多级压裂诱导应力对天然裂缝开启影响研究

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水平井多级压裂技术是非常规储层水力压裂的主要技术,非常规储层中发育有大量的天然裂缝,为了提高压裂效果,压裂过程中要求天然裂缝处于开启状态,多级压裂过程中上级压裂产生的诱导应力会使天然裂缝开启变得困难,以往压裂设计的压裂液压力往往不考虑诱导应力的作用,压裂施工中天然裂缝处于闭合状态,致使压裂效果变差,本文针对该问题进行了以下几个方面的研究。建立压裂过程中水平井井筒应力分布计算模型,通过计算得到了压裂过程中压裂液压力对地应力影响的范围为距离井眼轴线20倍井径的区域,当与井眼轴线距离小于20倍井径时,称为近井带,地应力受压裂液压力的影响;与井眼轴线距离大于20倍井径时,称为远井带,地应力为原始地应力,应力分布不受压裂压力的影响。根据弹性力学理论中的平面应变问题,建立单条裂缝存在时的诱导应力计算模型,通过力学叠加原理,得到了水平井多级压裂多条裂缝存在时的诱导应力计算模型,通过计算得到了压裂过程中诱导应力的分布情况。建立考虑诱导应力影响的近井带和远井带地应力分布计算模型,分析了近井带和远井带天然裂缝的受力状态,得到了判断天然裂缝张性破坏开启和剪切破坏开启的力学条件,通过计算得到了天然裂缝参数对其受力状态的影响。以吉林油田某区块的一口多级压裂水平井(平267井)为例计算得到了该区块天然裂缝开启模式为张性破坏开启,实际压裂过程中第二段和第三段没有产生复杂裂缝的原因是压裂液压力较低,天然裂缝处于闭合状态,通过计算得到了第二段和第三段形成复杂裂缝的压裂液压力分别为15.65MPa和14.93MPa,比压裂设计的压力分别高出2.41MPa和1.77MPa。水平井多级压裂过程中产生的诱导应力,使天然裂缝开启变得困难,压裂设计时为了使天然裂缝开启,要提高压裂液压力。通过本文的研究对多级压裂过程中天然裂缝的开启规律有了新的认识,为准确设计压裂施工压力,形成复杂裂缝提供理论依据。
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