致密砂岩水平井多裂缝扩展及转向规律研究
发布时间：2020-12-17 12:02
为研究致密砂岩水平井割缝压裂裂缝扩展及转向规律,采用四维水射流割缝装置和大尺寸真三轴相似物理模拟试验系统,开展了不同缝间距、应力差、压裂排量对水平井多裂缝扩展规律的试验和数值模拟研究,建立了单张开裂缝和多裂缝扩展的应力理论模型和一套室内割缝压裂物理试验方法。通过剖样观察和压力曲线特征的类比分析得到以下结论:①多裂缝起裂后后续压力曲线的典型波动峰值,是致密砂岩多裂缝相互干扰的一个明显特征;小间距使得邻近裂缝处于高诱导应力区域,增加了应力干扰和裂缝偏转程度;②大排量使得裂缝内部净水压增大,多裂缝偏转角度和程度增大,更容易形成纵向缝;且处在中间裂缝受到抑制,大角度偏离最大主应力方向延伸并趋于两侧裂缝最终停止扩展,而两侧裂缝延伸的距离更长;③高应力差条件下,诱导应力场难以改变原始主应力的大小,降低裂缝转向的角度,起裂后后续压力曲线波动较平稳,裂缝更易形成平行于最大主应力方向的横切缝。研究成果可用于多段割缝压裂施工参数的优化设计,从而为不同地质条件的砂岩储层油气开采和煤矿中水力压裂坚硬顶板治理强矿压提供参考。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
单裂缝产生诱导应力场示意图
第8期夏彬伟，等.致密砂岩水平井多裂缝扩展及转向规律研究1551多裂缝扩展时应力场模型如图2所示。根据上述单一压开裂缝产生诱导应力模型可知，每条单一裂缝都会在周围地层产生应力影响区域，与单裂缝影响不同的是，多裂缝压裂扩展时处于中间的裂缝在扩展过程中会经过邻近两条裂缝产生的高应力区，在最大主应力方向上受到抑制，两侧的裂缝将会受到邻近的应力干扰发生偏转。图2多裂缝扩展及其相互影响应力模型Fig.2Multi-fracturepropagationanditsmutualinfluencestressmodel为了分析诱导应力和间距的关系，根据厚壁平面径向流理论，假设在无限大地层中，已压开裂缝由于含有高压水从而产生缝内静水压力，其影响范围为以短半轴为b，长半轴为a的椭圆，为了简化模型，只分析在x轴向及水平井方向。则距离裂缝d处的压力分布方程及边界条件可写成wwwwdd0()dd()xprdbddpdrp≤≤，。(3)式中，wr为已压开裂缝的宽度（在x轴方向上），wp为压开裂缝内的净水压力，可得压开裂缝附近压力分布为nnwwln1lnpdpprr。(4)为了分析压裂排量和最大应力差值的关系，定义裂缝水平偏转程度[15]为11VhzxlfH，(5)式中，lH为无因次距离，分别将式（1）中1x，1z的表达式代入式（5），得到n2Vh21211221lpfHlH。(6)由式（6）可知，当缝内流体净压力一定时，水平应力反转程度不仅与缝高、距离有关，还与主应力差有关。当无因此距离一定的时，主应力差值越小，压裂排量越大，偏转程度反而越大。2致密砂岩割缝压裂试验系统2.1四维水射流割
差值的关系，定义裂缝水平偏转程度[15]为11VhzxlfH，(5)式中，lH为无因次距离，分别将式（1）中1x，1z的表达式代入式（5），得到n2Vh21211221lpfHlH。(6)由式（6）可知，当缝内流体净压力一定时，水平应力反转程度不仅与缝高、距离有关，还与主应力差有关。当无因此距离一定的时，主应力差值越小，压裂排量越大，偏转程度反而越大。2致密砂岩割缝压裂试验系统2.1四维水射流割缝四维水射流割缝平台如图3，主要由主机系统、控制系统、3DPIV测试系统3个子系统组成，用于水射流性能参数测试和水射流切割性能测试。能够精确控制轴向、径向的走向距离和轴向杆的转速，并且能够控制割缝宽度、射孔直径。具有精度高、性能稳定、自动控制等优点。为了避免其他介质浓度给试验结果带来影响，本次试验的介质选用纯水。将试件固定在水射流测试平台上，并在操作系统上输入固定转速（75r/min）和轴向进距，通过钻机夹持住割缝器（采用自制割缝器，喷嘴的直径为0.8mm），当钻机推进到预先设置的深度，调整钻机的转速，利用电动钻机带动割缝器转动对试样进行径向割缝。通过设置相同的泵压[16]（20MPa），作用不同的时间（10，15，20s）进行割缝，割缝后将试件切开对割缝深度进行测量，结果如下图。为了更好地使裂缝起裂，本次试验选用压力20MPa，作用时间20s，割缝深度为10mm。图3四维水射流割缝Fig.3Four-dimensionalwaterjetslitting2.2压裂相似物理模拟试验系统大尺寸真三轴压裂相似物理模拟试验系统，是由高压柱塞泵和真三轴加载机组成（图4所示）。能够真实地模拟地层应力环境，并具有?
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平井多簇压裂裂缝的竞争扩展与控制[J]. 周彤,张士诚,陈铭,黄志文. 中国科学:技术科学. 2019(04)
[2]致密储层水平井段内多簇压裂多裂缝扩展研究[J]. 杨兆中,易良平,李小刚,刘长印. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[3]致密砂岩水平井多段压裂裂缝扩展规律[J]. 刘乃震,张兆鹏,邹雨时,马新仿,张一诺. 石油勘探与开发. 2018(06)
[4]大尺寸真三轴煤岩水力压裂模拟试验与裂缝扩展分析[J]. 张帆,马耕,冯丹. 岩土力学. 2019(05)
[5]大尺寸真三轴页岩水平井水力压裂物理模拟试验与裂缝延伸规律分析[J]. 侯振坤,杨春和,王磊,刘鹏君,郭印同,魏元龙,李芷. 岩土力学. 2016(02)
[6]水平井分段多簇压裂缝间干扰研究[J]. 李勇明,陈曦宇,赵金洲,申峰,乔红军. 西南石油大学学报(自然科学版). 2016(01)
[7]水平井分段多簇压裂缝间干扰影响分析[J]. 赵金洲,陈曦宇,刘长宇,李勇明,李晖,曹学军. 天然气地球科学. 2015(03)
[8]致密砂岩气藏水平井分段压裂优化设计与应用[J]. 曾凡辉,郭建春,刘恒,尹建. 石油学报. 2013 (05)
[9]水平井分段压裂射孔间距优化方法[J]. 尹建,郭建春,曾凡辉. 石油钻探技术. 2012(05)
硕士论文
[1]水平井压裂起裂机理及裂缝延伸模型研究[D]. 那志强.中国石油大学 2009
本文编号：2922007
【文章来源】：岩土工程学报. 2020年08期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
单裂缝产生诱导应力场示意图
第8期夏彬伟，等.致密砂岩水平井多裂缝扩展及转向规律研究1551多裂缝扩展时应力场模型如图2所示。根据上述单一压开裂缝产生诱导应力模型可知，每条单一裂缝都会在周围地层产生应力影响区域，与单裂缝影响不同的是，多裂缝压裂扩展时处于中间的裂缝在扩展过程中会经过邻近两条裂缝产生的高应力区，在最大主应力方向上受到抑制，两侧的裂缝将会受到邻近的应力干扰发生偏转。图2多裂缝扩展及其相互影响应力模型Fig.2Multi-fracturepropagationanditsmutualinfluencestressmodel为了分析诱导应力和间距的关系，根据厚壁平面径向流理论，假设在无限大地层中，已压开裂缝由于含有高压水从而产生缝内静水压力，其影响范围为以短半轴为b，长半轴为a的椭圆，为了简化模型，只分析在x轴向及水平井方向。则距离裂缝d处的压力分布方程及边界条件可写成wwwwdd0()dd()xprdbddpdrp≤≤，。(3)式中，wr为已压开裂缝的宽度（在x轴方向上），wp为压开裂缝内的净水压力，可得压开裂缝附近压力分布为nnwwln1lnpdpprr。(4)为了分析压裂排量和最大应力差值的关系，定义裂缝水平偏转程度[15]为11VhzxlfH，(5)式中，lH为无因次距离，分别将式（1）中1x，1z的表达式代入式（5），得到n2Vh21211221lpfHlH。(6)由式（6）可知，当缝内流体净压力一定时，水平应力反转程度不仅与缝高、距离有关，还与主应力差有关。当无因此距离一定的时，主应力差值越小，压裂排量越大，偏转程度反而越大。2致密砂岩割缝压裂试验系统2.1四维水射流割
差值的关系，定义裂缝水平偏转程度[15]为11VhzxlfH，(5)式中，lH为无因次距离，分别将式（1）中1x，1z的表达式代入式（5），得到n2Vh21211221lpfHlH。(6)由式（6）可知，当缝内流体净压力一定时，水平应力反转程度不仅与缝高、距离有关，还与主应力差有关。当无因此距离一定的时，主应力差值越小，压裂排量越大，偏转程度反而越大。2致密砂岩割缝压裂试验系统2.1四维水射流割缝四维水射流割缝平台如图3，主要由主机系统、控制系统、3DPIV测试系统3个子系统组成，用于水射流性能参数测试和水射流切割性能测试。能够精确控制轴向、径向的走向距离和轴向杆的转速，并且能够控制割缝宽度、射孔直径。具有精度高、性能稳定、自动控制等优点。为了避免其他介质浓度给试验结果带来影响，本次试验的介质选用纯水。将试件固定在水射流测试平台上，并在操作系统上输入固定转速（75r/min）和轴向进距，通过钻机夹持住割缝器（采用自制割缝器，喷嘴的直径为0.8mm），当钻机推进到预先设置的深度，调整钻机的转速，利用电动钻机带动割缝器转动对试样进行径向割缝。通过设置相同的泵压[16]（20MPa），作用不同的时间（10，15，20s）进行割缝，割缝后将试件切开对割缝深度进行测量，结果如下图。为了更好地使裂缝起裂，本次试验选用压力20MPa，作用时间20s，割缝深度为10mm。图3四维水射流割缝Fig.3Four-dimensionalwaterjetslitting2.2压裂相似物理模拟试验系统大尺寸真三轴压裂相似物理模拟试验系统，是由高压柱塞泵和真三轴加载机组成（图4所示）。能够真实地模拟地层应力环境，并具有?
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平井多簇压裂裂缝的竞争扩展与控制[J]. 周彤,张士诚,陈铭,黄志文. 中国科学:技术科学. 2019(04)
[2]致密储层水平井段内多簇压裂多裂缝扩展研究[J]. 杨兆中,易良平,李小刚,刘长印. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[3]致密砂岩水平井多段压裂裂缝扩展规律[J]. 刘乃震,张兆鹏,邹雨时,马新仿,张一诺. 石油勘探与开发. 2018(06)
[4]大尺寸真三轴煤岩水力压裂模拟试验与裂缝扩展分析[J]. 张帆,马耕,冯丹. 岩土力学. 2019(05)
[5]大尺寸真三轴页岩水平井水力压裂物理模拟试验与裂缝延伸规律分析[J]. 侯振坤,杨春和,王磊,刘鹏君,郭印同,魏元龙,李芷. 岩土力学. 2016(02)
[6]水平井分段多簇压裂缝间干扰研究[J]. 李勇明,陈曦宇,赵金洲,申峰,乔红军. 西南石油大学学报(自然科学版). 2016(01)
[7]水平井分段多簇压裂缝间干扰影响分析[J]. 赵金洲,陈曦宇,刘长宇,李勇明,李晖,曹学军. 天然气地球科学. 2015(03)
[8]致密砂岩气藏水平井分段压裂优化设计与应用[J]. 曾凡辉,郭建春,刘恒,尹建. 石油学报. 2013 (05)
[9]水平井分段压裂射孔间距优化方法[J]. 尹建,郭建春,曾凡辉. 石油钻探技术. 2012(05)
硕士论文
[1]水平井压裂起裂机理及裂缝延伸模型研究[D]. 那志强.中国石油大学 2009
本文编号：2922007
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