水平井压裂起裂机理及裂缝延伸模型研究

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1、摘要在低渗透和特低渗透油田，有时水平井单井产量也很低，不能满足经济开发的要求，这时通常需要对水平井实施水力压裂增产技术。但目前对水平井压裂裂缝形成机理认识不够全面。文中考虑岩石中含有大量微裂纹的低渗透储层，经过假设简化条件，总结了适应于该地层的水力压裂裂缝起裂压力和起裂角的数学计算模型，经过编程计算，研究了在水平井筒方位角、最小水平主应力、垂向主应力以及完井方式等因素影响下的裂缝起裂压力变化规律，为计算水平井压裂破裂压力，裂缝起裂方位角，优化射孔提供理论依据。在裂缝延伸模型方面，建立改进的拟三维延伸数学模型，并编制水平

2、井水力压裂模拟软件。模型中考虑了储层岩石中存在的大量微裂纹，根据微裂纹中液体的性质，计算了岩石的有效弹性模量，修正裂缝的宽度方程，模型中还考虑压裂液垂向流动等因素，建立改进的拟三维裂缝延伸数学模型。在水力压裂拟三维延伸数学模型中，由于储层岩石杨氏模量和泊松比的变化，导致水力裂缝宽度增加，经过建立的数学模型的迭代计算，裂缝的长度和高度有所减小。实例计算结果与Fracpro．PT压裂设计软件的三维模型相比，具有较好的一致性，改进的拟三维模型能较好的模拟裂缝的延伸。通过计算分析了储层应力差、岩石断裂韧性、模量差等因素对裂缝高

3、度的影响，对控制裂缝延伸高度，提高压裂成功率有一定指导意义。此外，论文中还分析了岩石中的大量微裂纹对裂缝延伸几何形态以及裂缝延伸应力强度因子的影响。关键词：水平井压裂，微裂纹，岩石有效弹性模巷，裂缝宽度方程，分形力学StudyontheFractureInitiationandPropagationModelforHorizontalWellFracturingNaZhiqiang(Oil&GasWellEngineering)DirectedbyProfessorZhouGuangcheAbstractTheprod

4、ucticityofsinglewellsometimesisverylowinthelowandultra-lowpermeabilityoilfields，cannotmeettherequirementsofeconomicdevelopment，SO，thehorizontalwellusuallyrequiredfortheimplementationofhydraulicfracturing．Becauseofthelackinginunderstandingtheinitiationmechanismof

5、theformationinfractures，thereisnogoodtheoreticalbasisfordesigningthefracturing．Alargenumberofmicro·-crackswasconsideredintherockinthelow-permeabilityreservoirinthispaper,simplifyingandassumingtheconditions，sumuptheinitiationmathematicalmodeladjustedtotheformatio

6、n．Aftercalculation，discusstheeffectsofthehorizontalwellboreazimuth，verticalstress，maximumhorizontalprincipalstress，minimumhorizontalprincipalstress，perforation，orientationangleofthehorizontalwelltofracturesinitiatingpressure，whichprovidesatheoreticalfoundationfo

7、rthecalculationoffractureinitiatingpressure，angleandperforationoptimization．AnimprovedP3D(pseudothree-dimension)hydraulicfracturespropagationmodelthatverticalflowingofthefluidsisconstructed．Calculatedtheeffectiveelasticmodulusoftherockthatconsideredthecharactero

8、ftheliquidinthemicro-cracks．BecauseofthechangesofYoung’SmodulusandPoisson’Sratiointhereservoirrock，itcausedanincreasethewidthofhydraulicfractureinthecrackwidthequatio