水力压裂关键技术分析与研究.PDF

维普资讯 第3O卷 第2期 钻 采 工 艺 V01．3O No．2 DRILLING＆PRODUCTIONTECHNOLOGY ·49 · 水力压裂关键技术分析与研究 刘 洪 ，张光华 ，钟水清 ，张仕强 (1重庆科技学院2UniversityofRegina，Canada3西南石油大学 4胜利石油管理局井下作业四公司5中国石化西南分公司川西采输处) 刘 洪等．水力压裂关键技术分析与研究．钻采工艺，2007，30(2)：49—52 摘 要：传统的水力压裂分析一般是基于岩石的抗拉强度、断裂力学的破坏准则或是Mohr—Coulomb准则的 线弹性断裂力学理论(LEFM)，很难对大型水力压裂中观测到的多缝起裂和分支延伸等方面进行合理的解释和模 拟。为此，系统分析和讨论了基于岩石断裂力学强度理论的水力压裂研究存在的问题和不足，运用分形理论、岩石 损伤力学、细观岩石力学、非线性动力学和岩石断裂力学等相关领域的必威体育精装版研究成果，结合水力压裂现场实践，从 一 个崭新的视角对水力压裂岩石破裂机理、裂缝延伸规律和裂缝真实形态描述等方面进行了分析和对比，分析了 水力压裂双翼对称裂缝和多裂缝起裂延伸机理、压裂对天然裂缝系统的影响、压后产量变化特征和重复压裂作用 增产机理，提出了若干新问题和新思路，为压裂优化设计的进一步改进和完善具有重要的意义。 关键词：水力压裂；分形；损伤力学；岩石断裂力学；裂缝 ；裂缝性油气藏 ；重复压裂 中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1006—768X(2oo7)02—0049一o4 水力压裂具有惯性和速度、破坏和流动、流体和 一 是利用岩石抗拉强度或断裂力学准则来分析的传 固体等的耦合特征 ¨J。因此，水力压裂研究是一项 统学派，二是利用 Mohr—Coulomb剪切破坏准则来 交叉性很强的多学科交叉的复杂应用研究课题 ，其 分析的学派。两个学派在分析大型水力压裂时都会 研究的核心是裂缝起裂机理、延伸规律及其特征，并 遇到巨大的挑战，用这些理论给出定量的分析结果 建立相应的模型进行描述与分析，基本 目标是更能 是相当困难的。断裂力学方法的主要缺点为 ：① 真实反映地下水力压裂裂缝形成、裂缝延伸扩展特 经典断裂力学理论 (包括弹塑性断裂力学)研究处 征、最终的裂缝几何形态和裂缝的导流能力等。目 于均质和各向同性体中的单个裂纹的断裂特征，实 前大多数的水力压裂研究 ，不管是二维模型、拟三维 际上岩石具有极强的非均质性和各向异性，对于裂 模型还是真三维模型，对于岩石的破裂扩展问题的 缝性地层发育大量的隙缝系统，裂缝的扩展会出现 分析一般是基于岩石的抗拉强度、断裂力学破坏准 分支或者相互交叉，因此，线弹性断裂力学的某些概 则或者 Mohr—Coulomb准则 J，且都是假设产生两 念就不再适用。② 断裂力学认为裂纹一经开裂就 翼对称裂缝，然而，大量的现场实践表明，一成不变 立即失稳扩展，但是扩展过程的状态及其扩展路径 直接运用基于岩石断裂力学的强度理论难 以对水力 如何，现有的断裂理论都无法对此做出有效的描述， 压裂中的很多问题进行合理的解释和准确恰当地模 因此，线弹性断裂力学只能给出断裂这个状态，而无 拟，如大型水力压裂 中观测的多缝起裂和多缝延 法研究整个断裂发生的过程。③ 目前大多数水力 伸l3]、裂缝面的真实形态 和重复压裂增产作用机 压裂的数值模型只能假设裂缝是平直的，使得大多 理等等，造成以往水力压裂模拟计算结果不能太令 数模型对于岩石中存在破裂模式或者多种破裂路线 人满意。 的不均匀性的现象，不能得到合理的