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《水力壓裂裂縫的起裂和擴展.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、石油勘探與開發(fā)年叮八衛(wèi)第期水力壓裂裂縫的起裂和擴展黃榮禪華東石油學(xué)院,提要本文綜合國外關(guān)于水力壓裂裂縫的起裂和擴展的研究提出了垂直裂縫和水平裂縫的起裂判據(jù)并分析了影響裂縫延伸方向的各種因素。文,章認為裂縫的形成主要決定于井壁上的應(yīng)力狀態(tài)而確定及影響此應(yīng)力狀態(tài)的因地、、、素有殼應(yīng)力地層的孔隙壓力井內(nèi)液體壓力壓裂液向地層中的滲濾流動以及被壓,。裂地層的機械物理性質(zhì)并對此進行了較詳盡的分析作者注意到目前國外正引用線彈性斷裂力學(xué)來分析裂縫延伸的方向及延伸的阻擋問題,提出裂縫,,的延伸方向主要取
2、決于地應(yīng)力認為不論井壁上初始形成的裂縫方位如何,。在遠離井眼后裂縫便趨于垂直最小主地應(yīng)力的方向擴縫壓力除了取決于最小主地應(yīng),、。、力外還與裂縫的類型尺寸及巖石材料的性質(zhì)有關(guān)文章中還分析了地層巖性的變化、裂隙、,交界面的性質(zhì)面的存在壓裂液的比重及其濾失地應(yīng)力分布的變化等對裂縫端部,。應(yīng)力強度因子的影響認為這是判斷裂縫繼續(xù)延伸或產(chǎn)生阻擋作用的重要依據(jù),。水力壓裂新工藝自從在石油工業(yè)中采用以來對油氣田的勘探和開發(fā)起了重要的作用,加上地下情況的復(fù)雜,然而迄今對壓裂的詳細機理仍研究得很不夠以致在壓裂設(shè)計和施工中還有不少問題尚未得到很好解決。本文擬從巖石力學(xué)及線彈性
3、斷裂力學(xué)的角度剖析一下與,。壓裂機理有關(guān)的主要包括裂縫的起裂及擴展兩方面的問題一、水力壓裂裂縫的起裂,根據(jù)國內(nèi)外多年的研究目前認為決定裂縫起裂的因素有原地應(yīng)力地層的孔隙壓力心井筒液體壓力引井筒與地層液體壓差作用下液體向多孔地層中的滲濾流動。地層巖石的強度和共他物理力學(xué)性質(zhì)。。休伯特和維尼斯貽于年首先提出了地質(zhì)構(gòu)遣應(yīng)力場。。。對水力壓裂時井壁破裂壓力及裂縫方向影響的論述〔〕后來鄧拉普及凱萊,等分析了地下巖層中及井壁周圍的應(yīng)力狀態(tài)提出了計
4、算地層破裂壓力的公。式并且提出可用水力壓裂數(shù)據(jù)反求地應(yīng)力〔補〕直到年以后亨姆松和。費爾赫斯特又考慮了壓裂液的濾失對破裂壓力的影響沁〕。水力壓裂時裂縫的形成主要是決定于井壁的應(yīng)力狀態(tài)一般認為當井壁上出現(xiàn)有一,。個超過巖石抗拉強度的拉伸應(yīng)力時井壁便開始破裂一井壁上的應(yīng)力狀態(tài)由于地應(yīng)力所產(chǎn)生的井壁應(yīng)力第期水力壓裂裂縫的起裂和擴展。地應(yīng)力是由地殼巖層的重力場或即上覆地層壓力及地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場所組成的一般可認,,。為地應(yīng)力中的一個主應(yīng)力是垂道于地殼表面的其余兩個主應(yīng)力則是水李的如,果只考慮上覆
5、地層載荷引起的重力作用即不存在地質(zhì)構(gòu)造運動力且認為地下巖石,處于純彈性狀態(tài)可將初始的地應(yīng)力分解為垂直方向的正主應(yīng)力吼和兩個相等的水平方向的,。正主應(yīng)力和、幾夕二件。,一件式中一地層的埋藏深度,“一上覆巖層的平均容重共理論值可取為公斤厘米。件一巖石的波桑此,在有些構(gòu)造運動活躍的地區(qū)會出現(xiàn)異常大的側(cè)應(yīng)力水平應(yīng)力井且在通常的情況下三。,,,個原地主應(yīng)力是不相等的設(shè)取壓應(yīng)力的符號為正拉應(yīng)力為負三個主應(yīng)力分別表示為仃,。,,、和根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造形成時的受力特點正斷層
6、逆斷層和平推斷層發(fā),。育的區(qū)域里三個主應(yīng)力的方向是不相同的圖〔約正斷層叮’。上一。一丫八沂碗逆斷層了平推斷層仇產(chǎn)口六幾‘,。圖不同斷層發(fā)育地區(qū)的地應(yīng)力分布情況。,,最休伯特考慮到多數(shù)巖石的內(nèi)摩擦角都接近于這個事實認為在正斷層發(fā)育地區(qū)工,最小。大主應(yīng)力等于有效的上覆壓力水平主應(yīng)力最大的可能是等于萬上覆壓力在逆斷層,,發(fā)育的地區(qū)最小主應(yīng)力嘰等于有效的上覆壓力而最大水平主應(yīng)力頂多會等于倍的,。上覆壓力而在平推斷層活躍的區(qū)域里有效的上覆壓力則為中間主應(yīng)力,。由于地殼中的巖層可視為彈性半無限體井壁上的
7、應(yīng)力狀態(tài)可簡化為平面問題來分析“工,如果兩個水平方向的壓縮地應(yīng)力不相等設(shè)為嘰可把井眼看成是在互相垂直的方工,向上分別作用有和嘰兩個壓縮外應(yīng)力的彈性平板中的一個小圓孔圖孔壁上的應(yīng)力就一上的水平應(yīng)力。。,即為上相當于井壁而井壁上的垂直應(yīng)力分量仍可視為覆巖層的壓力。石油勘探與開發(fā)年獷?！睆S籠幾丈儼夕一‘‘圖矩形平板圓孔周圍的應(yīng)力,根據(jù)彈性力學(xué)圖所示的矩形平板小圓孔周圍的應(yīng)力解為‘‘、叮叮十一一、。。。叮二護叢上衛(wèi)一“,琴琴。,,。衛(wèi)。一仃、
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