体积压裂复杂裂缝起裂与延伸基础理论研究.ppt

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1、体积压裂复杂裂缝起裂与延伸基础理论研究西南石油大学2013年7月主要内容一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状二、起裂与延伸力学分析和复杂裂缝数值模拟三、结论及建议1）体积压裂基础理论研究①体积压裂基本含义（狭义）：采用水平井多段压裂，在水平井段上形成多条人工主缝；通过开启和扩展天然裂缝，并实现各分支缝的相互沟通，以形成的复杂裂缝网络在更大的储集空间内扩大泄油面积，提高低渗、超低渗储层导流能力。一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状矿井实拍图室内试验结果数值模拟1）体积压裂基础理论研究②水力压裂缝与天然缝相交后，分支缝起裂与延伸特征将决定裂缝网络几何尺寸及复

2、杂程度。测试设备实验结果受力分析一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状2）体积压裂复杂裂缝模拟研究①体积压裂复杂裂缝模型介绍。Wire-meshModelUnconventinalFractureModel正交线网模型非常规裂缝模型一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状2）体积压裂复杂裂缝模拟研究一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状非常规裂缝模型非常规裂缝模型模拟方法模型特点需根据地质、地震、测井等预先得到天然缝的长度、方位、力学参数等参数。基于微地震数据拟合缝网几何尺寸及缝内净压力。考虑不同物性天然裂缝影响，能较为精确计算缝网尺寸及复杂程度，但天然缝多时模拟难

3、度及工作量较大。2）体积压裂复杂裂缝模拟研究一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状正交线网模型模型特点正交线网模型模拟方法根据微地震数据点密度、地质及测井等数据用于调整正交天然缝间距。通过调整σH拟合缝网基本几何尺寸。调整裂缝（裂缝沿水平主应力方向且正交分布）相互间距和粗糙因子拟合缝内净压力。缝网整体为椭圆状、裂缝形态规则，但缝网尺寸与微地震数据拟合难度大。汇报内容一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状二、起裂与延伸力学分析和复杂裂缝数值模拟三、结论及建议（1）地质构造1、体积压裂改造的储层条件分析褶皱构造：由轴部向两翼发育天然裂缝的可能性越来越小。断层构造

4、：断面附近受到挤压更强，应力更大，天然裂缝越发育。（2）储层物性特征美国成功实施体积压裂案例的矿物成分分析石英含量较高时，可以适当放宽粘土含量的限制。1、体积压裂改造的储层条件分析（3）岩石力学特征杨氏模量较高、泊松比较低的地层脆性强，天然缝较为发育，且易发生断裂。1、体积压裂改造的储层条件分析（4）地应力状况存在天然裂缝是形成复杂缝网的充分条件。大量的天然缝存在，滤失大，需要液量大、排量大（国外页岩气压裂单段使用液量达到7000m3，排量达到21m3/min）。天然缝发育状况、几何尺寸、空间位置决定分支缝的起裂和延伸情况。（5）天然裂缝适当的地

5、应力条件，是形成复杂裂缝网络的有利条件。1、体积压裂改造的储层条件分析2、近井径向缝网形成分析1）近井径向缝网形成原理当孔眼与天然缝随机相交，由于沿天然缝剪切及张性破裂压力低于岩石本体破裂压力；并且不同井筒方位角下，孔眼上破裂压力值差减小，导致近井径向多裂缝的产生成为可能。近井径向缝网示意图2、近井径向缝网形成分析2）近井径向缝网形成影响因素分析井周存在多个破裂压力相近的等效破裂点裂缝延伸压力高于破裂压力，井底压力升高促使等效破裂点起裂延伸裂缝性地层典型压裂施工曲线不同模式下破裂压力变化趋势2、近井径向缝网形成分析2）近井径向缝网形成影响因素分析

6、导致井底压力升高的其他因素射孔摩阻裂缝面粗糙度井筒憋压3、复杂裂缝起裂与延伸力学机理研究复杂裂缝网络形成过程：分支缝天然缝实拍图示意图(a)穿透纹(b)表面纹(c)埋深纹裂纹的扩展形式包括Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型裂纹。Ⅰ型（张开型）裂纹(b)Ⅱ型（滑开型）裂纹(c)Ⅲ型（撕开型）裂纹1）裂纹扩展形式按裂纹的几何特征可分为穿透裂纹、表面纹和埋深纹。3、复杂裂缝起裂与延伸力学机理研究2）复合型裂纹的起裂与延伸判定准则复合型裂缝的起裂判定准则：(Warpinski&Teufel1987)复合型裂缝的延伸判定准则：(最大周向应力理论-Erdogan)3、复杂裂缝

7、起裂与延伸力学机理研究4、缝网压裂复杂裂缝延伸数学模型研究1）模型概述缝网压裂复杂裂缝延伸数学模型连续性方程压降方程裂缝宽度方程裂缝高度方程起裂与延伸判定准则变换自变量Stenffensen方法预报—校准方法数值计算方法拟三维Palmer模型理论基础数值解法概述：以压力作为自变量，结合天然缝起裂及延伸判断准则，改进裂缝几何尺寸迭代算法，加快收敛速度。求解的局部优化处理①Stenffensen方法②预报—校准方法4、体积压裂复杂裂缝延伸数学模型研究计算特点：①每条天然缝都需分配新的计算模块，天然缝越多，计算越复杂；②对每条缝都需进行相交判定，并在节

8、点处重新分配计算参数，缝网越复杂，计算量越大；交点处流量、压力动态分配计算较为困难。水平地应力相等，延伸角不受缝内净压影响。净压力增加，