水平井壓裂裂縫起裂及延伸規(guī)律研究.ppt

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1、水平井壓裂裂縫起裂及延伸規(guī)律研究單位：中國石油大學(xué)（華東）曲占慶溫慶志齊寧單位：勝利油田采油工藝研究院張波2008.912匯報提綱前言水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律結(jié)論與認(rèn)識31.前言水平井作為一門先進(jìn)的技術(shù)，在國內(nèi)外得到了越來越廣泛的應(yīng)用，由于水平井軌跡不同，鉆遇地層復(fù)雜，水平井應(yīng)力分布、裂縫起裂、裂縫延伸規(guī)律、裂縫內(nèi)的溫度場、產(chǎn)能預(yù)測方法、壓裂設(shè)計與直井有很大不同。對水平井水力壓裂的理論研究還不夠深入，沒有一套成熟的理論來指導(dǎo)水平井的壓裂優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)場施工，使得水平井水力壓裂成功率不

2、高而且風(fēng)險也比較大。4在不同的地應(yīng)力狀態(tài)和井筒方位下，水平井壓裂形成的裂縫形態(tài)也不同。水平井壓裂的裂縫縱向裂縫橫向裂縫轉(zhuǎn)向裂縫扭曲裂縫1.前言5(1)橫向裂縫橫向裂縫是沿著垂直于井筒的方向起裂的裂縫，它一般產(chǎn)生在水平井井筒水平段平行于最小主應(yīng)力方向的水平井。橫向裂縫可以改善低滲透油層滲流狀況，有利于增加油層泄油面積。多條橫向裂縫能大大提高采油速度，并有利于提高采收率。其主要缺點(diǎn)是流體將聚集在裂縫中以向心流流入井底，這將導(dǎo)致裂縫中流動壓降的增加。1.前言6(2)縱向裂縫縱向裂縫是沿著水平井井筒起裂的，形成

3、縱向裂縫時井筒方向應(yīng)該與最大水平主應(yīng)力的方向一致?？v向裂縫有時可以把油層泄油面積向油層的上下邊界擴(kuò)展，在某些情況下縱向裂縫還可以解除深度井筒傷害，改善油層的各向異性，降低井筒周圍匯流的影響。1.前言7(3)轉(zhuǎn)向裂縫1.前言8轉(zhuǎn)向裂縫又叫‘S’型裂縫，一般是裂縫從井筒起裂后在近井筒位置延伸一段距離，再轉(zhuǎn)向另一個平面的方向延伸。如圖所示，在圖中所示的應(yīng)力分布狀態(tài)下，該裂縫在起裂時是沿著水平方向延伸，而在沿著水平方向延伸一段距離后，裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向垂直于最小主應(yīng)力的方向延伸，所以導(dǎo)致了轉(zhuǎn)向裂縫的形成。許多因

4、素都可以引起裂縫轉(zhuǎn)向，最主要的因素是在裂縫起裂時的近井筒應(yīng)力分布狀況以及射孔狀況。裂縫轉(zhuǎn)向會引起更大的施工泵壓，嚴(yán)重情況下可能會引起砂橋和過早的近井筒出砂。1.前言9(4)扭曲裂縫1.前言10扭曲型裂縫與轉(zhuǎn)向裂縫類似，但扭曲裂縫的上半縫和下半縫是向著兩個不同的平面發(fā)生轉(zhuǎn)動，而轉(zhuǎn)向裂縫的上半縫和下半縫是向著兩個平行的平面發(fā)生轉(zhuǎn)動。在圖2-4所示的應(yīng)力狀態(tài)下，水平井井筒方向垂直于最大水平主應(yīng)力方向，起裂的縱向裂縫從井筒延伸出來在遠(yuǎn)井筒地應(yīng)力狀態(tài)下會轉(zhuǎn)向于橫向裂縫的方向。這樣就會導(dǎo)致裂縫在離開井筒附近后的扭曲

5、。如同轉(zhuǎn)向裂縫一樣，扭曲型裂縫也會造成裂縫在近井筒附近的快速收聚。而且其收聚的程度比轉(zhuǎn)向裂縫更大，所造成的產(chǎn)量和壓裂施工上的負(fù)面影響也較大。1.前言11匯報提綱前言水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律結(jié)論與認(rèn)識12建立水平井井筒應(yīng)力分布模型；進(jìn)行了裸眼完井水平井裂縫起裂壓力計算，并構(gòu)建了裂縫起裂方位預(yù)測模型；進(jìn)行了射孔完井水平井裂縫起裂壓力計算，并構(gòu)建了裂縫起裂方位預(yù)測模型；分析了裂縫起裂壓力的影響因素。水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究13水平井壓裂中裂縫的起裂壓力和起裂

6、方位因素：（1）水平段井筒的方位；（2）巖石性質(zhì)、井筒周圍應(yīng)力分布；（3）施工作業(yè)條件、井筒結(jié)構(gòu)、射孔條件。計算裂縫起裂壓力、預(yù)測起裂方位角通常有兩個步驟：（1）計算水平井井筒周圍的應(yīng)力分布；（2）根據(jù)巖石破裂準(zhǔn)則，當(dāng)井筒應(yīng)力大于巖石強(qiáng)度，裂縫起裂。2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究142.1水平井井筒周圍的應(yīng)力分布基本假設(shè)：水平井井筒的應(yīng)力分布狀態(tài)受井筒周圍巖石介質(zhì)和施工力學(xué)環(huán)境的影響。為了便于分析井筒周圍應(yīng)力分布狀況，做如下假設(shè)：（1）巖石為均質(zhì)各向同性多孔彈性介質(zhì)；（2）巖石處于線彈性狀態(tài)；（3）不考

7、慮巖石與壓裂液的物理化學(xué)作用。2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究15水平井井筒應(yīng)力分布模型的建立要考慮諸多因素：（1）水平井井筒周圍的巖石受井筒內(nèi)壓引起的應(yīng)力（2）巖石原地應(yīng)力（3）壓裂液滲流效應(yīng)引起的應(yīng)力變化（4）射孔對井筒應(yīng)力分布的影響（5）分隔器對水平井井筒軸向應(yīng)力也有一定的影響根據(jù)假設(shè)條件，以上在水平井井筒處產(chǎn)生的應(yīng)力滿足迭加原理，水平井井筒處的總應(yīng)力分布可以通過各個因素產(chǎn)生的應(yīng)力迭加得到，(在所有的受力分析中，將壓應(yīng)力取正，拉應(yīng)力取負(fù))。2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究162.1.1裸眼完井水平井井

8、筒周圍應(yīng)力分布水平井井筒原地應(yīng)力分布+井筒內(nèi)壓引起的應(yīng)力+壓裂液滲濾效應(yīng)引起的附加應(yīng)力2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究172.1.2射孔完井水平井井筒周圍應(yīng)力分布假設(shè)條件：(1)巖石均質(zhì)各向同性；(2)巖石為處于線彈性狀態(tài)的多孔介質(zhì)；(3)不考慮巖石與壓裂液的物理化學(xué)作用而引起的力學(xué)性質(zhì)的變化；(4)孔眼與井壁垂直相交，井筒和孔眼間的連通性良好，作用在井壁和孔壁處的流體壓力相等。射孔井筒幾何模型和應(yīng)力重分布圖2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究18