页岩水平井压裂裂缝延伸规律探究_以延长油田页岩气气藏为例.pdf

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1、设备运维页岩水平井压裂裂缝延伸规律探究——以延长油田页岩气气藏为例关星长江大学石油工程学院摘要：水平井压裂能有效的提高页岩气藏水平井的产量，裂图1裂缝的三种类型缝延伸规律研究是水平井压裂技术的关键点之一。提出并研究这三种类型的裂缝迭加可以得到任意一种裂纹的变形状态，应力强度因子，裂缝端部的应力强度因子达到岩石的断裂韧性时我们把这些统称为称为复合型裂纹。在Irwin的理论中，当r发生裂缝才开始延伸。以延长油田的现场数据为例，对常用的裂缝延变化时，裂缝尖端区域的应力也会随之变化，r是某点与裂缝尖端伸数学模型—二维模型、拟三维模型、三维模型进行对

2、比分析，选之间的距离。对于这种应力奇异性的强度，Irwin用应力强度因子出最佳的延伸模拟模型。来表示。对于I型裂纹，裂尖应力场可表述为：关键词：页岩气藏；水平井压裂；应力强度因子；裂缝延伸σ=KIf（θ）ijij页岩气储层与常规气藏不同，页岩气储层射孔后必须压裂投2πr产才能获得工业气流。随着页岩气开发技术的不断发展，常规的式中，fij—与裂尖坐标系中极角有关的函数；r—距裂缝尖端的距离，m；K0.5直井完井方式已经不能完全适应工业生产的需求，目前页岩气井Ⅰ—Ⅰ型裂纹的应力强度因子，MPa·m。主要采用水平井的完井方式。由于对水平井压裂裂缝

3、形成机理对于二维裂缝来说，I型裂缝应力强度因子可以用下式来表认识的不足，尤其是对裂缝延伸规律的研究还很不成熟，导致目达：前我国的水平井压裂效果很不理想。K=PNπLé2sin-（1a）ùIëπLû在压裂作业过程中，裂缝随着压裂液的注入会同时向不同的式中，K0.5方向延伸，目的层在巨大的压力下产生具有一定导流能力的油气Ⅰ—Ⅰ型张开型的裂缝应力强度因子，MPa·m；PN—裂缝净压力，MPa；a—裂缝湿润区，m；L—裂缝半长，m。通道。裂缝在地层的延伸会受到一定因素的的制约，并且符合一在水力压裂的过程中，最常出现的是I型张开型裂缝，但混和定的规律

4、。本文通过岩石的有效弹性模量，裂缝延伸方式，裂缝型裂缝也可能出会现在一些特定的区域，比如岩石局部应力场发沿井眼轴向延伸模型等因素对水平井压裂裂缝延伸的影响，来研生剧变的地方。应力强度因子(包括II、III型裂缝的)是裂缝尖端究水平井压裂裂缝延伸的规律。应力奇异性强度的度量，它是包含载荷参数和岩体参数在内的函一、裂缝扩展判断依据数。从线弹性断裂力学的理论出发，可以把裂缝视为理想线弹性2.岩石的断裂韧性体，但实际情况是，在裂缝的尖端部位，应力会发生高度集中，因破裂载荷在裂缝边缘某一点上的诱发应力强度因子为KⅠ，此塑性区就一定存在。塑性区的存在导

5、致破裂判据发生改变。根据Irwin的断裂力学理论，裂缝在向前扩展时，会受到其周围岩表现为虽然净压力急剧增加，但裂缝向前延伸的速度却比较迟石的断裂韧性也就是KIC的控制，根据能量条件，当KⅠ≥KIC时，裂缝缓，脱砂较为严重，导致无法施工。塑性越强的地层，脱砂也会越将会发生扩展。早。当地层岩性不同时，裂缝延伸的规律也会有很大的不同。断裂韧性是一种表现材料性质的常数，把普通岩石与带微裂只要外部载荷存在，那么裂缝尖端部位的应力就会接近于无纹岩石进行比较，它们的断裂韧性是有所不同的，对于脆性材料限大，这叫做应力场的奇异性。若按照原来的观点，破裂现象一

6、来说，微裂纹屏蔽对增韧效果起到很好的作用。微裂纹群有一个定会在此时发生，但实际情况显然与此并不相同。因此，应力的自身的优点，就是宏观裂纹扩展的驱动力被减少。但也存在一定大小不能用来判断裂缝延伸与否。应力强度因子这一概念由此的缺点：由于微裂纹群的存在，宏观裂尖区的材料就会发生一定产生。的损伤，从而劣化其性能，宏观裂纹扩展克服的阻力也会有所减1.裂缝应力强度因子KI少，即其断裂韧性减少。由于应力屏蔽效应和断裂韧性的消减作应力强度因子理论：Irwin提出了应力强度因子这一新的参用同生共存，只有综合考虑才能客观地评价微裂纹群的真实作量，建立并完善了

7、应力强度理论体系以及材料的断裂判断依据。用。根据该理论，当弹性体受到外力作用，且含微裂纹时，一旦裂纹尖由于直接计算微裂纹岩石的断裂韧性比较复杂，可以通过实应力强度因子达到或超过裂纹发生失稳扩展时材料的临界值时，验来测定断裂韧性，以保证后面研究的问题更可靠。失稳扩展现象就会在裂缝中发生。二、水平井压裂裂缝延伸模型根据Irwin理论，当材料断裂时会产生裂纹，那么根据裂纹位1.裂缝延伸模型移的形态不同，可将裂纹分为张开型、错开型和撕开型三种不同国内外现在主要有二维模型、拟三维模型和三维模型三种裂类型（三种裂缝的形态图如图1所示)，又分别称I型、I

8、I型、III型裂缝延伸模型。二维模型是以假设裂缝延伸过程中裂缝的高度保纹。持不变为前提，但实际情况是裂缝高度会随着裂缝长度以及泵注时间的增加而发生变化。因此，二维模型具有一定的局