压裂裂缝高度影响因素分析.pdf

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3、程中各项因素对裂缝在高度方向上延伸的影响，对控制裂缝高度具有重要的意义。本文对主要的六个因素进行综合分析，得到影响裂缝高度的因素主次顺序。关键词：裂缝高度；影响因素；正交实验水力压裂过程中，当目的层厚度薄、与上下隔层应力差小、上下隔层较薄时，裂缝往往在缝高方向上突破隔层延伸，这容易造成压裂串层。对于致密储层而言，缝高的过分延伸，就达不到造长缝的效果，还会造成压裂液资源的浪费，甚至会沟通上下含水层，直接导致压裂作业的失败。分析裂缝高度的影响因素，选择有针对性的控缝高技术，很多时候是水力压裂作业能否成功的关键。1

4、单因素影响裂缝高度分析目前很多学者都对裂缝高度影响因素进行了分析。胡永全分析了影响裂缝高度的因素，并提出了控制裂缝延伸的措施⋯。李勇明分析了影响裂缝高度的各因素的主次顺序”1。李年银分析了酸压裂缝高度延伸的影响因素”1。影响裂缝高度的因素可以分为两大类：地层参数与工程参数。地层参数主要包括地层应力、岩石物性、储隔层厚度等；工程参数主要包括施工参数、材料物性等。利用Fracpro2叭2，在其它模拟条件不变的情况下，对地应力差、杨氏模量差、泊松比、隔层厚度、施工排量、压裂液粘度等这六个因素进行模拟分析，得到其与裂

5、缝高度的定性关系。1．1地应力差对裂缝高度的影响地层应力差是控制裂缝高度增长的主要因素。一般认为，1．4～4．8MPa的应力差可有效减缓或停止裂缝高度的生长。随着应力差值的减小，裂缝高度呈加速变化的趋势。这是因为地层应力差越小，抑制裂缝延伸的闭合压力也小，增大了作用于裂缝壁面的净张开压力，必然导致裂缝高度的增大。图卜△盯(h)曲线为单因素条件下应力差值对裂缝高度的影响，模拟条件为储层厚度30m，上下隔层厚度各12m。从图中可以看出，随着地应力差的增加，裂缝高度减小，这与我们的认识相符。1-2模量差对裂缝高度的

6、影响杨氏模量以两种方式影响裂缝高度的增长。第一，到达两种不同物质接触面附近的裂缝将由于接触面的存在而使其增长速度减缓；第二，如果边界层的模量比油层的模量大，那么杨氏模量能阻止裂缝增长。总体来说，随着杨氏模量的增大，裂缝高度也增大，且裂缝高度的变化幅度也增大。但由于产层与上下隔层的杨氏模量值相差并不大，杨氏模量对裂缝高度的影响并不明显，如图卜E(h)曲线所示。一般而言，砂岩的杨氏模量为25～47Gpa，页岩的杨氏模量为12～42Gpa，泥岩的杨氏模量为4～7Gpa。对于正常隔储层而言，储层杨氏模量要高于隔层杨氏

7、模量，这有利于裂缝的扩展，不利于控缝高。1．3泊松比对裂缝高度的影响Perkins和Kem假定岩石具有脆性，弹性性质，裂缝呈椭圆形断面，从而得出了缝宽公式：彤：!!!二尘竺笠(1)E式中：W——裂缝宽度，mm；y——泊松比，无因次；E——杨氏模量，103MPa。从上式看出，在缝宽一定的情况下，泊松比越大，缝高也越大。但是，在实际压裂作业中，缝宽是随流体净压力等参数变化的量，因此泊松比对缝高的影响是有限的。根据模拟条件输入不同的岩石泊松比，模拟结果显示泊松比对缝高的影响不大，如图卜u(h)曲线所示。1．4隔层厚

8、度对裂缝高度的影响相同模拟条件下，设置隔层厚度分别为3m、6m、9m、15m、20m，模拟后得到不同隔层厚度下裂缝高度。从图卜△日(h)曲线可以看出，隔层越薄，裂缝高度越大。随着隔层厚度增加，裂缝高度减小幅度较大。1．5施工排量对裂缝高度的影响美国棉花谷地区通过压裂后测井温，总结出了施工排量和裂缝高度的关系：^=7．23×e唧(2)式中：h一裂缝高度，m；旷施工排量，m3／min；r自然对数的底。从式中可以看出，缝高与排量呈正相关性，排量越大，缝高越高。从图1一Q(h)曲线可以看出，排量对缝高的影响也很明显。

9、1．6压裂液粘度对裂缝高度的影响压裂液粘度的变化能影响压裂液的摩阻、悬砂、滤失和返排等性能。因此，随着压裂液粘度的增大，裂缝的高度将增大，尤其是高粘度的压裂液将使缝高大幅扩展，软件模拟结果见图卜斗(11)曲线所示。图1单因素对缝高的影响从图1可以看出，六个因素中，储隔层地应力差与隔层厚度(下转第96页)94l托，彳群2016年6月间休息，避免了由于疲劳而使管理人员产生懈怠的情况。减少了人为因素给矿井