巖石Π型斷裂韌度剖面的預(yù)測(cè)研究.docx

1、巖石II型斷裂韌度剖面的預(yù)測(cè)研究王宇】，黃琛琛之(1.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司國(guó)際鉆修分公司，遼寧盤錦124010,2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)長(zhǎng)慶油田第一采氣廠，陜西榆林718500)摘要：水力裂縫的起裂、擴(kuò)展和轉(zhuǎn)向主要受巖石II型斷裂韌度的影響，巖石斷裂韌度參數(shù)的獲取對(duì)水力壓裂施工設(shè)計(jì)有重要的影響。然而，直接測(cè)量巖石斷裂初度具有費(fèi)用高、可用巖心數(shù)量有限、轉(zhuǎn)向時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，因此，本文在直切口巴西測(cè)盤方法的基礎(chǔ)上發(fā)展了II型巖石斷裂初度新型測(cè)量法，并在在測(cè)井資料的基礎(chǔ)上建立了求取巖石斷裂韌度刮面的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)壓裂施工設(shè)計(jì)提供了縱向上連續(xù)的準(zhǔn)確的巖石斷裂物度數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：水力壓裂；II型巖

2、石斷裂韌度；直切口巴西圓盤測(cè)試法；巖石斷裂韌度剖面；石油工程測(cè)井中圖分類號(hào):TE3211文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):10067981(2013)9013503有效注入時(shí)注入注入炯井驗(yàn)表明CO?吞吐可作為地層能量難以通過注水補(bǔ)充井號(hào)施工時(shí)間厚度最高壓力速度A天數(shù)的注采不完善油井增油技術(shù)手段。(m)(MPa)(t/h)(t)(d)參考文獻(xiàn)井12008.10.20-11.265.410.65.8410024井22008.10.09-10.151140161陳凡云.油井CO?吞吐技術(shù).河南石油,2002,井32009.05.14-03.68801216(6):33

3、-25.井42009.05.15-05.169.612.75.33102212于云.CO2單井吞吐增油技術(shù)在油田的應(yīng)3用.鉆采工藝，2004,27(1):8990.張國(guó)強(qiáng).小斷塊單元油藏單井多周期CO2吞吐強(qiáng)化采油研究.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25(5):85-89.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)4口井，井1最高注入壓力10.5MPa,平均注入速度5.84t/h,注入量100t,炯井24d；井2最高注入壓力7.iMPa,平均注入速度5.61t/h,注入量在油井生產(chǎn)過程中，深部地層的巖樣只能通過取芯獲取，但由于取芯費(fèi)用高、完整巖樣有限，導(dǎo)致常規(guī)方法測(cè)筮巖石斷裂韌度花費(fèi)高、耗時(shí)長(zhǎng)。即使有合適的巖樣，考慮到深部巖石

4、受到高溫高壓的作用，利用常規(guī)測(cè)量方法(室內(nèi)水致壓裂法、非對(duì)稱四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法、短梁剪切破壞試驗(yàn)方法、剪切盒試驗(yàn)方法、土體II型斷裂實(shí)驗(yàn)方法等)也很難模擬真實(shí)的地層條件。此外，在多數(shù)情況下,一口井內(nèi)只有部分深成。該泵組自動(dòng)化程度較高,最大排量可達(dá)6.27t/h。二氧化碳罐車容積為20m3,根據(jù)二氧化碳的存在狀態(tài)，選擇一20C一23C、L52.lMPa作為液罐內(nèi)二氧化碳的液相點(diǎn)，儲(chǔ)罐的外層有真空層，防止液態(tài)CO?氣化。2.4.2現(xiàn)場(chǎng)注入工藝流程注入流程:CO?雄車、注入泵組、井口環(huán)空的注人流程。2.5現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果2.5.1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表2試驗(yàn)井實(shí)際注采工藝參敷表度可以取芯，導(dǎo)致測(cè)最整口井的巖石斷裂韌度

5、是不實(shí)際的。因此，發(fā)展一種切實(shí)有效的方法來測(cè)量深部地層巖石斷裂韌性是非常重要的。本文通過直切口巴西圓盤測(cè)試法來求取II型巖石斷裂韌度,在分析n型巖石斷裂韌度與巖石力學(xué)參數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用測(cè)井資料建立了II型巖石斷裂韌度剖面預(yù)測(cè)模型，保證壓裂施工能正確預(yù)測(cè)裂縫的起裂、延伸和轉(zhuǎn)向情況。140、煙井16d；井3注入時(shí)最高注入壓力13.lMPa,平均注入速度3.68t/h,注入最80t,炯井12d井4注入時(shí)最高注入壓力12.7MPa,平均注入速度5.33t/h,注入量102t,煙井21d.2.5.2試驗(yàn)效果4口試驗(yàn)井3口有效，有效率75%。初期日增液3.lt,日增油2.3t；目前日增液1.7t,日增

6、油L5t,累計(jì)增油370.9t,取得了較好的試驗(yàn)效果。3結(jié)論收稿日期,2013-02-22室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明CO?溶解于原油可以顯著增加原油體積、降低原油粘度、降低界面張力?，F(xiàn)場(chǎng)試1斷裂韌度測(cè)試Atkinson(1982)C11從圓盤形試樣試驗(yàn)中推導(dǎo)出了II型巖石斷裂韌度的數(shù)學(xué)模型：RB.(1)Nu=24(8cos205)a2sin20j其中R為圓盤的半徑,mm；B為圓盤的厚度,mm,初始裂紋的長(zhǎng)度為2&,mm：Kac為II型巖石斷裂韌度，MPa11?氣為應(yīng)力強(qiáng)度因數(shù)，無因次;a為無量綱長(zhǎng)度切口(a/R);0為實(shí)際裂紋與預(yù)測(cè)裂縫之間的夾角，度()$P為徑向載荷，kN。對(duì)于一個(gè)給定的a,在純剪切狀態(tài)下

7、可以計(jì)算實(shí)際裂紋與初始裂紋之間的角度Kk?？梢岳迷摻嵌葋碚{(diào)整預(yù)測(cè)裂紋和它的加載方向，進(jìn)而根據(jù)實(shí)測(cè)的巖樣破壞壓力數(shù)據(jù)來計(jì)算II型應(yīng)力強(qiáng)度因子，最終獲得II型巖石斷裂韌度。首先，將一個(gè)直徑100mm的巖心切成25mm厚度的圓盤,使巖樣側(cè)壁光滑且具有平行的平面。然后在圓盤中心鉆一個(gè)直徑5mm的孔，這樣便制造了一個(gè)初始預(yù)制裂紋，其長(zhǎng)度與樣品直徑比約為0.3。在一定的圍壓下，往初始裂縫中注入工作液體,將初始裂縫與液壓機(jī)工作液加載方向調(diào)整至預(yù)先設(shè)定的角度，繼續(xù)加載直至巖石破裂，并記錄巖石破裂壓力，降壓、取出巖芯，進(jìn)行下一輪實(shí)驗(yàn)。利用砂泥漿沖擊巖樣的端平面，防油的涂料會(huì)分布在裂縫的表面和周圍，可有效地防止

8、工作液進(jìn)入巖樣(尤其是初始預(yù)制裂紋)中(如圖1)。圖1巴西圓盤法巖樣(巖樣的角度為30。根據(jù)巖樣的破裂壓力和初始形狀和大小，利用巴西圓盤法測(cè)試不同圍壓和抗張強(qiáng)度下的n型巖石斷裂韌度，如圖2所示,再利用最小二乘法擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到深部巖石的II型巖石斷裂韌度和圍壓(P“MPa)之間的關(guān)系為Kuc=0.045R+0.6095,斷裂韌度與巖石抗張強(qiáng)度(S“MPa)之間的關(guān)系=0.1744S.-0.2381禮2利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)求取斷裂韌度剖面通過回歸法得到II型巖石斷裂韌度與圍壓、抗張強(qiáng)度之間的關(guān)系為：Knc=0.0956Pc+0.1383S-0.0820(2)通常巖石的抗張強(qiáng)度與單軸抗壓強(qiáng)度有如下的關(guān)系

9、私St=-(3)Deer和Miller(1996)口，“建立了關(guān)于單軸抗壓強(qiáng)度(Ge,MPa).動(dòng)態(tài)彈性模量(Ed)和泥質(zhì)含S(Vel,m，)的關(guān)系式=(0.0045+0.0035VQEd，若假設(shè)巖石為無界的線彈性體，則可通過縱波和橫波速度來求取動(dòng)態(tài)彈性模量(Ed,MPa)和動(dòng)態(tài)泊松比：Ed=pVJ(3Vf-4VJ)/(Vf-2VD|Pd=(VH2V2)/2(V?-VJ)其中，四為動(dòng)態(tài)泊松比，無因次；V為縱波速度,km/s；V.為橫波速度,km/s?p為密度,g/cm因此，抗張強(qiáng)度可以表示為：&=竺045Ed(lD+2008VwK=2.26)(8)圍壓2.0(5)y-OO45x0.6095R=

10、0.99220.51020ffflHi/MPab)抗張強(qiáng)度圖2II型巖石斷裂鎖度與圍壓及抗張強(qiáng)度的關(guān)系而圍壓可由下式計(jì)算：Pc=saPp(6)式中,a為有效應(yīng)力系數(shù);為孔隙壓力,MPa；%為最小水平應(yīng)力,MPa,計(jì)算公式為：(7)ChenM,JinYan,HuangRZ.Determinationofrockfracturetoughnesswithhydraulicfracturingmethod.ChinJRockMeehEng,1997,16(1)：5964.4 于驕中，巖石和混凝土斷裂力學(xué)M.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1991.5 JinYChenM,ZhangXD.Determina

11、tionoffracturetoughnessfordeepwellrockwithgeophysicalloggingdataJ.ChinJRockMeehEng,2003,20(4):454456.6 吳禮周.用人字形切槽巴西圓盤確定巖石斷裂韌度及其尺度律J.巖石力學(xué)與石油工程學(xué)報(bào)，2004,23(3):383390.StudyonfracturetoughnessprofilepredictionofrockmodeTIWANGYu1,HUANGChen-chen1(1.InternationaldrillingBranchofCNPCGreatwallDrillingCompany,L

12、iaoningPanjin124010?2.TheFirstGasPlantofChangqingOilFieldofCNPCShaanxiYulin718500)Abstract:ThecrackinitiationandexcendofHydraulicfracturearemostlyinfluencedbyfracturetoughnessofrockmodeII.Rockfracturetoughnessparametersisofgreatsignificancefordesignofhydraulicfracturing.Butthedirectmeasurementmethod

13、ofrockfracturetoughnessisexpensive,availabletoalimitednumberofcoresandrequirestoomuchtime.Therefore,StraightBraziliandiscmethodinthisarticleisdevelopedtomeasuretherockmodelIIfracturetoughness.Themathematicalmodelofrockfracturetoughnessprofilesareestablishedonthebasisofloggingdata.Thusprovidingcontinuousandaccuratefractur