资源描述：
《水力压裂裂缝的起裂和扩展.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、石油勘探与开发年叮八卫第期水力压裂裂缝的起裂和扩展黄荣禅华东石油学院,提要本文综合国外关于水力压裂裂缝的起裂和扩展的研究提出了垂直裂缝和水平裂缝的起裂判据并分析了影响裂缝延伸方向的各种因素。文,章认为裂缝的形成主要决定于井壁上的应力状态而确定及影响此应力状态的因地、、、素有壳应力地层的孔隙压力井内液体压力压裂液向地层中的渗滤流动以及被压,。裂地层的机械物理性质并对此进行了较详尽的分析作者注意到目前国外正引用线弹性断裂力学来分析裂缝延伸的方向及延伸的阻挡问题,提出裂缝,,的延伸方向主要取
2、决于地应力认为不论井壁上初始形成的裂缝方位如何,。在远离井眼后裂缝便趋于垂直最小主地应力的方向扩缝压力除了取决于最小主地应,、。、力外还与裂缝的类型尺寸及岩石材料的性质有关文章中还分析了地层岩性的变化、裂隙、,交界面的性质面的存在压裂液的比重及其滤失地应力分布的变化等对裂缝端部,。应力强度因子的影响认为这是判断裂缝继续延伸或产生阻挡作用的重要依据,。水力压裂新工艺自从在石油工业中采用以来对油气田的勘探和开发起了重要的作用,加上地下情况的复杂,然而迄今对压裂的详细机理仍研究得很不够以致在压裂设计和施工中还有不少问题尚未得到很好解决。本文拟从岩石力学及线弹性
3、断裂力学的角度剖析一下与,。压裂机理有关的主要包括裂缝的起裂及扩展两方面的问题一、水力压裂裂缝的起裂,根据国内外多年的研究目前认为决定裂缝起裂的因素有原地应力地层的孔隙压力心井筒液体压力引井筒与地层液体压差作用下液体向多孔地层中的渗滤流动。地层岩石的强度和共他物理力学性质。。休伯特和维尼斯贻于年首先提出了地质构遣应力场。。。对水力压裂时井壁破裂压力及裂缝方向影响的论述〔〕后来邓拉普及凯莱,等分析了地下岩层中及井壁周围的应力状态提出了计
4、算地层破裂压力的公。式并且提出可用水力压裂数据反求地应力〔补〕直到年以后亨姆松和。费尔赫斯特又考虑了压裂液的滤失对破裂压力的影响沁〕。水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态一般认为当井壁上出现有一,。个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时井壁便开始破裂一井壁上的应力状态由于地应力所产生的井壁应力第期水力压裂裂缝的起裂和扩展。地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的一般可认,,。为地应力中的一个主应力是垂道于地壳表面的其余两个主应力则是水李的如,果只考虑上覆
5、地层载荷引起的重力作用即不存在地质构造运动力且认为地下岩石,处于纯弹性状态可将初始的地应力分解为垂直方向的正主应力吼和两个相等的水平方向的,。正主应力和、几夕二件。,一件式中一地层的埋藏深度,“一上覆岩层的平均容重共理论值可取为公斤厘米。件一岩石的波桑此,在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力水平应力井且在通常的情况下三。,,,个原地主应力是不相等的设取压应力的符号为正拉应力为负三个主应力分别表示为仃,。,,、和根据地质构造形成时的受力特点正断层
6、逆断层和平推断层发,。育的区域里三个主应力的方向是不相同的图〔约正断层叮’。上一。一丫八沂碗逆断层了平推断层仇产口六几‘,。图不同断层发育地区的地应力分布情况。,,最休伯特考虑到多数岩石的内摩擦角都接近于这个事实认为在正断层发育地区工,最小。大主应力等于有效的上覆压力水平主应力最大的可能是等于万上覆压力在逆断层,,发育的地区最小主应力叽等于有效的上覆压力而最大水平主应力顶多会等于倍的,。上覆压力而在平推断层活跃的区域里有效的上覆压力则为中间主应力,。由于地壳中的岩层可视为弹性半无限体井壁上的
7、应力状态可简化为平面问题来分析“工,如果两个水平方向的压缩地应力不相等设为叽可把井眼看成是在互相垂直的方工,向上分别作用有和叽两个压缩外应力的弹性平板中的一个小圆孔图孔壁上的应力就一上的水平应力。。,即为上相当于井壁而井壁上的垂直应力分量仍可视为覆岩层的压力。石油勘探与开发年犷。”厂笼几丈俨夕一‘‘图矩形平板圆孔周围的应力,根据弹性力学图所示的矩形平板小圆孔周围的应力解为‘‘、叮叮十一一、。。。叮二护丛上卫一“,琴琴。,,。卫。一仃、
8、。。。,二一十一少一‘——毕一、一十
