巖石Π型斷裂韌度剖面的預測研究.docxVIP

1、巖石II型斷裂韌度剖面的預測研究王宇】，黃琛琛之(1.中國石油集團長城鉆探工程有限公司國際鉆修分公司，遼寧盤錦124010,2.中國石油天然氣集團長慶油田第一采氣廠，陜西榆林718500)摘要：水力裂縫的起裂、擴展和轉(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)的獲取對水力壓裂施工設計有重要的影響。然而，直接測量巖石斷裂初度具有費用高、可用巖心數(shù)量有限、轉(zhuǎn)向時間長等缺點，因此，本文在直切口巴西測盤方法的基礎上發(fā)展了II型巖石斷裂初度新型測量法，并在在測井資料的基礎上建立了求取巖石斷裂韌度刮面的數(shù)學模型，為后續(xù)壓裂施工設計提供了縱向上連續(xù)的準確的巖石斷裂物度數(shù)據(jù)。關鍵詞：水力壓裂；II型巖

2、石斷裂韌度；直切口巴西圓盤測試法；巖石斷裂韌度剖面；石油工程測井中圖分類號:TE3211文獻標識碼：A文章編號:10067981(2013)9013503有效注入時注入注入炯井驗表明CO?吞吐可作為地層能量難以通過注水補充井號施工時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手段。(m)(MPa)(t/h)(t)(d)參考文獻井12008.10.20-11.265.410.65.8410024井22008.10.09-10.151140161陳凡云.油井CO?吞吐技術.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單井吞吐增油技術在油田的應3用.鉆采工藝，2004,27(1):8990.張國強.小斷塊單元油藏單井多周期CO2吞吐強化采油研究.大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25(5):85-89.現(xiàn)場試驗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，但由于取芯費用高、完整巖樣有限，導致常規(guī)方法測筮巖石斷裂韌度花費高、耗時長。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)測量方法(室內(nèi)水致壓裂法、非對稱四點彎曲試驗法、短梁剪切破壞試驗方法、剪切盒試驗方法、土體II型斷裂實驗方法等)也很難模擬真實的地層條件。此外，在多數(shù)情況下,一口井內(nèi)只有部分深成。該泵組自動化程度較高,最大排量可達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，儲罐的外層有真空層，防止液態(tài)CO?氣化。2.4.2現(xiàn)場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)場試驗及效果2.5.1現(xiàn)場試驗表2試驗井實際注采工藝參敷表度可以取芯，導致測最整口井的巖石斷裂韌度

5、是不實際的。因此，發(fā)展一種切實有效的方法來測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參數(shù)關系的基礎上，利用測井資料建立了II型巖石斷裂韌度剖面預測模型，保證壓裂施工能正確預測裂縫的起裂、延伸和轉(zhuǎn)向情況。140、煙井16d；井3注入時最高注入壓力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試驗效果4口試驗井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,累計增油370.9t,取得了較好的試驗效果。3結(jié)論收稿日期,2013-02-22室內(nèi)實驗表明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)場試1斷裂韌度測試Atkinson(1982)C11從圓盤形試樣試驗中推導出了II型巖石斷裂韌度的數(shù)學模型：RB.(1)Nu=24(8cos205)a2sin20j其中R為圓盤的半徑,mm；B為圓盤的厚度,mm,初始裂紋的長度為2&,mm：Kac為II型巖石斷裂韌度，MPa11?氣為應力強度因數(shù)，無因次;a為無量綱長度切口(a/R);0為實際裂紋與預測裂縫之間的夾角，度()$P為徑向載荷，kN。對于一個給定的a,在純剪切狀態(tài)下

7、可以計算實際裂紋與初始裂紋之間的角度Kk?？梢岳迷摻嵌葋碚{(diào)整預測裂紋和它的加載方向，進而根據(jù)實測的巖樣破壞壓力數(shù)據(jù)來計算II型應力強度因子，最終獲得II型巖石斷裂韌度。首先，將一個直徑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直徑5mm的孔，這樣便制造了一個初始預制裂紋，其長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工作液加載方向調(diào)整至預先設定的角度，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，進行下一輪實驗。利用砂泥漿沖擊巖樣的端平面，防油的涂料會分布在裂縫的表面和周圍，可有效地防止

8、工作液進入巖樣(尤其是初始預制裂紋)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，利用巴西圓盤法測試不同圍壓和抗張強度下的n型巖石斷裂韌度，如圖2所示,再利用最小二乘法擬合實驗數(shù)據(jù)，得到深部巖石的II型巖石斷裂韌度和圍壓(P“MPa)之間的關系為Kuc=0.045R+0.6095,斷裂韌度與巖石抗張強度(S“MPa)之間的關系=0.1744S.-0.2381禮2利用測井數(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、抗張強度之間的關系為：Knc=0.0956Pc+0.1383S-0.0820(2)通常巖石的抗張強度與單軸抗壓強度有如下的關系

9、私St=-(3)Deer和Miller(1996)口，“建立了關于單軸抗壓強度(Ge,MPa).動態(tài)彈性模量(Ed)和泥質(zhì)含S(Vel,m，)的關系式=(0.0045+0.0035VQEd，若假設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態(tài)彈性模量(Ed,MPa)和動態(tài)泊松比：Ed=pVJ(3Vf-4VJ)/(Vf-2VD|Pd=(VH2V2)/2(V?-VJ)其中，四為動態(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)抗張強度圖2II型巖石斷裂鎖度與圍壓及抗張強度的關系而圍壓可由下式計算：Pc=saPp(6)式中,a為有效應力系數(shù);為孔隙壓力,MPa；%為最小水平應力,MPa,計算公式為：(7)ChenM,JinYan,HuangRZ.Determinationofrockfracturetoughnesswithhydraulicfracturingmethod.ChinJRockMeehEng,1997,16(1)：5964.4 于驕中，巖石和混凝土斷裂力學M.長沙：中南工業(yè)大學出版社，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.巖石力學與石油工程學報，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