重复压裂应力场分析.ppt

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1、发言提纲一、摘要三、重复压裂应力场的国内外研究现状四、重复压裂应力场和压力场计算模型五、地应力预测软件编制六、地应力预测软件应用二、前言七、结论重复压裂的裂缝转向与重复压裂后的地应力场变化有重要的关系。本文通过建立重复压裂前地应力场模型和渗流场模型，推导并通过有限元数值模型和计算，建立首次压裂后井筒附近由裂缝生成和油井生产引起的渗流场变化，为油气井重复压裂提供科学的设计依据。一、摘要重复压裂技术最早50年代出现在美国，美国近30%的压裂属于重复压裂；国内60年代起也开始进行重复压裂。由于受当时技术与认识水平限制，一般认为重复压裂是在原有水

2、力裂缝上的进一步延伸或者重新张开已经闭合的水力裂缝，且施工规模必须大于第一次压裂作业的2~4倍，才能获得与前次持平的产量，否则，重复压裂是无效的。到了80年代中后期，随着油气价格变化和现代水力压裂技术的发展，国外又将重复压裂作为一项重要的技术研究课题，从重复压裂机制、二、前言油藏数值模拟、压裂材料、压裂设计、施工等方面进行研究攻关，使重复压裂技术取得了重大突破。但是，国内外重复压裂方面的文献资料大多涉及现场测试、施工工艺和效果的研究，对于重复压裂机理，特别是量化方面的研究比较欠缺，国内也存在同样的问题，在重复压裂机理方面开展的研究比较少，

3、一般只是从现场出发研究影响重复压裂效果的因素，缺乏理论研究。为了更好进行重复压裂的优化设计，需要进行重复压裂前的地应力场的变化研究。二、前言三、重复压裂应力场的国内外研究现状SPE24859、SPE24857对重复压裂的机理进行了初步探讨和初步模拟SPE25464提出裂缝的转向问题研究者从就地应力场的研究，对原有裂缝的评估与工艺措施的制定等方面入手，提出：①重复压裂有可能产生新的裂缝，②重复压裂必须重新优选新的材料，③高砂比压裂、端部脱砂与强制闭合等新的工艺措施，这些研究成果提高了重复压裂的学术水平与技术水平以及现场应用效果。例如，美国阿

4、拉斯加KuparukRiver油田的380口井有185口井进行了重复压裂，压后采油指数平均提高了2倍，取得了很好的增产稳定效果。SPE63030用地面倾斜仪测到裂缝的重新转向。重复压裂转向的概念用地面倾斜仪测到的裂缝转向三、重复压裂应力场的国内外研究现状①邻井裂缝对应力场的影响。1987年美国能源部在多井试验中进行改变应力的压裂试验，首先证明了地应力场受邻井裂缝影响。②初次裂缝对应力场的影响。Dowell公司根据试验和模拟地应力研究认为，地层中存在的支撑裂缝将改变井眼附近应力分布，使重复压裂裂缝的起裂方位垂直于初次裂缝方位，离开井眼一定范

5、围再发生转向，以平行于初次裂缝方位延伸。③油气井生产/注入对原地应力场的影响。Bruno和Nakagawa用实验证明，孔隙压力的改变也会影响新裂缝的重新定向。在原地应力没有起控制作用的情况下，裂缝会转向局部孔隙压力更高的方向。他们认为靠近裂缝末端的局部孔隙压力梯度控制了裂缝的发育方向，他们的想法是建立在静态条件上的。而Detournay，Boone和Berchenko则表明，裂缝的发育方向是由孔隙流体扩散到基质，引起原地应力改变所决定的。这种现象引起应力强度因子随时间而变，而应力强度因子是支配裂缝发育速率和方向的一个重要因素。④地层参数各

6、向异性对应力场的影响。Mack和Elbel继续发展了他们以前的工作，研究了地层参数各向异性对重复压裂的影响。他们认为水平渗透率各向异性导致了大规模的应力改变，如果前次裂缝是定向在高渗透率方向，那么这种现象对于重复压裂是有利的。除此之外，他们发现弹性模量的各向异性对应力的重新定向也会有一定的影响。Boone等人通过数值模拟的手段表明，由于裂缝所引起的局部孔隙压力对裂缝发育方向的影响在渗透率各向异性油藏有所改变⑤孔隙压力变化诱导了局部剪切应力改变，导致新裂缝近似垂直于前次裂缝，或与前次裂缝成一锐角。然而，上述观点和认识大多是通过实验研究和现场

7、试验得到的定性结论，还没有一个完整的、系统的应力计算模型来定量描述垂直裂缝井重复压裂前各种因素产生的诱导应力场分布状况，因此，不能定量地描述重复压裂造新缝机理、重复压裂新裂缝产生的条件和最佳重复压裂时机、新裂缝的起裂方位、裂缝延伸轨迹以及新裂缝缝长分布特征，从而不能很好地指导重复压裂的井层优选、优化设计与施工。三、重复压裂应力场的国内外研究现状1.应力场数学模型(1)有效应力场的理论公式推导－考虑压力场的平衡方程(2)线性变形几何方程：四、重复压裂应力场和压力场计算模型(3)弹性应力应变关系1.应力场数学模型四、重复压裂应力场和压力场计算

8、模型(4)边界条件位移边界条件：力边界条件：混合边界条件：1.应力场数学模型四、重复压裂应力场和压力场计算模型(5)采用虚功原理(6)将上式积分后得到：1.应力场数学模型四、重复压裂应力场和压