò)張的天然裂縫，相互交錯的現(xiàn)有裂隙的孔隙相連、開放以及注入水和引入沙石支撐劑后導(dǎo)致的裂縫，造成了該地帶的整體具有增強流動的性質(zhì)。另外，天然裂縫10以及初期裂縫12可在既定方法的作用下進(jìn)行剪切和擴(kuò)張，并且即使其未能通過物理方式開放，也能通過強大的剪切應(yīng)力和升高的孔隙壓力進(jìn)行位移。當(dāng)Δp等于0，這樣的裂縫不大可能閉合，雖然在烴類消耗期間，未經(jīng)支撐劑打開的此類裂縫仍對改變敏感。圖12描述了單個灌注井筒36，顯示了如果情況允許，開放的水力誘發(fā)裂縫自灌注位點形成的緊鄰灌注帶出現(xiàn)，但其沙石(流動)減緩并滯留在目標(biāo)帶94。本發(fā)明方法還要求保護(hù)通過僅使用低粘度水作為液體試劑來影響天然裂縫10網(wǎng)絡(luò)的開放，從而限制沙石支撐劑的上升。圖13圖解了監(jiān)測本文所述灌注過程的地層反應(yīng)的方法。監(jiān)測反應(yīng)包括以下任意組合：位于灌注井19及灌注系統(tǒng)的壓力感受器，表面Δθ測斜儀112，淺層Δθ測斜儀114，離灌注井19距離增加的深層Δθ測斜儀116，含有地震檢波器108或加速儀的微震傳感器，可用于收集由巖石中粘滑剪切和位移形成的震動能量傳播。偏移量Δp測試井106可位于遠(yuǎn)離灌注井19處，其距離為離開地層中預(yù)設(shè)擴(kuò)張帶38的遠(yuǎn)處。偏移量Δp測試井106包括地震檢波器108，加速計和策略上沿著測試井106的長度分布的壓力器110，以便測定地層內(nèi)的壓力改變并收集震動能量反應(yīng)。這種監(jiān)測井106或灌注井內(nèi)的測試儀器還能檢測由灌注井內(nèi)的灌注液體流出的壓裂液順梯度漏失24造成的壓力改變。圖14描述了形變監(jiān)測技術(shù)，包括位于灌注井19不同距離的淺層Δθ測斜儀114以及深層Δθ測斜儀116的陣列，用于檢測烴類儲集層中誘發(fā)的體積改變相關(guān)的形變區(qū)域的變化。鉆井可包括檢測地層位移的裝置，其精度足以分析數(shù)據(jù)并測得天然裂縫10體系的誘發(fā)擴(kuò)張面及幅度。此外，可進(jìn)行多種表面測量以檢測表面水平的改變，包括表面測量、衛(wèi)星圖像和航空攝影測量120。圖16和17描述了當(dāng)本方法以長期(如數(shù)天或數(shù)月)多循環(huán)至很長時間方式施用時，底孔壓力的變化。在另一方面，灌注液可包括納入廢棄物的漿液，如受污染的沙石或其他廢棄物。這可達(dá)到增強烴類產(chǎn)量以及永久處理顆粒狀可用廢棄物提供方便渠道的雙重目的，從而構(gòu)成了實現(xiàn)多項目的的新方法。本文通過具體描述的實施例及其方面描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明并不受其具體實施例及其方面所限制，包括單獨的步驟、過程、組件等等。應(yīng)參考其專利說明書對本發(fā)明作出最優(yōu)的整體理解，包括其權(quán)利要求、特定的功能或機(jī)械設(shè)備及文中描述的可替換的元素。