水力壓裂裂縫擴展規(guī)律和破裂壓力的數(shù)值研究.pdf

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，全世界對于化石燃料的需求同其不能短期再生的現(xiàn)狀產(chǎn)生了矛盾。因為頁巖油氣儲量大、分布廣泛，逐漸被廣泛應(yīng)用到石油化工產(chǎn)業(yè)當(dāng)中。而在開發(fā)頁巖氣的過程中，低滲透性的儲層比較難以得到充分的開發(fā)，造成了大量已開出井的閑置與浪費，故而提出水力壓力技術(shù)來達(dá)到增產(chǎn)舊油田、開發(fā)低滲透儲層的目的。在石油天然氣領(lǐng)域，水力壓裂的裂紋擴展模式和破裂壓力研究具有實際工程意義。但受限于實驗條件下測定水力壓力操作復(fù)雜，而裂縫擴展過程無法直接觀測

2、，多數(shù)情況下采用數(shù)值模擬方法來分析破裂壓力以及討論裂縫性儲層水力壓裂過程中天然裂縫與地應(yīng)力對水力壓裂破裂壓力的影響。本文以研究破裂壓力為核心，從以下幾個方面來開展研究:
　　(1)開展了不同地應(yīng)力條件下的水力壓力數(shù)值實驗，觀察其裂縫擴展的形態(tài)和聲發(fā)射圖。通過物理圖象直觀地了解裂隙從萌生、發(fā)展直至微裂紋貫通造成試樣最終破裂的過程。并在此基礎(chǔ)上建立分層性的數(shù)值模型，以比較貼合實際地層的情況來展開討論。結(jié)果表明，最大主應(yīng)力起到裂紋方向的

3、控制作用，壓力越大越容易引起裂紋發(fā)展。
　　(2)根據(jù)聲發(fā)射圖能量與破裂壓力的相關(guān)性，提出了以聲發(fā)射能量圖確定巖石破裂壓力的方法。分析結(jié)果表明:數(shù)值試驗方法所計算出天然裂隙條件下水力壓裂的破裂壓力值與理論值具有比較好的一致性，與實驗值還有一定的偏差。
　　以不同預(yù)制裂縫與最小水平主應(yīng)力的夾角為影響因素來進(jìn)行水力壓裂數(shù)值試驗，同時兼顧考慮天然裂縫相同時主應(yīng)力條件變化情況下裂縫的起裂及發(fā)展情況。計算結(jié)果表明:地應(yīng)力與天然裂縫對水

4、力壓裂的影響比較復(fù)雜.天然裂縫的存在降低巖體的強度，有助于裂紋的擴展。工程實際情況中最理想的條件是天然裂縫與最小水平主應(yīng)力夾角在30°～45°之間，處于此種條件下的破裂壓力比較小。
　　(3)以對稱和錯位布置水平井間多射孔數(shù)值模型來研究水力裂縫干擾情況。計算結(jié)果表明水力裂縫主要擴展形式以網(wǎng)狀裂縫為主，并不會受到射孔是否對稱的影響。不同位置射孔裂紋形成所需要的水壓力有所不同。尤其第一排射孔所需水力壓力高，所形成的裂縫一般為平直裂紋，