二维条件下天然裂缝对压裂裂缝影响的分形分析
试分析大庆油田压裂裂缝形态与特征
试分析大庆油田压裂裂缝形态与特征大庆油田是我国最早开发的油田之一，也是全球最大的陆上油田之一。
在油产业的发展中占有重要地位。
其中压裂技术是提高油田开采效率的一种重要手段，在全国范围内普遍应用。
大庆油田中压裂裂缝形态与特征的分析，对于优化采油工艺、提高油田开采效率具有重要的意义。
大庆油田位于东北平原，是典型的沉积岩油藏。
油层研究表明，其厚度较厚，广泛分布，地质条件比较优越。
通过压裂技术，可以打开更多的油层裂缝，并将油藏中的石油开采出来。
在大庆油田的压裂技术中，裂缝形态与特征十分重要。
首先，裂缝的长度与宽度会直接影响油田的产量。
通常情况下，裂缝越长、越广，所开采到的油藏也就越多。
其次，裂缝的方向对于开采效率也至关重要。
一般来说，油藏裂缝的走向决定了油的流动方向，直接关系到油的采收量和采收率。
在大庆油田的压裂过程中，裂缝形态会因为不同的油藏地质条件而有所差别。
以围场油田为例，裂缝形态主要分为两类。
一类是由于地质构造及岩性变化，形成的天然裂缝，这类裂缝具有明显的方向性和一定的连通性，可以在压裂后形成连接油层且具有稳定产油量的长裂缝，同时也有利于防治油层水淹。
另一类是由于油层内部应力状态变化引起的裂缝，此类裂缝更为复杂，裂缝方向和长度差异较大，开采效果也不如第一类裂缝。
在大庆油田的压裂过程中，如何控制裂缝形态与特征，优化采油工艺，提高开采效率，是目前亟需解决的问题。
一方面，工程技术人员需要根据油田地质条件变化，针对特定的油藏进行适宜的压裂施工方案，探索出最佳的施工方法以及压裂液配方。
另一方面，需要进行相关的科学研究，了解不同裂缝形态与特征产生的机制，提高采油效率和油田产量。
综上所述，大庆油田中压裂裂缝形态与特征的分析对于油田开采效率和产量的提高具有重要的意义。
在未来的开采过程中，需要继续对裂缝形态和特征进行深入研究，积极探索出更加优化技术，提高油田采收率。
煤岩裂缝分形及对压裂滤失的影响
大庆石 油地质 与开 发
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｏｉ ｌ ｉｅ ｆ ｌ ｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｄａ ｑ ｉ ｎ ｇ
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试分析大庆油田压裂裂缝形态与特征
试分析大庆油田压裂裂缝形态与特征大庆油田是中国最大的陆上油田，其开发历史悠久，技术实力雄厚。
在大庆油田的开发过程中，压裂技术一直是常用的增产手段之一。
通过对大庆油田压裂裂缝形态与特征的分析，可以更好地理解大庆油田的地质特征以及优化压裂工艺。
一、大庆油田概况大庆油田位于东北地区，其属于典型的复杂构造地质油田，油气藏类型多样，地质构造复杂。
在大庆油田的开发过程中，压裂技术一直是常用的增产手段之一。
压裂是指通过液压作用将一定流体体积（压裂液）输送到井下，使井下地层产生人工裂缝，从而提高油气的开采率。
二、压裂裂缝形态分析1. 裂缝形态大庆油田的油藏储层主要以块状碳酸盐岩储层为主，裂缝的形态多样，包括水平裂缝、垂直裂缝、斜交裂缝等。
水平裂缝是指在地层中形成的水平走向的裂缝，通常是在地层受到压力作用下形成；垂直裂缝是指在地层中形成的垂直走向的裂缝，通常是地层受到拉张作用形成；斜交裂缝是指在地层中形成的斜向走向的裂缝，通常是地层同时受到拉张和压缩作用形成。
2. 裂缝特征大庆油田的储层岩性复杂，对井下压裂的精细裂缝形态要求较高。
根据实际井下资料分析，大庆油田的压裂裂缝呈现出以下特征：（1）裂缝分布广泛：在大庆油田的裂缝形态分析中发现，裂缝分布广泛，裂缝密度高。
这对于压裂技术来说具有挑战性，需要选择合适的压裂液和压裂工艺。
（2）裂缝长度短：大庆油田的裂缝长度较短，通常在数米到数十米之间。
这对于压裂工艺来说需要有针对性的设计，以保证裂缝的有效传导性和压裂效果。
（3）裂缝宽度不均：大庆油田的裂缝宽度不均，通常在井下压裂中存在部分裂缝宽度较大，部分裂缝宽度较小的情况。
这对于压裂液的选择和压裂工艺的设计提出了挑战。
1. 压裂液的选择针对大庆油田压裂裂缝的特征和形态，选择合适的压裂液对于压裂效果具有决定性作用。
大庆油田的压裂裂缝宽度不均，需要选择具有较好渗透性和压裂效果的压裂液，提高裂缝宽度的均匀性和稳定性。
2. 压裂工艺的优化针对大庆油田裂缝的形态和特征，需要对压裂工艺进行优化。
胶结型天然裂缝对水力压裂裂缝延伸规律的影响
第43卷第4期新疆石油地质Vol.43，No.42022年8月XINJIANG PETROLEUM GEOLOGY Aug.2022文章编号：1001-3873（2022）04-0433-07DOI ：10.7657/XJPG20220408胶结型天然裂缝对水力压裂裂缝延伸规律的影响程正华1，艾池1，张军1，严茂森1，陶飞宇1，白明涛2（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.中国石油大庆油田有限责任公司井下作业分公司，黑龙江大庆163318）摘要：为确定致密砂岩储集层中天然裂缝在水力压裂裂缝网络形成中的作用，采用渗流-应力-损伤耦合方法建立数值模型，并运用Monte-Carlo 模拟方法，在数值模型中生成裂隙网络模型，研究天然裂缝方向、天然裂缝强度、水平主应力差、压裂液注入速率以及压裂液黏度对水力压裂裂缝延伸规律的影响。
结果表明，天然裂缝与最大水平主应力夹角为30°~60°时，形成的水力压裂裂缝最为复杂。
天然裂缝强度增大不利于分支裂缝和转向裂缝的产生，低水平主应力差条件下，天然裂缝展布方向主导水力压裂裂缝的延伸；在高水平主应力差条件下，应力主导裂缝网络的延伸；当水平主应力差为3.0~4.5MPa 时，水力压裂裂缝复杂程度最高，延伸范围最大。
增大压裂液注入速率，会促进复杂水力压裂裂缝网络的形成；适当提高压裂液黏度，可以促进裂缝的扩展，但是当黏度过高时，裂缝仅在射孔周围有限范围内形成复杂裂缝网络。
关键词：致密砂岩；数值模型；天然裂缝；地应力；压裂液排量；压裂液黏度；水力压裂；裂缝网络中图分类号：TE357文献标识码：A©2018Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0International License 收稿日期：2021-10-18修订日期：2022-01-05基金项目：国家自然科学基金（52004065）第一作者：程正华（1998-），男，湖北黄石人，硕士研究生，非常规储层水力压裂，（Tel ）183****3762（E-mail ）183***************通讯作者：艾池（1957-），男，吉林白城人，教授，博士，非常规储层水力压裂，（Tel ）139****3212（E-mail ）*****************Influences of Cemented Natural Fractures on Propagation of Hydraulic FracturesCHENG Zhenghua 1，AI Chi 1，ZHANG Jun 1，YAN Maosen 1，TAO Feiyu 1，BAI Mingtao 2（1.School of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing,Heilongjiang 163318,China;2.Downhole Operation Company,Daqing Oilfield Company Limited,PetroChina,Daqing,Heilongjiang 163318,China ）Abstract ：In order to determine the role of natural fractures in the forming of hydraulic fracture network in tight sandstone reservoirs,a nu⁃merical model was established using the coupled hydraulic ⁃mechanical ⁃damage (HMD)model,and a fracture network model was generated in the numerical model by the Monte ⁃Carlo method.With these models,the influences of natural fracture orientation,natural fracture strength,horizontal principal stress difference,fracturing fluid injection rate and fracturing fluid viscosity on the propagation of hydraulic fractures were analyzed.The results show that when the angle between the natural fracture and the maximum horizontal principal stress di⁃rection ranges from 30°to 60°,the induced hydraulic fractures are the most complex.The increase in natural fracture strength is not condu⁃cive to the generation of branch and steering fractures.Under the condition of low horizontal principal stress difference,the orientation of natural fractures dominates the extension of hydraulic fractures.Under the condition of high horizontal principal stress difference,stress dominates the extension of hydraulic fractures.When the horizontal principal stress difference falls between 3.0and 4.5MPa,the hydraulic fractures exhibit the highest complexity and the largest extension.Increasing the injection rate of fracturing fluid can promote the formation of complex hydraulic fracture network.Appropriately increasing the viscosity of fracturing fluid can promote fracture propagation,but too high viscosity can only lead to complex fractures in limited areas around the perforations.Keywords ：tight sandstone;numerical model;natural fracture;in ⁃situ stress;fracturing fluid displacement;fracturing fluid viscosity;hy⁃draulic fracturing;fracture network水力压裂是提高非常规油藏油气开发效果的关键和核心技术，水力压裂裂缝能够增加油气运移的通道，提高油气产量和采收率[1-4]。
分形理论在裂缝检测中的应用研究
数 据 可构 成 一个 自然 界 的纹 理 表面 。 厚 为 ２ 的地 用 ｅ
毯 进行 覆 盖 ， 表 面积 可 由地 毯 上 、 则 下表 面 间 的体积
除 以 ２ 得 到 。地 毯是 由其 上表 面 （ ￡ 及下 表 面 ￡ ． ） ，
Ｂ（
．
，） ￡ 定义 的 。
１｝ ）， ｌ ， （ ）一 （，） ≤ １ ｌ ； ｌ ， （ ）一 （，） ≤ １ Ｊ ｌ ；
本 文 以 地 震 层 位 解 释 数 据 为 基 础 ， 用 多 尺 度 运
Ｅ １， Ｌ ， ｍ ａ 一 ２， ｅ ｘ
上 式 中点 （ ， 是 与点 （ ，） ） Ｊ 的距 离小 于等 于 １
的所 有 点 。地 毯 的体 积
ｉ ＋ Ｊ 十
Ｖ ｉ ，） ∑ （， ￡ 一 Ｊ
裂 缝 是低 渗透 率 气藏 储 集 、 移 的通 道 ， 石油 运 对 天然 气 开 采有 重要 的意 义 。所 以对 于 裂缝 检 测方 法 的研 究 显 得 尤为 重要 。 论 上认 为 ， 工地 震 的结果 理 人 表现为， 各道 对应 层位 上 的振 幅值 是 连续 变 化 的 ； 而
2013年第1期稿费发放明细
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煤岩储层渗透率动态变化模型
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直角三角形小断块油藏注采井网模拟优化研究
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鄂尔多斯盆地东南部延长组页岩储层特征及控制因素
天然裂缝影响下水力裂缝扩展的、数值建模分析
裂 缝影 响并 改变 了储层 中的地应力 分 布格局 。 ② 伴 随着水 力裂 缝 的动 态扩 展 ， 然 裂 缝 会 发 天
２ ５期
肖光辉 ， ： 等 天然 裂缝影 响下水力裂缝扩展 的数值建模分析
６ ６ ４３
建 立了包括裂缝 内流体运动、 地层流体渗流和储层应力变形 的水力裂 缝扩展理论 模型方程 ， 用 图形建模 数值方 法 ， 运 分析得 到低渗透岩 石天然裂缝对水力压裂裂缝开展 的影响： 天然裂缝对水力裂缝端部 应力场 的改变形 成混合裂缝 扩展形式 ； 位于水
力裂缝端部拉张 区域 的张性天然裂缝 ， 因为压裂液漏失和 因路径 改变产生 的摩 阻力 ， 造成水力 裂缝 内有效驱 动压 力耗散 ， 影
研 究和压 裂方 案设 计 。
现有的水 力裂缝扩展模拟方法是 首先假 定一
初 始 长度和 宽度 的半 椭 圆 型或 半 圆型裂 缝 ， 得 缝 求
内流体 压力 和 速 度 的 一 维或 二 维分 布 ； 后 根 据 Ｉ 然
１ 天然裂缝对水力裂缝扩展的影响原因分析
水力 压裂 问题 的 核 心 本 质 是 地 层 岩 石 在 流 体 压 力作用 下 的 变形 及 破 裂 过 程 。水 力 裂 缝 的扩 展 直 接受 压裂液 的流 体 特 性及 岩 石 力 学性 质 所 控 制 。
第１ ２卷
第２ ５期
２１ ０２年 ９月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ Ｎｏ ５ Ｓ ｐ．２０１ １ ２ ．２ ｅ ２
１７ — １１ （０ ２ ２ —４ ２０ ６ １ ８ ５ ２ １ ）５ ６ ６ —５
天然裂缝影响下的复杂压裂裂缝网络模拟
天然裂缝影响下的复杂压裂裂缝网络模拟一、本文概述随着石油工业的发展，复杂压裂技术已成为提高油气采收率的重要手段。
然而，在实际压裂过程中，天然裂缝的存在往往会对裂缝扩展产生显著影响，使得裂缝网络的形成变得极为复杂。
因此，对天然裂缝影响下的复杂压裂裂缝网络进行模拟研究，对于优化压裂设计、提高油气采收率具有重要的理论和实践意义。
本文旨在通过数值模拟方法，深入研究天然裂缝对复杂压裂裂缝网络的影响。
我们将对天然裂缝的几何特征和分布规律进行详细分析，建立符合实际地质条件的天然裂缝模型。
在此基础上，我们将利用先进的数值计算方法，模拟复杂压裂过程中的裂缝扩展、交汇和融合等现象，揭示天然裂缝对裂缝网络形成的影响机理。
我们还将分析不同压裂参数下裂缝网络的演化规律，为优化压裂设计提供理论依据。
本文的研究内容将涉及地质建模、数值计算、数据分析等多个方面，综合运用了多种学科的知识和方法。
通过本文的研究，我们期望能够为复杂压裂技术的进一步发展和应用提供有力支持，为石油工业的可持续发展做出贡献。
二、天然裂缝对压裂裂缝网络的影响天然裂缝是地质构造中普遍存在的特征，它们对压裂裂缝网络的形成和扩展具有显著影响。
天然裂缝的存在，一方面可以作为压裂液流动的潜在通道，促进裂缝的扩展；另一方面，也可能成为压裂裂缝的屏障，限制裂缝的进一步延伸。
因此，在压裂模拟中，准确考虑天然裂缝的影响至关重要。
在压裂过程中，天然裂缝与压裂裂缝的交互作用会导致裂缝网络的复杂性增加。
当压裂裂缝遇到天然裂缝时，可能产生多种情况。
一种情况是压裂裂缝可能沿天然裂缝延伸，形成更长的裂缝，从而提高储层的连通性。
另一种情况是压裂裂缝在天然裂缝处发生转向，形成分支裂缝，增加裂缝网络的密度。
天然裂缝的开启程度和方位角也会对压裂裂缝的扩展产生影响。
为了准确模拟天然裂缝对压裂裂缝网络的影响，需要采用先进的数值模拟方法。
这些方法能够考虑天然裂缝的几何特征、力学性质和流体流动特性，从而更准确地预测压裂裂缝网络的形成和扩展。
非常规储层天然裂缝描述及压裂机理研究
非常规储层天然裂缝描述及压裂机理研究
文贤利;郭长永;孔明炜;丁克保;张羽鹏;蔡卓林
【期刊名称】《新疆石油天然气》
【年(卷),期】2022(18)3
【摘要】非常规裂缝性储层的水力压裂机理较复杂。
为深入认识裂缝发育分布特征,基于大量蒙特卡洛模拟算法,建立了二维天然裂缝表征模型。
在此模型的基础上,为明确非常规裂缝发育储层的水力压裂机理,首次应用粘聚单元法建立了非常规裂缝发育储层的水力压裂扩展模型,分析了天然裂缝分布对裂缝扩展形态的影响。
运用该模型进行研究,结果表明,多裂缝发育的储层天然裂缝连通性较好,可有效减少应力各向异性对裂缝扩展方向的影响。
裂缝组越少,形成的裂缝宽度越大,即在相同注入时间内,当储层发育1组裂缝时,易于形成宽短型裂缝,当储层发育多组裂缝时,易形成窄长型裂缝。
研究成果可为非常规裂缝性储层有效开发及进一步提高采收率提供理论基础及技术支撑。
【总页数】7页(P12-18)
【作者】文贤利;郭长永;孔明炜;丁克保;张羽鹏;蔡卓林
【作者单位】中国石油新疆油田分公司工程技术研究院;中国石油新疆油田分公司开发公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE357
【相关文献】
1.裂缝性储层缝网压裂机理研究分析
2.储层天然裂缝与压裂裂缝关系分析
3.非常规天然气储层超临界CO2压裂技术基础研究进展
4.煤储层天然裂隙系统对水力压裂裂缝扩展形态的影响分析
5.非常规储层超临界CO_(2)压裂复杂裂缝扩展模型
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页岩气藏天然裂缝剪切破裂研究
页岩气藏天然裂缝剪切破裂研究页岩气的资源量巨大、需求量极高特点使得它在全球能源中有着不可替代的地位，也是目前油气藏所开发的重点。
在页岩储层低孔超低渗透的物性情况下，需要通过水平钻井以及压裂改造来实现页岩气的有效开采。
在天然裂缝时闭合的前提下，根据裂缝交点处满足的裂缝相交准则进行力学分析，基于破裂机理相关理论，从不同裂缝相交角对临界剪切破坏的影响、不同水平应力差对临界剪切破坏的影响以及天然裂缝内聚力的影响三方面进行分析，为天然裂缝剪切破裂研究提供了手段。
标签：页岩气;天然裂缝;相交准则;剪切破裂0 引言根据资源量的初步估算和地质类比法分析，我国有着优质的地质条件孕育页岩气，与美国页岩气资源量不相上下[1]。
因此，作为一个石油对外依存度超过50%的国家，我国应该从美国页岩气革命成功的经验中获得启示，即重视页岩气工业的发展，建立一套成熟完整的开发体系。
页岩储层中天然裂缝的存在决定着压裂过程中能否形成缝网，准确了解天然裂缝相交水力裂缝的作用过程和机理是掌握裂缝缝网的形成机理的前提[2]。
研究分析水力和天然裂缝在相交开始时刻的破裂方式以及延伸方式的前提是水力裂缝前方有着一条天然裂缝是相交作用开始时刻的状态，随着时间推移水力裂缝不停伸展从而慢慢靠近天然裂缝，逐步伸展的水力裂缝在和天然裂缝产生相交作用前无任何转向[3]。
本文研究了不同裂缝相交角对临界剪切破坏的影响、不同水平应力差对临界剪切破坏的影响、天然裂缝内聚力对临界剪切破坏的影响三方面，为天然裂缝剪切破裂研究提供了手段。
1 破裂机理在裂缝出现剪切破裂的情况下，由于裂缝交点处压力较小，无法达到直接穿过天然裂缝的力学条件，因此，此类模型的前提是天然裂缝时闭合的，裂缝交点处的压力满足Warpinski裂缝相交准则。
通过线性摩擦理论可知，在天然裂缝面自身的力学强度无法干扰裂缝之间的滑动作用的情况下，天然裂缝就会产生剪切滑动[4]，其临界滑动状态关系式为：式中，τ0—天然裂缝的内聚力，MPa;T—远场应力作用的天然裂缝上的剪切力分量，Mpa;Kf—摩擦系数。
水力压裂裂缝形态的影响因素研究
水力压裂裂缝形态的影响因素研究水力压裂裂缝形态的影响因素研究[摘要]水力压裂所形成的裂缝形态是影响油气井增产增注的主要因素，而水力压裂施工所形成的裂缝形态各异，受很多因素的影响，包括天然因素和施工因素。
天然因素主要有地应力、天然裂缝等；施工因素主要包括了射孔和排量。
其中地应力是决定裂缝走向的重要条件，天然裂缝和水力裂缝相交后会对水力裂缝的走势造成一定的影响，而射孔的施工会影响地应力的分布，其他的那些因素或多或少的影响着裂缝的延伸，裂缝形态是上述因素综合影响的结果。
通过对水力压裂裂缝形态的研究，对以后不同地层的压裂施工所形成的裂缝形态可以提前猜测，从而得到更有利于增产增注的裂缝形态。
[关键词]水力压裂；裂缝形态；天然因素；施工因素中图分类号：TE357.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X14-0314-01在目前的油田条件下，高含水、低渗透和稠油等不利条件都或多或少的存在于大局部的油水井中。
注水井增注和油气井增产的一项重要的技术措施就是水力压裂，而且这些问题都可以通过水力压裂来解决，在油气层内部形成足够长度的高导流能力的填砂裂缝就是水力压裂的目标所在，使油气水在裂缝中比拟畅快的流动，摩擦阻力也比拟小，以此来提高增产增注的效果。
而判断水力压裂的增产效果好与坏的主要依据就是水力压裂所形成的是水平裂缝还是垂直裂缝，所以研究和判断水力压裂裂缝的有效方法是十分重要的，然而只有了解了裂缝形态所形成的影响因素，才能更好的判断和解释裂缝的形态。
1、天然因素对水力压裂裂缝形态的影响地应力一般分为三个主应力，这三个主应力与水力压裂施工所需要的破裂压力以及裂缝破裂的方向都是直接相关的，水力裂缝发生和延伸的平面一般是与最小主应力相垂直的平面。
如果压裂裂缝是垂直的，那么水平主应力为最小值；当最小值是垂向主应力时，人工水力裂缝将扩展为水平缝。
水力裂缝总是沿着阻力最小的方向发生及扩展，也就是说在垂直于最小主应力的平面上产生和延伸。
天然裂缝开度的分形特征
天然裂缝开度的分形特征
天然裂缝的开度具有分形特征，这是因为天然裂缝的形态在不
同尺度上都具有类似的几何特征。
分形是一种几何形态，其特点是
在不同尺度上具有相似的形态特征。
天然裂缝的开度在不同尺度上
都呈现出类似的形态，这意味着无论是在微观尺度还是宏观尺度上
观察，裂缝的形态都具有相似的几何特征。
从微观尺度来看，天然裂缝的开度可能呈现出复杂的分支结构，这些分支结构在不同尺度上都具有相似的形态，这符合分形的定义。
而在宏观尺度上，裂缝的整体形态也可能呈现出类似的分形特征，
即使在不同地质环境下，裂缝的形态也可能具有相似的分形特征。
此外，天然裂缝的开度分布通常也符合分形分布，即其开度在
不同尺度上的分布形态呈现出类似的特征。
这种分形特征使得天然
裂缝的形态具有自相似性，即不论观察裂缝的整体形态还是局部细节，都能够看到类似的形态特征。
总的来说，天然裂缝的开度具有分形特征，这种分形特征使得
裂缝的形态在不同尺度上都具有类似的几何特征，这对于理解裂缝
的形成机制以及地质构造具有重要意义。
煤层压裂水力裂缝与天然裂缝相互作用行为分析
煤层压裂水力裂缝与天然裂缝相互作用行为分析作者：张鹏吴百烈韩延飞来源：《山东工业技术》2015年第04期摘要：基于实地挖掘观察煤岩压裂后裂缝形态特征，通过理论推导方式研究了煤岩压裂水力裂缝与天然裂缝相互作用行为。
分析了水力裂缝遭遇天然裂缝后的扩展过程，采用岩石力学、线弹性断裂力学理论，推导了水力裂缝遭遇天然裂缝扩展行为判定判据，该准则可用于煤层压裂模型中，模拟水力裂缝扩展，解释煤层压裂复杂裂缝形成原因。
关键词：煤层压裂；水力裂缝；天然裂缝；裂缝形态；判据；复杂裂缝研究煤层水力裂缝与天然裂缝相互作用行为，是正确表征压后裂缝形态的重要基础，对提高煤层压裂设计的准确性具有重要作用。
本文首先分析水力裂缝遭遇到天然裂缝后的扩展过程，随后基于岩石力学、线弹性岩石断裂力学理论，推导了不同扩展行为判别准则，研究了水力裂缝对天然裂缝存在状态影响。
研究成果对于认识煤层压裂复杂裂缝形成机理具有一定作用。
1 水力裂缝扩展过程在水力裂缝与天然裂缝遭遇之前，当两者相距较远时，天然裂缝对水力裂缝扩展的影响很小，水力裂缝沿最大主应力方向扩展；而当水力裂缝与天然裂缝相距很近甚至遭遇时，天然裂缝会对水力裂缝扩展带来影响。
概括来讲，遭遇天然裂缝后，水力裂缝可发生如下情况：（1）在遭遇天然裂缝前水力裂缝沿最大主应力方向扩展。
（2）水力裂缝遭遇到天然裂缝后，在起初一段时间内天然裂缝对水力裂缝的扩展没有影响，水力裂缝径直穿过天然裂缝。
随着水力裂缝不断扩展，当缝内流体压力达到某临界值时，天然裂缝张开。
当扩展的天然裂缝继续扩展遭遇到其他天然裂缝时，新的最优方位的天然裂缝可能会开启并扩展，水力裂缝穿过天然裂缝后继续扩展，同时天然裂缝开启并扩展，两者共同作用即形成复杂裂缝网络系统。
2 水力裂缝扩展行为判定准则天然裂缝与煤层气储藏岩石力学性质不同，实际上它可以看作为一个弱面，图1显示了水力裂缝缝尖端及天然裂缝壁面受力情况。
图中蓝色代表水力裂缝，红色代表天然裂缝，远场最大地应力为，最小水平主应力为，规定拉应力为正压应力为负。
水力压裂二维模型综述
一、 PK 模型在PK 模型垂直性裂缝如(图4.4）的扩展有如下假设：（1） 裂缝有一个固定高度，与缝长无关。
（2） 与裂缝扩展方向垂直的横截面中的液体压力P 为常数。
（3） 垂直平面存在有岩石的刚度，它抵抗在压力P 作用下产生的形变。
换句话说，每一个垂直截面独立变形，不受邻近截面的妨碍。
（4） 由此，在这些横截面中，方程4.3将缝高f h ，液体压力P 和该点的裂缝宽度联系起来。
这些横截面为一个椭圆形，其中心最大宽度为，()()()1,f H h p w x t Gνσ--=（4.13）（5） 用在一个狭窄的椭圆形流动通道中的流动阻力来确定裂缝扩展方向或x 方向的液体压力梯度，对于牛顿流情况()364H fp q x w h σμπ∂-=-∂ （4.14） （6） 在没有特殊理由时，缝内流体压力在趋向缝端视逐步下降，以至于在X=L时P=H σ.最初始的理论忽略裂缝宽度增长对流量的影响，即，在没有液体滤失时有如下假设0qx∂=∂Nordgren 修改了裂缝宽度增长对流量的影响，修改后的连续性方程如下：4f h qw x tπ∂∂=-∂∂ （4.15） 通过（4.15）从方程（4.13）消去()H p σ-=p ∆一项，得到关于(),w x t 的非线性偏微分方程，()2220641f G w wh x t νμ∂∂-=-∂∂ （4.16）满足初始条件： 当t=0时，(),0w x =0 边界条件：()x L t > (),0w x t = 对于单翼裂缝 ()00,q t q = 对于双翼裂缝 ()010,2q t q =裂缝形状为, ()()()1/4,0,1/w x t w t x L =- 裂缝体积为，()00,5f V Lh w t q t π==二、GDK 模型对于一个垂直的矩形裂缝扩展模型，（图4.5）与PK 理论有些相似图4.5 根据Geertsma 和de Klerk 结果所作层流时裂缝线性扩展示意图此模型有如下假设： （1）假设缝高依然是固定的。
天然裂缝对煤层水力压裂裂缝扩展的影响
天然裂缝对煤层水力压裂裂缝扩展的影响宋晨鹏;卢义玉;夏彬伟;胡科【摘要】煤层井下水力压裂过程中,天然裂缝会对水压裂缝的扩展产生重要影响,通过建立水压压裂裂缝遇天然裂缝二维模型,采用理论分析结合数值模拟的方法,对裂缝扩展规律及天然裂缝破坏机理进行研究.研究表明:扩展中主裂缝与天然裂缝的相交角度、水平主应力差及天然裂缝的发育程度是影响扩展方向的主要因素.在低主应力差、低相交角的条件下,压裂裂缝趋于沿天然裂缝发生剪切破坏扩展;在高应力差和高相交角情况下,压裂裂缝易直接穿过天然裂缝扩展.当天然裂缝尺寸较长,压裂裂缝易沿天然裂缝扩展,而小尺寸的天然裂缝对裂缝扩展影响不大.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(035)005【总页数】5页(P756-760)【关键词】水力压裂;煤层;天然裂缝;水平主应力差;相交角;裂缝尺寸【作者】宋晨鹏;卢义玉;夏彬伟;胡科【作者单位】重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室,重庆400030【正文语种】中文【中图分类】TE357.11随着煤矿开采深度的不断增加，煤层透气性越来越低，如何大幅度提高煤层透气性是实现瓦斯井下高效抽采和煤炭安全开采的关键．水力压裂作为一种适用于低透气性油气储层抽采的成熟技术，近年来被应用于井下煤层瓦斯抽采．但由于煤系地层的非均质性，主要表现在煤层中存在的天然裂缝会对裂缝扩展产生干扰，造成裂缝扩展无序及压裂增透范围有限．国内外一些基于油气地层的研究表明，天然裂缝的存在会对水力压裂裂缝的扩展产生重要影响．Daneshy［1］研究认为，中等和大型的天然裂缝会在水压的作用下发生膨胀，造成流体大量流失到天然裂缝中．Blanton［2－3］的实验发现，压裂裂缝与天然裂隙之间的逼近角度和水平主应力差是影响压裂裂缝走向的主要因素．Murphy［4］和Warpinski等［5］研究认为，压裂裂缝与天然裂缝发生干扰时，天然裂缝容易发生剪切破坏．周健等［6－7］对裂缝性储层水力压裂的研究表明，由于在裂缝性储层天然裂缝完全发育，会对水力裂缝的扩展产生重要影响．本文通过对裂缝破坏和扩展机理的研究，揭示天然裂缝作用下的水力压裂裂缝扩展规律，为后期优化现场压裂钻孔布置、尽可能减小天然裂缝对裂缝扩展的干扰、有效提高压裂增透范围提供理论支撑．1 水力压裂裂缝遇天然裂缝模型根据压裂裂缝扩展的相关理论，煤岩体起裂后裂缝扩展的主延伸方向最终沿垂直于最小水平主应力方向扩展，当水力压裂裂缝在沿最大水平主应力方向扩展时，与一条天然裂缝相交，现将实际模型进行简化，如图1所示．图1 压裂裂缝延伸遇天然裂缝模型Fig.1 The model of hydraulic fractureintersecting natural fracture图1中，θ为压裂裂缝与天然裂缝的相交角，σ1和σ3分别为最大水平主应力和最小水平主应力．当在水压作用下，压裂裂缝尖端与天然裂缝贯通，裂缝沿着哪个方向延伸，将可能出现两种情况［8］，如图2 所示．1)延伸裂缝与天然裂缝相交后，天然裂缝未在水压作用下发生膨胀，裂缝直接穿过天然裂缝，继续沿最大水平主应力方向扩展．2)延伸裂缝与天然裂缝相交后，天然裂缝在水压作用下由闭合状态发生膨胀，裂缝沿天然裂缝方向延伸，并在延伸过程中逐渐转向，继续沿最大水平主应力方向延伸．图2 压裂裂缝的两种扩展方式Fig.2 Two modes of hydraulic fracture propagation2 裂缝扩展机理研究2.1 直接穿过天然裂缝扩展机理当压裂裂缝与天然裂缝相交，若裂缝延伸尖端的流体压力小于天然裂缝面上的正应力σn，天然裂缝将不会发生膨胀，压裂裂缝将直接穿过天然裂缝，沿最大水平主应力方向延伸．此时压裂裂缝内流体压力表示为式中:p为压裂裂缝内的水压;σt为沿天然裂缝方向的剪切应力;T0为煤体的抗拉强度．当压裂裂缝与天然裂缝贯通后，剪切应力σt将不仅仅与水平主应力、相交角有关，其还将受裂缝发育程度的影响．随着裂缝发育程度的增加，在水压作用下，摩擦滑移趋势增强，裂缝更趋于沿天然裂缝发生滑移扩展，根据Blanton的研究结果，式(1)中的剪切应力σt表示为其中:σ1和σ3分别为最大水平主应力和最小水平主应力;θ为两条裂缝的相交角;a 为天然裂缝相对滑移长度;l为天然裂缝长度;Kf为天然裂缝面的摩擦系数．将式(2)带入到式(1)并整理，可判断裂缝是否直接穿过天然裂缝:当满足式(3)时，裂缝即直接穿过天然裂缝沿原有方向扩展．2.2 沿天然裂缝扩展机理当压裂裂缝与天然裂缝相交，裂缝延伸尖端的流体压力p大于天然裂缝面上的正应力σn时，天然裂缝便会张开．即判断天然裂缝张开的临界状态表示为在天然裂缝张开发生膨胀，流体压力在下降一段时间后继续增加，随着天然裂缝内水压的持续增加，天然裂缝将发生破坏继续延伸．关于压裂中天然裂缝破坏的研究，Warpinski和Teufel研究认为，压裂裂缝与天然裂缝发生干扰时，天然裂缝容易发生剪切破坏．因此，采用Mohr－Coulomb 强度准则，剪切应力和正应力作用于天然裂缝平面的方程为式中，c为煤体的黏聚力．即当天然裂缝将产生剪切破坏，并假定裂缝的变形破坏为线弹性行为，根据二维线弹性理论［9］，天然裂缝面的剪切应力σt和正应力σn表示为由裂缝扩展理论［10］得知，Griffith线性裂缝扩展所需流体压力最小，假设裂缝的形状为Griffith裂缝，则裂缝尖端水压p表示为式中:E为材料的弹性模量;γ为材料单位面积上的表面能;L为Griffith裂缝的半长;v 为材料的泊松比．将式(7)～式(9)带入到式(6)整理得由式(10)可知，当压裂裂缝与天然裂缝相遇后，决定是否沿天然裂缝延伸的影响因素除煤体自身力学特性外，主要与水平主应力差、裂缝相交角及天然裂缝的发育程度有关．当在低主应力差、低相交角或是天然裂缝长度较长的条件下，压裂裂缝易沿天然裂缝剪切破坏延伸．3 数值模拟研究3.1 水平主应力差和相交角的影响采用岩石破裂失稳的渗流应力耦合分析系统RFPA2D—Flow［11］，对压裂过程中水平主应力差和裂缝相交角对裂缝扩展的影响进行研究．建立10 m×10 m的矩形区域，划分300×300=90 000个单元．开挖一长轴为2.0 m，短轴为0.2 m的椭圆，表示扩展中的裂缝，椭圆右侧预设一条长度为1.0 m的闭合天然裂缝［12］，如图3所示．图3 压裂裂缝延伸遇天然裂缝模型Fig.3 The model of hydraulic fracture intersecting natural fracture将模型的水平主应力以位移边界条件的方式施加于模型的两边，由于裂缝扩展的主延伸方向垂直于最小水平主应力方向，故在左右两侧加载最大水平主应力σ1，上下方向加载最小水平主应力σ3．注入水压作用于扩展中裂缝内部边缘，水压以0.1 MPa的步长递增．初始水压视各模型的初始边界条件而定．共进行12组模拟，水平主应力差和相交角的参数见表1，煤体力学参数见表2．模拟结果如图4所示，在相交角θ=30°的1～4组模拟中，延伸中的裂缝趋于沿预设天然裂缝尖端起裂，并随着主应力差的增加，在尖端起裂后的扩展路径由沿天然裂缝方向扩展转向沿最大主应力方向扩展．当主应力差增大到9 MPa的第4组模拟中，短暂出现了压裂裂缝直接穿过天然裂缝扩展，说明随着主应力差的增大，水力压裂裂缝趋向直接穿过天然裂缝扩展．在θ=60°和90°的8组模拟中，随着主应力差的增加，延伸裂缝从天然裂缝尖端扩展趋于直接穿过天然裂缝扩展．表1 水平主应力差和相交角参数Table 1 The parameters of the horizontal differential principal stress and angle of interaction1 15 12 30 3 2 15 10 30 5 3 15 8 30 7 4 15 6 30 9 5 15 12 60 3 6 15 10 60 5 7 15 8 60 7 8 15 6 60 9 9 15 12 90 3 10 15 10 90 5 11 15 8 90 7 12 15 6 90 9表2 煤的力学参数Table 2 Mechanical parameters of coal均值度 3弹性模量/MPa 5 000内摩擦角/(°) 33抗压强度/MPa 15压拉比 17残余强度系数 0.1孔隙水压系数 0.6渗透系数/(m·d－1) 0.1泊松比 0.35孔隙率 4预设天然裂缝长度/m 1.0并且，在相同主应力差条件下，相交角越大，延伸中的裂缝越容易穿过天然裂缝沿原有方向扩展．图4 压裂裂缝扩展模拟结果Fig.4 The simulation results of hydraulic fracture propagation3.2 天然裂缝长度的影响根据2.2节的分析结果，天然裂缝尺寸大小会对裂缝扩展方向产生重要影响，根据图4中第6组和第7组的裂缝扩展情况，分别改变这两组天然裂缝的长度，考察其对裂缝扩展的影响，煤体力学参数同表2，天然裂缝长度与水平主应力差的组合见表3．表3 裂缝长度与水平主应力差Table 3 The sizes of fracture and the horizontal differential principal stress编号σ1/MPa σ3/MPa(σ1－σ3)/MPa 天然裂缝长度/m 14 15 10 5 0.5 15 15 8 7 2.0两组模拟结果如图5所示，并与图4中6，7组两组的裂缝扩展情况对比，在相同主应力差下，天然裂缝越长，压裂裂缝越易从天然裂缝尖端起裂扩展，而天然裂缝尺寸较小时，延伸裂缝趋于直接穿过天然裂缝扩展．图5 压裂裂缝扩展模拟结果Fig.5 The simulation results of hydraulic fracture propagation(a)—第14组;(b)—第15组．4 结论1)煤层中存在的天然裂缝会对压裂裂缝扩展产生重要的影响，其中压裂裂缝与天然裂隙之间的相交角度、水平主应力差及天然裂缝的发育情况是影响压裂裂缝走向的主要因素．2)在低主应力差、低相交角的条件下，压裂裂缝易沿天然裂缝尖端发生剪切破坏扩展．在高应力差和高相交角情况下，水力裂缝易直接穿过天然裂缝沿原有方向扩展．3)当天然裂缝尺寸较长，压裂裂缝易沿天然裂缝扩展，而小尺寸的天然裂缝对裂缝扩展影响不大．参考文献:［1］ Daneshy A．Hydraulic fracture propagation in the presence of planes of weakness［M］//Effective and Sustainable Hydraulic Fracturing．Amsterdam:Intech，1974:157 －182．［2］ Blanton T L．Propagation of hydraulically and dynamically induced fractures in naturallyfractured reservoirs［R］．Louisville:SPE 15261，1986:1 －15．［3］ Blanton T L．An experimental study of interaction between hydraulically induced and pre-existing fractures［R］．Pittsburgh:SPE 10847，1982:559 －562．［4］ Murphy H D，Fehler M C．Hydraulic 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页岩裂缝网络的几何特征二维表征及连通性分析
页岩裂缝网络的几何特征二维表征及连通性分析李玮;赵欢;李思琪;李立;孙文峰【摘要】节理、裂缝等弱结构面非常发育是页岩地层的基本结构特征,裂缝网络的有效沟通可以增大压裂改造体积,正确认识和描述裂缝网络形态及连通性对合理有效开发页岩油气藏具有十分重要的意义.为准确描述页岩天然裂缝网络几何特征二维表征及其连通性,以分形几何和拓扑几何为理论依据,建立了页岩裂缝组裂缝尺寸、裂缝数量的分形描述模型,给出了裂缝网络连通节点类型、分支数、裂缝平均连通点数和分支平均连通点数等的计算模型,并对裂缝网络连通性进行了二维模拟,分析了分形维数、裂缝组数和裂缝组交角对裂缝网络连通性的影响.研究发现:天然裂缝分布的数量与发育程度受分形维数、组数和初始数量控制,随分形维数增大而增大;在其他参数不变的条件下,裂缝平均连通性和分支平均连通性对分形维数、裂缝组数、裂缝组交角等参数敏感,随分形维数的增大呈现降低趋势,随裂缝组数增加而升高,随裂缝组交角增大而升高.该研究结果可为合理制定页岩储层开发方案提供理论支撑.%Joints,fractures and other weak structural planes can be identified as the fundamental structural features of shale formations.Since effective communication among fractural networks can effectively enhance fractured reservoir volume,the understanding and description of configurations and connectivity of fracture network are of great importance for high-efficiency development of shale oil/gas reservoirs.To obtain accurate representations of the the geometric features,2D characterization and connectivity of natural fracture networks in shale,the fractural geometry and topologic geometry are used as a theoretical foundation to construct a fractural description model for fractural sizesand quantity in shale.In this way,calculation models for fracture node type,number of branches,average connectivity of fractures can be established.In addition,2D simulations have been performed for fracture network connectivity to highlight impacts of fracture dimension,fracture groups and angles to connectivity of fracture network.Research results showed that the quantity and development of natural fractures are subject to fractural dimensions,groups and initial quantity.Generally speaking,natural fractures increase with an increase in fractal dimensions.With other parameters remain unchanged,the average connectivity of fractures and branches is sensitive to fractal dimensions,fracture groups,fracture angles and other parameters.The connectivity may decrease with the increase in fractal dimensions and may increase with the increase in groups and angles.Relevant research results may provide theoretical foundation programs making in shale reservoirs development.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】7页(P70-76)【关键词】页岩地层;天然裂缝;裂缝网络;网络连通性;分形几何【作者】李玮;赵欢;李思琪;李立;孙文峰【作者单位】东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;濮阳佰斯泰油气技术服务有限公司,河南濮阳457001;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TE348页岩地层中层理、裂缝等弱结构面十分发育，形成的复杂裂缝网络会直接影响地层的渗流能力，因此准确描述页岩地层中的裂缝网络对页岩油气开发至关重要[1-2]。
天然裂缝对压裂改造效果的影响
天然裂缝对压裂改造效果的影响林鹤;李德旗;周博宇;金其虎;郭锐;刘俊辰【期刊名称】《石油地球物理勘探》【年(卷),期】2018(053)0z2【摘要】断层和天然裂缝的发育对页岩气储层水力压裂改造效果影响很大.为了查清其影响,首先利用三维叠后地震资料曲率和相干属性识别天然裂缝,其次利用微地震监测定位结果和水力压裂施工数据,分析天然裂缝的活动性及其对压裂改造效果的影响.结果表明,活动性天然裂缝对水力压裂裂缝的几何形态和压裂施工造成不同程度的影响,而非活动性天然裂缝对水力压裂裂缝的展布形态以及施工并无明显影响.研究结果可以为后期水平井轨迹的优化和水力压裂施工参数的调整提供参考依据.【总页数】7页(P156-161,167)【作者】林鹤;李德旗;周博宇;金其虎;郭锐;刘俊辰【作者单位】东方地球物理公司新兴物探开发处,河北涿州072750;中国石油浙江油田分公司,浙江杭州310000;中国石油浙江油田分公司,浙江杭州310000;东方地球物理公司新兴物探开发处,河北涿州072750;东方地球物理公司新兴物探开发处,河北涿州072750;中国石油西南油气田分公司,四川成都610000【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.牛20断块天然裂缝分布对压裂裂缝特征的影响 [J], 邢正岩;陶国秀;陈光梅;刘峰;杨晶霞2.一深层砂砾岩体岩相及天然裂缝对压裂改造的影响 [J], 刘海宁;韩宏伟;李红梅;王惠勇3.天然裂缝影响下的复杂压裂裂缝网络模拟 [J], 赵金洲;李勇明;王松;江有适;张烈辉4.二维条件下天然裂缝对压裂裂缝影响的分形分析 [J], 李玮;闫铁5.天然裂缝对煤层水力压裂裂缝扩展的影响 [J], 宋晨鹏;卢义玉;夏彬伟;胡科因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
天然裂缝对水力压裂的影响研究
[收稿日期]2007-05-12 [作者简介]罗天雨(1971-),男,1996年大学毕业,博士,现在新疆石油管理局博士后流动站工作,主要从事油气层增产措施与技术的研究工作。
天然裂缝对水力压裂的影响研究罗天雨,王嘉淮 (新疆石油管理局采油工艺研究院,新疆克拉玛依834000)赵金洲 ( 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500)王玉斌 (新疆石油管理局采油工艺研究院,新疆克拉玛依834000)王继国 (新疆克拉玛依建业公司,新疆克拉玛依834000)[摘要]从裂缝的微观延伸出发,从理论上剖析了井壁附近天然微裂缝在裂缝连接、裂缝延伸方面的作用:在水力裂缝延伸沿程的天然裂缝会改变水力裂缝的传播方向,从而使裂缝的连接性能变差,产生多条水力裂缝;在射孔边缘的天然裂缝,虽然在方位上对裂缝连接极为不利,但仍可能成为水力压裂裂缝的最初通道,直接改变裂缝的延伸方向,使得裂缝自然连接的过程变缓或失败。
应对措施,一是加入细陶或微陶,封堵部分狭窄裂缝,兼降滤作用;二是在前置液中加入柴油,降低滤失;三是缩小射孔段的长度,减少裂缝的起裂点。
[关键词]多裂缝;天然裂缝;水力压裂;裂缝变向作用;射孔段长度[中图分类号]T E357 1[文献标识码]A [文章编号]1000-9752(2007)05-0141-02新疆油田的石炭系地层,岩性致密,渗透率低,发育有斜交缝或网状缝,这些缝处于充填-半充填-无充填等状态,在水力压裂改造过程中容易开启,在裂缝延伸相交的过程中扮演着重要的角色,容易造成多条几乎重叠的由天然裂缝与水力裂缝相互交织的多条裂缝,对水力压裂改造产生不利的影响。
如何理解天然裂缝在水力压裂过程中的作用,对多裂缝的形成、裂缝的连接有着重要影响。
从微观机理出发,天然裂缝在裂缝的连接延伸过程中所起到的作用主要分为两大类,一是水力裂缝延伸沿程遭遇天然裂缝时天然裂缝的作用;二是射孔孔眼遭遇天然裂缝时天然裂缝的作用。
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算净压力随时间的变化曲线
算缝长随时间的变化曲线
算缝宽随时间的变化曲线
由图 9 ～ 14 可知，在 PKN 模型中，压裂缝内净 ［6］ 姚飞，陈勉，吴晓东，等 . 天然裂缝性地层水力裂缝延
压力随时间的增大而增大，缝长增大，缝宽增大； 随 着分形维数的增大，压裂缝内净压力减小，缝长减 小，缝宽减小； 在 KGD 模型中，缝内净压力随时间的 增大而减小，缝长增大，缝宽增大； 随着分形维数的 增大，缝内净压力不受影响，缝长减小，缝宽减小。
（ 2） 天然裂缝对压裂缝的起裂、延伸的影响机 理需要进一步明确。天然裂缝的存在会打破井壁 围岩应力结构的完整性，使压裂的起裂压力大幅度 下降。天然裂缝增加了近井岩石结构的非均质性， 使压裂缝的延伸方向变得异常复杂。
2 天然裂缝系统分布特征的分形描述
大量研究表明［15 － 16］，地层断裂与裂缝的分布 具有相似性。用大尺寸的地层断裂和小尺寸的岩 心裂缝分维数值可以定量地描述储层中裂缝系统 的空间发育程度。
根据上述方法，可得到贝尔凹陷布达特群的贝
应用 VB. net ＆ OpenGL 编制软件对贝尔凹陷 布达特群裂缝进行三维模拟，可以得到近井附近天 然裂缝分布的三维规律，然后分析分形维数、组数 及裂缝初值对天然裂缝分布的影响。对近井区域 取水平截 面，可 获 得 天 然 裂 缝 分 布 的 二 维 迹 线 分 布，见图 3 ～ 5。
图 9 不同分维下 PKN 模型计算 图 10 不同分维下 PKN 模型计算 图 11 不同分维下 PKN 模型计算
净压力随时间的变化曲线
缝长随时间的变化曲线
缝宽随时间的变化曲线
70
特种油气藏
第 20 卷
图 12 不同分维下 KGD 模型计 图 13 不同分维下 KGD 模型计 图 14 不同分维下 KGD 模型计
裂缝系统分形维数测定的主要方法为网格覆 盖法。使用二维网格覆盖法可分析不同尺寸下的 二维天然裂缝分布。图 1 是通过大尺寸构造图来 分析断裂的分形特征，图 2 是通过岩心试样来确定
收稿日期： 20120522； 改回日期： 20120609 基金项目： 国家重大专项“碳酸盐岩、火成岩及酸性气藏高效安全钻完井技术”（ 2010zx05021 － 002） ； 国家自然科学基金“基于分形理论的裂缝性储层水力
4 裂缝的分形参数对孔隙度、渗透率的影 响
天然裂缝的孔隙度、渗透率是分析裂缝性储层 物性好坏的重要参数。天然裂缝的分形参数描述 了裂缝分布的发育程度，与孔隙度、渗透率存在一 定关系。根据天然裂缝的迹线分布、面密度和渗透 率公式可知（ 图 6、7） ，天然裂缝分布的孔隙度和渗
第1 期
李 玮等： 二维条件下天然裂缝对压裂裂缝影响的分形分析
引言
裂缝性储层在各大油田中都占有相当大的比 重，由于裂缝系统分布较复杂，裂缝性储层水力压 裂的数值分析方法很少［1 － 2］。同时，砂堵、多裂缝 延伸等复杂情况时有发生，裂缝性储层水力压裂施 工失败几率增多［3 － 6］。开展裂缝性储层的水力压 裂机理研究，无论是理论意义还是现场指导价值都 是十分巨大的。
是以平面应变条件为基础的 KGD 模型。PKN 模
型适 用 于 裂 缝 长 度 远 大 于 裂 缝 宽 度 的 情 况，而
KGD 模型适用于裂 缝 长 度 远 小 于 裂 缝 宽 度 的 情
况。
假定压裂裂缝为井轴对称，同时向 2 个相反的
方向等效生长。以二维单个裂缝延伸为基础，假设
压裂裂缝的几何形状不受天然裂缝的影响，天然裂
缝只影响压裂裂缝的延伸长度和宽度。如图 8 所
示，当前压裂施工的裂缝性地层中，存在着一系列
随机分布的天然裂缝。
图 6 不同分维系数下的裂缝孔隙度随尺度的变化关系
图 7 不同分维系数下的裂缝渗透率随尺度的变化关系
图 8 裂缝性储层压裂裂缝的扩展示意图
在上述假设条件下，应用 PKN 模型和 KGD 模 型分别分析分形参数对缝内净压力、缝长和缝宽的 影响，结果见图 9 ～ 14。
69
透率随着裂缝发育程度的变化呈正增长趋势，即裂 缝的孔隙度和渗透率参数都随着分形参数的增大 而增大； 在相同的分形维数下，天然裂缝分布的孔 隙度和渗透率随着尺度的增大而增大。
5 分形参数对压裂缝几何特征的影响
二维水力压裂数值分析的经典方法可分为 2 类： 一类是基于平面应变理论的 PKN 模型； 另一类
6结论
ics Abstracts，1988，25（ 16） ： 339 － 362. ［9］ 周维垣，杨若琼，尹建民，等 . 三维岩体构造网络生成
（ 1） 大尺寸断裂与小尺寸裂缝分布上具有相 似性，用盒维数的二维网格覆盖法可以定量地描述 储层中裂缝的空间发育程度。
（ 2） 天然裂缝分布的分形维数对天然裂缝的 孔隙度、渗透率影响明显。不同分形维数下，天然 裂缝分布的孔隙度和渗透率都随着分形维数的增 大呈指数增长趋势。在相同的分形维数下，天然裂 缝分布的孔隙度和渗透率随着尺度的增大而增大。
当前，国内外储层建模研究主要有等效连续模 型、离散模型及综合模型 3 种模型。等效连续模型 和离散模型是以模型中裂缝的表象为基础［7］。随 着对天然裂缝分布研究的深入，学者们开始探索三 维条件下岩体裂缝面的模拟技术，提出一系列新的 仿真理论［8 － 9］。冯增朝、赵阳升等［10 － 11］对岩体裂 缝面的三维分布及仿真进行了研究，开发了岩体平 面内裂缝数量分布的分形仿真软件，揭示了岩层裂 缝分布的相关规律。
压裂机理及三维动态模拟”（ 50974029） 作者简介： 李玮（ 1979 － ） ，男，副教授，2010 年毕业于东北石油大学油气井工程专业，获博士学位，现主要从事油气井工程及岩石力学方面的教学和研究工
作。
68 局部裂缝的分形特征。
特种油气藏
第 20 卷
30、贝 28 和贝 34 等 6 口井的天然裂缝的分形维数
图 1 B30 井断裂二维盒维数分析
并可得到大小尺寸裂缝分形维数之间的回归 关系式：
Db = － 0. 0236Dl2 + 0. 6476Dl + 0. 4346 （ 1） 式中： Db 为小尺度裂缝的分形维数； Dl 为大尺度裂 缝的分形维数。
3 天然裂缝分布的二维迹线分析
图 2 B30 井岩心裂缝的二维盒维数分析
DOI： 10. 3969 / j. issn. 1006 － 6535. 2013. 01. 017
二维条件下天然裂缝对压裂裂缝影响的分形分析
李 玮，闫 铁
（ 东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）
摘要： 由于天然裂缝系统分布十分复杂，造成裂缝性储层水力压裂施工砂堵、多裂缝延伸等复 杂情况时有发生，施工失败几率增多。从裂缝性储层压裂数值分析的难点入手，引入分形几何 理论系统分析断裂和裂缝分布的分形维数，建立大、小尺寸裂缝分形维数之间的回归关系式， 并编制可视化软件研究天然裂缝的二维迹线分布和分形参数对天然裂缝孔隙度及渗透率等参 数的影响，并在二维 PKN 和 KGD 模型的基础上分析了分形参数对压裂缝几何特征的影响规 律。研究结果表明： 大尺寸断裂与小尺寸裂缝在分布上具有相似性，天然裂缝分布的孔隙度 和渗透率随着裂缝发育程度的变化呈正增长趋势，PKN、KGD 模型计算的缝长、缝宽都随分形 维数的增大呈递减趋势。 关键词： 水力压裂； 分形维数； 天然裂缝； 压裂裂缝； 数值模拟 中图分类号： TE348 文献标识码： A 文章编号： 1006 － 6535（ 2013） 01 － 0067 － 04
参考文献：
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图 3 组数 1、维数 1. 6 时天然 裂缝的二维迹线分布
图 4 组数 2、维数 1. 6 时天然 图 5 组数 3、维数 1. 6 时裂缝的
裂缝的二维迹线分布
二维迹线分布
通过图 3 ～ 5 可知，虽然天然裂缝组分布有一 定的走向和倾角，但其位置随机，尺寸大小各异，整 体分布表现为杂乱无章； 天然裂缝分布的数量、发 育程度受 分 形 维 数 控 制，随 分 形 维 数 的 增 大 而 增 大； 对于多组天然裂缝，随着裂缝组数的增多，天然 裂缝分布越来越复杂，多组天然裂缝构成的裂缝系 统与地层中天然裂缝系统十分相似。
（ 表 1） 。
表 1 贝尔凹陷布达特群裂缝分布的分形维数
井号 B30 B28 B34 B16 B40 B38
大尺寸断裂分形维数 1. 5605 1. 7574 1. 5366 1. 5182 1. 5527 1. 7862
小尺寸裂缝分形维数 1. 7490 1. 6877 1. 6145 1. 5927 1. 5728 1. 7652
126. ［14］ 李玉喜，肖淑梅 . 储层天然裂缝与压裂裂缝关系分析
［J］. 特种油气藏，2000，7（ 3） ： 26 － 30. ［15］ 谢焱石，谭凯旋 . 断裂构造的分形研究及其地质应用
［3］Reugel J L，Pater C J，Sato K. Experimental hydraulic frac-
综上所述，近井天然裂缝的几何参数会影响压 裂裂缝的特征参数。由于分形参数是天然裂缝分 布特征的重要描述参数，天然裂缝的分形参数发生 变化，压裂裂缝的特征参数必将会受到影响。
伸物理模拟研究［J］. 石油钻采工艺，2008，30 （ 3） ： 83 － 86. ［7］ National Research Council. Rock fractures and fluid flow： contemporary understanding and applications［M］． Washington： National A － cademy Press，1996： 307 － 332. ［8］ Hart R，Cundall P A，Lemos J. Formulation of a three － dimensional distinct element model—Part II. Mechanical calculations for motion and interaction of a system composed of many polyhedral blocks ［J］. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science ＆ Geomechan-