水平井分段压裂诱导应力场研究与应用

作     者：尹建 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭建春

授予年度：2014年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：水平井分段压裂 诱导应力场 裂缝 破裂点 复杂裂缝 

摘      要：目前致密油、致密气、页岩气在内的非常规油气资源占有越来越重要的地位,水平井分段压裂技术是有效开发非常规资源的技术关键。为了准确认识水平井分段压裂过程中井筒周围应力场变化,指导裂缝起裂和延伸机理研究,以均质、各向同性的二维平面人工裂缝模型为基础,利用位移不连续理论,推导建立了非等裂缝半长、非等间距和任意裂缝倾角的水力裂缝诱导应力数学模型,并结合井筒内压、原地应力、压裂液渗流效应、岩石温度变化和射孔作用产生的诱导应力场建立水平井分段压裂诱导应力场计算模型。在模型基础上通过分析裂缝千扰下井壁处应力场的变化规律,结合岩石破裂强度准则预测破裂压力的变化规律,从降低破裂压力角度提出破裂点优选方法,通过分析裂缝干扰下井筒周围应力场的变化规律,结合岩石形成复杂裂缝的地应力条件开展压裂形成复杂裂缝的可行性研究。通过研究得到以下一些主要成果和认识： (1)采用位移不连续理论建立的裂缝诱导应力场模型能够解决常规解析法不能解决的水平井筒周围诱导应力场问题,同时能够分析裂缝与井筒不同夹角以及不规则裂缝产生的诱导应力。 (2)水平井分段压裂时,先压开裂缝产生的诱导应力影响会让水平井筒周围应力场更为复杂,在先压开裂缝诱导干扰区域内的裂缝起裂和延伸形态更为复杂,压裂优化设计时必须考虑这一因素。(3)先压开裂缝产生的诱导应力在一定裂缝间距内会导致后续裂缝破裂压力增高,造成压裂作业难度的增加,而超过了一定裂缝间距,诱导应力反而可能会使破裂压力值降低,基于此从降低破裂压力角度优化不同完井方式下裂缝破裂点位置,为压裂优化设计中射孔位置优化提供参考。 (4)裂缝产生的诱导应力场会影响水平井筒周围的主应力差,进而影响后续裂缝延伸过程中的形态,通过优选射孔方式、裂缝参数等因素可以增加裂缝间干扰程度,提高复杂裂缝产生的可行性大小。 研究对于认清多裂缝应力干扰理论以及存在裂缝干扰下水平井筒周围应力场变化规律,指导分段压裂优化设计具有一定意义。