水平井壓裂裂縫起裂及延伸規(guī)律研究

1、1水平井壓裂裂縫起裂及延伸水平井壓裂裂縫起裂及延伸規(guī)律研究規(guī)律研究單位：中國石油大學（華東）單位：中國石油大學（華東） 曲占慶曲占慶 溫慶志溫慶志 齊齊 寧寧單位：勝利油田采油工藝研究院單位：勝利油田采油工藝研究院 張張 波波2008.92008.923匯報提綱匯報提綱 前前 言言 水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律結(jié)論與認識結(jié)論與認識4 1.前前 言言水平井作為一門先進的技術(shù)，在國內(nèi)外得到了越來越廣水平井作為一門先進的技術(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，水平井泛的應(yīng)用，由于水平井軌跡不同，鉆遇地層復(fù)雜，

2、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、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。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高而且風險也比較大。水平井水力壓裂成功率不高而且風險也比較大。 5在不同的地應(yīng)力狀態(tài)和井筒方位下，水平井壓裂形在不同的地應(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。成的裂縫形態(tài)也不同。水

3、水平平井井壓壓裂裂的的裂裂縫縫縱向裂縫縱向裂縫橫向裂縫橫向裂縫轉(zhuǎn)向裂縫轉(zhuǎn)向裂縫扭曲裂縫扭曲裂縫 1.前前 言言6(1) (1) 橫向裂縫橫向裂縫 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。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，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。其主要缺點是流體將聚集在裂縫中以向心流流入井底，

4、并有利于提高采收率。其主要缺點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。這將導(dǎo)致裂縫中流動壓降的增加。 1.前前 言言7(2) (2) 縱向裂縫縱向裂縫 縱向裂縫是沿著水平井井筒起裂的，形成縱向裂縫時井筒方向應(yīng)該與縱向裂縫是沿著水平井井筒起裂的，形成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，改善油上下邊界擴展，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。層的各

5、向異性，降低井筒周圍匯流的影響。 1.前前 言言8(3) (3) 轉(zhuǎn)向裂縫轉(zhuǎn)向裂縫 1.前前 言言9 轉(zhuǎn)向裂縫又叫轉(zhuǎn)向裂縫又叫SS型裂縫，一般是裂縫從井筒起裂后在型裂縫，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)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)向生轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向垂直于最小主應(yīng)力

6、的方向延伸，所以導(dǎo)致了轉(zhuǎn)向裂縫的形成。許多因素都可以引起裂縫轉(zhuǎn)向，最主要的因素是裂縫的形成。許多因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，嚴重情況下可能會引起砂橋和過早的會引起更大的施工泵壓，嚴重情況下可能會引起砂橋和過早的近井筒出砂。近井筒出砂。 1.前前 言言10(4) (4) 扭曲裂縫扭曲裂縫 1.前前 言言11 扭曲型裂縫與轉(zhuǎn)向裂縫類似，但扭曲裂縫的上半縫和下扭曲型裂縫與轉(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)向裂縫的上半縫半縫

7、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。在圖和下半縫是向著兩個平行的平面發(fā)生轉(zhuǎn)動。在圖2-42-4所示的應(yīng)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井筒地應(yīng)力狀態(tài)下會轉(zhuǎn)向裂的縱向裂縫從井筒延伸出來在遠井筒地應(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。如同轉(zhuǎn)向裂縫一樣，扭曲型裂縫也會造成裂縫在近井扭曲。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

8、收聚的程度比轉(zhuǎn)向裂縫更大，所筒附近的快速收聚。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面影響也較大。造成的產(chǎn)量和壓裂施工上的負面影響也較大。 1.前前 言言12匯報提綱匯報提綱 前前 言言 水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律結(jié)論與認識結(jié)論與認識13p建立水平井井筒應(yīng)力分布模型；建立水平井井筒應(yīng)力分布模型；p進行了進行了裸眼完井裸眼完井水平井裂縫起裂壓力計算，并構(gòu)建了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；裂縫起裂方位預(yù)測模型；p進行了進行了射孔完井射孔完井水平井裂縫起裂壓力計算，并構(gòu)建了水平井裂縫起裂壓力計

9、算，并構(gòu)建了裂縫起裂方位預(yù)測模型；裂縫起裂方位預(yù)測模型；p分析了裂縫起裂壓力的影響因素。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)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究14 水平井壓裂中裂縫的起裂壓力和起裂方位因素：水平井壓裂中裂縫的起裂壓力和起裂方位因素：（1 1）水平段井筒的方位；）水平段井筒的方位；（2 2）巖石性質(zhì)、井筒周圍應(yīng)力分布；）巖石性質(zhì)、井筒周圍應(yīng)力分布；（3 3）施工作業(yè)條件、井筒結(jié)構(gòu)、射孔條件。）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：計算裂縫起裂壓力、預(yù)測起裂方位角通常

10、有兩個步驟： （1 1）計算水平井井筒周圍的應(yīng)力分布；）計算水平井井筒周圍的應(yīng)力分布； （2 2）根據(jù)巖石破裂準則，當井筒應(yīng)力大于巖石強度，裂）根據(jù)巖石破裂準則，當井筒應(yīng)力大于巖石強度，裂縫起裂?？p起裂。 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究152.1 2.1 水平井井筒周圍的應(yīng)力分布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)和施工力學環(huán)境的影響。為了便于分析井筒周圍應(yīng)力分施工力學環(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)：布狀況，做如下假設(shè)： （1 1）巖石為均質(zhì)各向同性多孔彈

11、性介質(zhì)；）巖石為均質(zhì)各向同性多孔彈性介質(zhì)； （2 2）巖石處于線彈性狀態(tài)；）巖石處于線彈性狀態(tài)； （3 3）不考慮巖石與壓裂液的物理化學作用。）不考慮巖石與壓裂液的物理化學作用。 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究16水平井井筒應(yīng)力分布模型的建立要考慮諸多因素：水平井井筒應(yīng)力分布模型的建立要考慮諸多因素：（1 1）水平井井筒周圍的巖石受井筒內(nèi)壓引起的應(yīng)力）水平井井筒周圍的巖石受井筒內(nèi)壓引起的應(yīng)力（2 2）巖石原地應(yīng)力）巖石原地應(yīng)力（3 3）壓裂液滲流效應(yīng)引起的應(yīng)力變化）壓裂液滲流效應(yīng)引起的應(yīng)力變化（4 4）射孔對井筒應(yīng)力分布的影響）射孔對井筒應(yīng)力分布的影響（5 5）分隔器

12、對水平井井筒軸向應(yīng)力也有一定的影響）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，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，( (在所在所有的受力分析中，將壓應(yīng)力取正，拉應(yīng)力取負有的受力分析中，將壓應(yīng)力取正，拉應(yīng)力取負) )。 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究17 2.1.1 2.1.1 裸眼完井裸眼完井水平井井筒周圍應(yīng)力分布水平井井筒周圍應(yīng)力分布水平井井筒原地應(yīng)力分布水平井井筒原地應(yīng)力

13、分布 + + 井筒內(nèi)壓引起的應(yīng)力井筒內(nèi)壓引起的應(yīng)力 + + 壓裂液滲濾效應(yīng)引起的附加應(yīng)力壓裂液滲濾效應(yīng)引起的附加應(yīng)力 ()12()2()cos21122cos2102cos0rwwpwxxyyxxyywpzwzzxxyywprzyzrzPPpPPpcPPp 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究182.1.2 2.1.2 射孔完井射孔完井水平井井筒周圍應(yīng)力分布水平井井筒周圍應(yīng)力分布 假設(shè)條件：假設(shè)條件：(1) (1) 巖石均質(zhì)各向同性；巖石均質(zhì)各向同性；(2) (2) 巖石為處于線彈性狀態(tài)的多孔介質(zhì)；巖石為處于線彈性狀態(tài)的多孔介質(zhì)；(3) (3) 不考慮巖石與壓裂液的物理化學

14、作用而引起的力學性質(zhì)的變化；不考慮巖石與壓裂液的物理化學作用而引起的力學性質(zhì)的變化；(4) (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?？妆谔幍牧黧w壓力相等。 射孔井筒幾何模型和應(yīng)力重分布圖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)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究190cos20121 2cos2) 2cos1 ( 1212 2sin4 ) 2cos21 (2cos)(2 2cos)(2)() 2cos1 (2)(wrzyzzrpwyyxxzzwzpzyyxxzyyxxzyyxx

15、wpwwrpPcPppPpPP 在坐標系下射孔完井水平井井筒應(yīng)力與裸眼完井水平井應(yīng)力一在坐標系下射孔完井水平井井筒應(yīng)力與裸眼完井水平井應(yīng)力一致，根據(jù)迭加原理，將井筒內(nèi)壓、地應(yīng)力和壓裂液滲流效應(yīng)引起的致，根據(jù)迭加原理，將井筒內(nèi)壓、地應(yīng)力和壓裂液滲流效應(yīng)引起的應(yīng)力迭加，便可得到水平井射孔完井時井筒壁處的應(yīng)力場分布：應(yīng)力迭加，便可得到水平井射孔完井時井筒壁處的應(yīng)力場分布： 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究20 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究2.2 2.2 起裂壓力和起裂角的計算起裂壓力和起裂角的計算裂縫起裂壓力裂縫起裂壓力: :井壁發(fā)生破裂時的井筒內(nèi)

16、壓力井壁發(fā)生破裂時的井筒內(nèi)壓力; ;裂縫起裂角裂縫起裂角: :裂縫面與井眼軸線之間的夾角裂縫面與井眼軸線之間的夾角 ( (規(guī)定從裂縫面沿順時針方規(guī)定從裂縫面沿順時針方向轉(zhuǎn)向井軸時為正向轉(zhuǎn)向井軸時為正) )，如圖所示。，如圖所示。 21 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究2.2.1 2.2.1 裸眼完井起裂壓力和起裂角的計算裸眼完井起裂壓力和起裂角的計算井筒壁處巖石的三個主應(yīng)力分別為壓力：井筒壁處巖石的三個主應(yīng)力分別為壓力：223222r14)()(214)()(21zzzzzz 根據(jù)張性破裂準則，上述的三個應(yīng)力中只要任意一個主應(yīng)力超過巖石根據(jù)張性破裂準則，上述的三個應(yīng)力中

17、只要任意一個主應(yīng)力超過巖石抗張強度時，裂縫就會在井筒壁處起裂?？箯垙姸葧r，裂縫就會在井筒壁處起裂。 22max34)()(21)(zzz22 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究為了求出最大拉伸應(yīng)力，對式上式求導(dǎo)，得：為了求出最大拉伸應(yīng)力，對式上式求導(dǎo)，得：0)(maxdd滿足該式的角度滿足該式的角度 0 0即為裸眼完井時裂縫的起裂方位角即為裸眼完井時裂縫的起裂方位角2.2.1 2.2.1 裸眼完井起裂壓力和起裂角的計算裸眼完井起裂壓力和起裂角的計算23 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究射孔完井條件下水平井井筒三個主應(yīng)力為：射孔完井條件下水平井井筒三

18、個主應(yīng)力為：2.2.2 2.2.2 射孔完井起裂壓力和起裂角的計算射孔完井起裂壓力和起裂角的計算223222r14)()(214)()(21zzzzzz24 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究2.2.2 2.2.2 射孔完井起裂壓力和起裂角的計算射孔完井起裂壓力和起裂角的計算22max34)()(21) (zzz0)(maxdd )(0maxt由彈性力學理論，其最大拉伸應(yīng)力的表達式為：由彈性力學理論，其最大拉伸應(yīng)力的表達式為：對上式求導(dǎo)，確定出裂縫的起裂方位：對上式求導(dǎo)，確定出裂縫的起裂方位： 根據(jù)裂縫起裂準則，當井壁處最大拉伸應(yīng)力達到巖石的抗拉強度根據(jù)裂縫起裂準則，當井

19、壁處最大拉伸應(yīng)力達到巖石的抗拉強度t t時，巖石破裂：時，巖石破裂：252.3 裂縫起裂壓力的影響因素分析裂縫起裂壓力的影響因素分析（1）最小水平主應(yīng)力對起裂壓力的影響分析）最小水平主應(yīng)力對起裂壓力的影響分析 vHha. 正斷層 正斷層應(yīng)力狀態(tài)下最小主應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系正斷層應(yīng)力狀態(tài)下最小主應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究26b. 平移斷層 Hvhv/H =0.920304050600153045607590水平井井筒方位角（度）裂縫起裂壓力（MPa）h=40h=35h=30h=25h=20平移斷層應(yīng)力狀態(tài)下最小主應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系平移斷層應(yīng)力狀態(tài)下

20、最小主應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究27c.逆斷層 Hhv逆斷層應(yīng)力狀態(tài)下最小主應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系逆斷層應(yīng)力狀態(tài)下最小主應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究28（2 2）垂向應(yīng)力對起裂壓力的影響分析）垂向應(yīng)力對起裂壓力的影響分析a.正斷層 正斷層應(yīng)力狀態(tài)下垂向應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系正斷層應(yīng)力狀態(tài)下垂向應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究29b.平移斷層 平移斷層應(yīng)力狀態(tài)下垂向應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系平移斷層應(yīng)力狀態(tài)下垂向應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂

21、裂縫起裂規(guī)律研究30c.逆斷層 逆斷層應(yīng)力狀態(tài)下垂向應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系逆斷層應(yīng)力狀態(tài)下垂向應(yīng)力與破裂壓力關(guān)系 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究31（3 3）射孔對起裂壓力的影響分析）射孔對起裂壓力的影響分析 射孔參數(shù)會對壓裂作業(yè)產(chǎn)生影響，選擇合適的射孔參數(shù)可以降射孔參數(shù)會對壓裂作業(yè)產(chǎn)生影響，選擇合適的射孔參數(shù)可以降低地層破裂壓力、降低裂縫的扭曲程度。低地層破裂壓力、降低裂縫的扭曲程度。射孔對起裂壓力的影響射孔對起裂壓力的影響 2.水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律研究32匯報提綱匯報提綱 前前 言言 水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂縫起裂規(guī)律水平井壓裂裂

22、縫延伸規(guī)律水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律結(jié)論與認識結(jié)論與認識333.1 裂縫延伸數(shù)學模型裂縫延伸數(shù)學模型 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究3.1.13.1.1水力裂縫應(yīng)力強度因子計算水力裂縫應(yīng)力強度因子計算 在水力壓裂中在水力壓裂中I I型裂紋是最常見的型裂紋是最常見的 343.1 裂縫延伸數(shù)學模型裂縫延伸數(shù)學模型 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究對于二維裂縫來說，對于二維裂縫來說，I I型張開型的裂縫應(yīng)力強度因子以下式型張開型的裂縫應(yīng)力強度因子以下式表達：表達： 2arcsin()INaKpLL 裂縫擴展準則裂縫擴展準則: : IIcKK 內(nèi)壓內(nèi)壓(

23、(或通常所說的破裂載荷或通常所說的破裂載荷) )在裂縫邊緣某一點上誘發(fā)應(yīng)在裂縫邊緣某一點上誘發(fā)應(yīng)力強度因子，當它大于巖石的斷裂韌性時，裂縫將向前擴展。力強度因子，當它大于巖石的斷裂韌性時，裂縫將向前擴展。 35裂縫延伸模型裂縫延伸模型二維模型（二維模型（2D）擬三維模型（擬三維模型（P3D） 三維模型（三維模型（3D）1.1.設(shè)縫高為常數(shù)設(shè)縫高為常數(shù) ；2.2.忽略壓裂液在縫橫截面方向的流動，忽略壓裂液在縫橫截面方向的流動， 壓裂液沿縫長方向一維流動壓裂液沿縫長方向一維流動 ；3.3.裂縫延縫長和縫寬方向二維破裂裂縫延縫長和縫寬方向二維破裂. . 1.1.縫長大于縫高的延伸縫長大于縫高的延伸2

24、.2.縫中流體簡化成二維或一維流動縫中流體簡化成二維或一維流動 3.3.只適合于單層的壓裂設(shè)計計算只適合于單層的壓裂設(shè)計計算1.1.縫內(nèi)壓裂液在平行于裂縫壁面的方縫內(nèi)壓裂液在平行于裂縫壁面的方向作二維矢量流動向作二維矢量流動 2.2.考慮了壓裂液向地層的濾失考慮了壓裂液向地層的濾失3.3.適用于各種地層條件適用于各種地層條件 4.4.計算比較復(fù)雜，費時。計算比較復(fù)雜，費時。 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究3.1 裂縫延伸數(shù)學模型裂縫延伸數(shù)學模型36改進的擬三維模型改進的擬三維模型u擬三維裂縫延伸模型中壓裂液的流動被假設(shè)為沿縫長方向的一維擬三維裂縫延伸模型中壓裂液的流動

25、被假設(shè)為沿縫長方向的一維流動，由于未考慮壓裂液在縫高方向流動所引起的壓降，模型就會流動，由于未考慮壓裂液在縫高方向流動所引起的壓降，模型就會過高地估計裂縫的延伸高度；過高地估計裂縫的延伸高度；uMolalesMolales等人將壓裂液沿縫高方向的流動考慮進縫高計算中。全等人將壓裂液沿縫高方向的流動考慮進縫高計算中。全面考慮了縫高壓降梯度、流體重力、地應(yīng)力梯度、地應(yīng)力差等因素面考慮了縫高壓降梯度、流體重力、地應(yīng)力梯度、地應(yīng)力差等因素對裂縫延伸的綜合影響，建立了一套新的裂縫擬三維延伸模型。對裂縫延伸的綜合影響，建立了一套新的裂縫擬三維延伸模型。 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律

26、研究37改進的擬三維模型改進的擬三維模型模型的建立基于以下假設(shè)：模型的建立基于以下假設(shè)：裂縫兩翼以井筒為軸對稱分布；裂縫兩翼以井筒為軸對稱分布；蓋層、產(chǎn)層、底層為均質(zhì)連續(xù)蓋層、產(chǎn)層、底層為均質(zhì)連續(xù)彈性體；彈性體；裂縫尖端處至少等于產(chǎn)層厚度。裂縫尖端處至少等于產(chǎn)層厚度。132()ffKPR22132()ffwfKPRrR 三維延伸模型中三維延伸模型中井筒位于裂縫的中心時：井筒位于裂縫的中心時：(1(1） 應(yīng)力強度因子計算應(yīng)力強度因子計算 三維裂縫在無限大地層中的延伸模型，其應(yīng)力強度因子計三維裂縫在無限大地層中的延伸模型，其應(yīng)力強度因子計算如下式算如下式: : 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井

27、壓裂裂縫延伸規(guī)律研究38 (2)(2)裂縫內(nèi)流體的連續(xù)性方程裂縫內(nèi)流體的連續(xù)性方程: : ttxAxttxtxhtxhxtxqlu),()(),(C),(),(2),(3)(3)裂縫內(nèi)流體流動壓降方程裂縫內(nèi)流體流動壓降方程: : 12)0 ,(1)()()() 12(2)0 ,(nnxwxHnnxqnkxxp（4 4）裂縫寬度方程）裂縫寬度方程: : 222222222008(1)( )( )W( , , )HHHHvdf zzdzg zx z tdzdzEzzzz 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究39 (5)(5)裂縫高度方程：裂縫高度方程： 2 ()2()2 ()(

28、)/2abICICvudfpsudududKKg hhPg hhSShh2222arcsin()arcsin()uuddudududSh hhSh hhhhhh4()()()()/2abICICuudududKKShh hhhhhh ()()4()()()2spuddududgghhShh hhhh 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究40 名名 稱稱改進的擬三改進的擬三維模型維模型二維二維(PKN)(PKN)模型模型Fracpro_PTFracpro_PT計算計算動態(tài)裂縫半長動態(tài)裂縫半長(m)(m)102102324.3324.39696動態(tài)裂縫上縫動態(tài)裂縫上縫高高(m)(m)28.9128.91202035.7335.73動態(tài)裂縫下縫動態(tài)裂縫下縫高高(m)(m)26.6326.63202039.1639.16最大縫寬最大縫寬(mm)(mm)0.5650.5651.351.350.9310.931平均縫寬平均縫寬(mm)(mm)0.3660.3661.2091.2090.5170.517計算結(jié)果比較計算結(jié)果比較 3.水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研究水平井壓裂裂縫延伸規(guī)律研