不同构造部位地应力对压裂裂缝形态的控制
地应力的测井计算与标定方法
地应力的测井计算与标定方法赵军;杨福林【摘要】随着油气勘探开发的不断深入,地下油气储层的地应力分析也越来越受到重视.在油气勘探开发的过程中,诸如油气的运移、钻井过程中井壁的稳定性、采油过程的出砂、注水开发中的井网布置与调整、储层裂缝的发育状况等均与地应力有十分密切的关系.测井资料具有数据丰富、成本低、数据连续的优点,通过优选适当的模型,可以利用测井资料计算岩石的地应力大小.在利用测井资料计算地应力的基础上,根据Kaiser实验及现场水力压裂资料对计算的水平最大、最小主应力进行标定,建立了标定后的地应力计算模型.通过实际资料的计算与检验,证明了经刻度后的地应力模型更能真实反映实际地应力大小.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)017【总页数】5页(P42-46)【关键词】地应力;标定;测井;水力压裂;Kaiser实验【作者】赵军;杨福林【作者单位】西南石油大学地球科学与技术学院,成都610500;西南石油大学地球科学与技术学院,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE151目前地应力的获取方法主要有水力压裂法[1—3]、岩石声发射Kaiser效应法[4—7]、测井资料计算法[8，9]等。
利用水力压裂资料确定地应力的方法是目前现场确定地应力最直接、最可靠的方法之一；岩石声发射资料计算地应力的方法是目前实验室确定地应力的重要方法[4]。
这两种方法获取的地应力数值比较准确，能够反映地层的真实地应力大小:但这两种方法在实际地应力求取中存在共同的局限性，即不能得到全井段连续的地应力剖面且测试成本高、耗时长。
测井具有测量深度大、成本低、测量数据连续的特点，因而采用此方法能够得到随深度连续变化的地应力剖面；但是这种间接的计算方法获得的地应力与实际的地应力值相比误差较大精度偏低[8]。
综合分析此三种方法各自的优缺点，提出在利用测井资料计算地应力基础上采用Kaiser实验数据及水力压裂获得的地应力值对其进行标定，提高测井资料计算地应力的精度以满足实际应用的需要。
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。
水平井压裂裂缝起裂及延伸规律研究
(3)裂缝内流体流动压降方程:
（4）裂缝宽度方程:
9
3.水平井压裂裂缝延伸规律研究
(5)裂缝高度方程：
0
3.水平井压裂裂缝延伸规律研究
3.2 实例计算
名称 动态裂缝半长 (m) 动态裂缝上缝 高(m) 动态裂缝下缝 高(m) 最大缝宽(mm) 平均缝宽(mm) 动态裂缝总高 度(m)
改进计的算拟结三果比较二维(PKN) Fracpro_PT
维模型
模型
计算
102
324.3
96
28.91
20
35.73
26.63 0.565 0.366
20 1.35 1.209
39.16 0.931 0.517
55.54
40
74.99
1
汇报提纲
➢前 言 ➢水平井压裂裂缝起裂规律 ➢水平井压裂裂缝延伸规律
5
1.前 言
在不同的地应力状态和井筒方位下，水平井压裂形 成的裂缝形态也不同。
水
横向裂缝
平
井
纵向裂缝
压
裂 的
转向裂缝
裂
缝
扭曲裂缝
6
1.前 言
(1) 横向裂缝
横向裂缝是沿着垂直于井筒的方向起裂的裂缝，它一般产生在水平井井 筒水平段平行于最小主应力方向的水平井。 横向裂缝可以改善低渗透油层 渗流状况，有利于增加油层泄油面积。多条横向裂缝能大大提高采油速度， 并有利于提高采收率。其主要缺点是流体将聚集在裂缝中以向心流流入井底 ，这将导致裂缝中流动压降的增加。
6
2.水平井压裂裂缝起裂规律研究
水平井井筒应力分布模型的建立要考虑诸多因素：
压裂裂缝延伸控制技术
控制剂主要性能 承受压力：10—85Mpa
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技术特点
在地层可以形成滤饼―――很好的封堵率
所需的压力和封堵时间，可以通过应用量剂大小
在压裂液中可以完全溶解
内含含F表面活性剂，有利于返排
投入方法简单，不会给压裂工艺带来新的负担。
目前四页\总数三十二页\编于十八点
同粒径段塞理论依据
延伸方向接近于垂直最小主应力方向的裂缝的最容易开启，因此更容易被支撑剂填充。停泵等裂缝闭合后重新启泵，支撑剂填充多的裂缝由于导流能力高于其它裂缝，在重新开启时首先张开，而其它裂缝不会再张开，通过这种方式促进主裂缝的延伸，保证足够的缝宽。 由于该技术必须保证主裂缝的导流能力，因此必须采用较大粒径的支撑剂作为段塞。
控制机理
目前十五页\总数三十二页\编于十八点
编号
控制剂在压裂液中溶解性: 控制时间范围：1－4小时
目前十六页\总数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ十二页\编于十八点
电脑
平流泵
中间容器
填砂段
药剂
顶替液
天平
一级压力传感
二级压力传感
三级压力传感
目前三页\总数三十二页\编于十八点
停泵同粒径段塞技术
操作方式: 在主压裂前根据小型压裂的分析结果，设计一定砂比的支撑剂段塞去处理近井地带问题，停泵分析段塞进入地层后的曲线变化，根据结果决定是否进一步处理。
要解决的问题:多裂缝，弯曲摩阻,较高的岩石模量等造成的压裂施工困难 一般方法:提高前置液量、增大压裂液粘度、粉陶段塞技术等方法 停泵同粒径段塞: 是指与主压裂具有相同粒径段塞（20/40mesh）作为处理近井多裂缝，弯曲摩阻的主要手段。
目前七页\总数三十二页\编于十八点
压裂的质量控制措施
压裂的质量控制措施1、压裂质量控制目标、技术指标(1)生产时效：95%；(2)设备完好率:97%；(3)工程质量全优率:99. 5%；(4)施工一次合格率：100%；(5)资料全准率:99. 7%；(6)单项资料合格率:96. 0%；(7)单项资料全优率：96. 0%o(8) HSE目标管理100%o2、影响压裂施工质量因素1.1施工工艺因素采用下封隔器压裂工艺，一是为了保护油层套管，二是为了分层改造，三是既护套又分压。
其有利亦有弊，如果封隔器在井下出现问题，就会影响压裂效果。
2.2压裂液因素黏度高、流动性好、抗剪切而摩阻损失小、滤失小而携砂能力强的压裂液是决定压裂成败的关键。
2.3操作及设备因素压裂成功需要完好的设备条件和良好的操作素质来支持。
如果在施工中指挥控制仪表和线路出现问题，或混砂车、大泵车出现故障，就无法顺利的完成压裂施工。
3.4地层及地质因素地层和地质的物性是大自然所固有的客观因素，是人无法改变的客观事实。
要改造它首先要适应它。
4.5井内管柱因素压裂施工是高压作业，其所用的工具、用具、设施、配件等的质量是至关重要的。
压裂井口又是高压施工中的危险部位，其井口的“升高短节”更是最薄弱环节，它是采油树与井筒连接的“咽喉要道:2、压裂施工现场质量规范5.1车辆摆放a、按顺序进入井场，避免在井场内发生冲突,做到准确快速摆放。
b、混砂车的摆放要考虑加砂车的停放和混砂车进排出管线的连接。
c、仪表车的摆放要考虑对井口及施工场地的观察。
6.2压裂液和支撑剂的检查a、施工前压裂队要准确测量压裂液总量，并做好记录。
b、压裂液配制是否均匀，有无结块和漂浮物，并作记录。
c、压裂队负责目测检查压裂液、支撑剂量和类型，并作记录，同时观察支撑剂是否有杂质，是否潮湿或有结块。
如果有不合格应请示有关领导，并有指示记录。
7.3井口及施工管柱的检查a、施工前压裂队要查看井口类型，检查升高短节，绷绳及大螺栓是否上齐上紧，阀门是否齐全，开关灵活。
地应力对垂直裂缝高度的影响及缝高控制技术研究
地应力对垂直裂缝高度的影响及缝高控制技术研究摘要：地应力是影响垂直裂缝高度最重要的因素，理想的裂缝高度等于目的层的厚度，裂缝在垂向上过度延伸会带来很多不利影响。
在前人研究的基础上，总结了地应力与裂缝高度的关系、裂缝垂向过度延伸的影响、裂缝高度控制工艺技术，对压裂设计和现场施工具有一定的指导意义。
关键词：水力压裂；地应力；裂缝高度；缝高控制压裂自上世纪五十年代首次实施以来，在油气田勘探和开发过程中被广泛使用并日益发挥重要的作用。
压裂的目的是在地层中形成一条具有一定几何形态和导流能力的裂缝。
裂缝在地层中的张开与扩展主要受地应力场、流体场和温度场的控制。
地应力场对裂缝的形成和形态的影响尤为显著。
对于压裂改造形成垂直裂缝的井而言，人们希望裂缝高度能够控制在油气层内。
长期实践中发现，很多时候裂缝都会穿过目的层而进入邻近的隔层内。
影响裂缝高度的诸多因素中，地应力的影响尤为显著。
因此，深入研究地应力的分布、地应力对裂缝高度的影响和裂缝高度控制工艺技术有十分重要的意义。
一、地应力概述及分布规律1.地层应力及分布在地层中造缝，形成裂缝的条件与地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂液的性质及注入方式等密切相关。
一般情况下，地下岩石由于埋藏在地下深处，所以承受着很厚的上覆岩层的重力，而且又受到邻近岩石的挤压，地层中的岩石处于压应力状态，作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向主应力，及水平主应力，（如图1所示）。
垂向主应力即该深度以上覆盖地层所形成的压力，用以下公式计算：= gH式中—上覆岩层平均相对密度，g／cm3；g——重力加速度，m／s2；H——油层深度，m 。
水平应力一部分是由垂向应力诱导产生，如果水平应力仅由垂向应力诱导产生，那么在各个方向上应该相同。
水平应力的另一来源是构造应力，由于受构造运动等方面的影响，两个水平应力一般并不相等，根据其大小分别称为最大水平主应力和最小水平主应力。
埋藏在地下深处的岩石，具有弹性与脆性。
压裂施工质量控制
二、压裂设备及管柱
（5）压裂管柱
A、合层压裂管柱：
直咀子+封隔器+水力锚+油管
注意事项：
直嘴子位置不能低于射孔段顶界， 推荐位置为射孔段顶界以上10m， 封隔器位置与直咀子距离30-40m。
B、分层压裂管柱：
死堵+下封隔器+喷砂器+上封隔器+ 水力锚+油管
注意事项：
下封隔器位置不能低于射孔段底界 2m以上，应避开沉砂过多造成砂堵 喷砂器应与下封隔器直接相连。
二、压裂设备及管柱
YLC-1050型压裂车作业参数表
传动器挡位
3
4
5
总传动比
15.38
11.85
9.05
发动机额定转速，r/min 泵冲数，min-1 排量系数 泵排量，m3/min 最大工作压力，MPa 输出水功率，kW
1800 117 0.95 0.299 103 515
1800 152 0.95 0.389 84.8 552
压裂管汇使用注意事项：
压裂管汇在使用性能必须达到石油行业标准“压裂管汇” （SY5260-91）要求。 压裂施工前必须对地面高压管汇进行试压，按预测泵压的1.21.5倍试压45MPa,稳压5min不刺不漏，压力不降为合格。
二、压裂设备及管柱
3、压裂管柱
压裂管柱主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。目前井 下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。
压裂液主要类型压裂液主要类型三压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组压裂液性能要求压裂液性能要求主要性能要求实现方法添加剂代表性产品较强提高粘度密度增稠剂稳定性较好植物胶分子间交联形成网状结构交联剂硼砂有机硼较低提高粘度配伍性中和电荷减小液体间离子浓度差粘土稳定剂kclcop1返排性能cf5b残渣采用低残渣增稠剂降低增稠剂用量破乳性能减少油水乳化破乳剂be2破胶性能杀菌杀菌剂cog285压裂液基本性能一览表三压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组压裂液体系性能必须满足石油行业syt63762008压裂液通用技术条件规定的技术指标才能使用
压裂裂缝控制技术
（4）如裂缝发生转向，新裂缝与原来的裂缝不是同一条缝，观测到的裂缝高度也会有所差别。
（5）裂缝二翼分别存在不同的转向机制,如朝148-68井，东翼发生转向，西翼压出新缝。
2、对支撑剂铺置方向和对有效缝长的控制
原理
压裂裂缝控制剂能够促使支撑剂的铺置方向发生改变。在一定井网条件下，有效抑制单翼裂缝的过度延伸，实现支撑剂均匀分布在多裂缝中，完善整体单元内的注采关系。
二次破裂压力达到并稍高于一次破裂值，表明裂缝控制剂达到了改变两侧阻压值的目的.
井号
小层号
压裂井段
压裂次数
观测缝长m
有效缝长m
西翼
东翼
西翼
东翼
38-7
12
1143.6-1154.0
第一次
155
53.1
103.335.4来自第二次119.996.7
79.9
64.5
第一次压裂人工裂缝方位为NE152.6º，西翼有效缝长为103.3m，东翼有效缝长为35.4m。第二次压裂人工裂缝方位为NE152.2º，西翼有效缝长为79.9m，东翼有效缝长为64.5m。压后测试结果分析东翼有效缝长增长了为29.1m，相对应注采关系得到有效改善。
我公司生产的裂缝控制剂是在高温高压下通过交联反应以及物理法的势能活化得到的多元聚合物，是化学反应与物理势能相互催化的复合体。一次交联是在生产时完成物化反应，形成颗粒，在应用时，颗粒随液体进入炮眼和裂缝后，在压力差下获得势能并聚，形成高强度的滤饼。从而即具备颗粒性的高强度，又具备了交联型堵剂的高封堵率。该剂用量少，耐压差大，压后完全溶解无污染的特点。
储层天然裂缝与压裂裂缝关系分析_李玉喜
储层天然裂缝与压裂裂缝关系分析李玉喜 肖淑梅(大庆石油学院经管系) (大庆职工大学) 摘要 方法 运用构造物理分析方法,论述了储层中天然裂缝与压裂裂缝之间的关系。
目的 确定天然裂缝对人工压裂裂缝的影响。
结果 储层中不同天然裂缝组合及其与最大主应力间的相对方位,决定了压裂裂缝的方位和裂缝宽度等空间分布规律。
结论 天然裂缝在压裂时活动与否,主要取决于地应力差、岩石和天然裂缝的抗张强度及裂缝与最大主应力方向间的夹角等因素;在压裂造缝时要充分考虑现今应力场特征、岩石和天然裂缝的力学特征及其组合规律。
主题词 低渗透储集层 天然裂缝 压裂裂缝 抗张强度 地应力 分析引 言人工压裂造缝是提高低渗透油田产油率的重要手段之一。
在储层为均质体时,压裂裂缝的方向、形态受现今地应力场的特征控制[1]。
当储层有天然裂缝存在时,天然裂缝的抗张强度很低或为零,使得岩石的均一性受到破坏,这必然影响到压裂裂缝的产出特征。
本文在对裂缝性岩石压裂时一般破裂规律分析的基础上,阐述了储层中不同天然裂缝组合对压裂裂缝特征的影响。
裂缝性岩石压裂时一般破裂规律分析当岩石为均质体时(无限大平板),在与井壁平行(a=r,θ=0时)的最大主应力方向上,破裂压力与局部地应力、孔隙液压、岩石抗张强度等参数间的关系式为[1,2]:P f=3σ3-σ1-P p+S R(1)其中 a———井孔半径,m;P f———破裂压力,M Pa;P p———油层孔隙压力,M Pa;r———距井孔中心距离,m;S R———岩石抗张强度,M Pa;θ———任意径向方向与最大主应力间夹角; σ1、σ3———最大、最小主应力,M Pa。
在距井孔中心距离大于10a时,应力基本恢复为原地应力值[3]。
即井孔周围的应力异常只存在于井孔周围几米范围之内。
若远离井孔,在不考虑压裂液渗流所引起的应力改变且岩石为均质体时,则压裂裂缝延伸时主要受原地应力状态和地层的抗拉强度控制,并沿最大主应力方向延伸。
不同岩性地层水力压裂裂缝扩展规律的模拟实验
Ｊｎ ２０ ｕ ．０ ７
文 章编 号 ：６ ３５ ０ （０ ７ ０ －０ ３０ １７ —０５ ２０ ）３０６ －４
不 同岩性地层水 力压 裂裂缝 扩展规律 的模拟实验
赵益 忠 ，曲连 忠 ，王幸尊 程远 方 沈海超 ， ，
（． １ 中国石 油大学 石油工程 学院， 东 东营 ２ ７ ６ ； ． 山 ５０ １ ２ 华北石 油管理局 井下作 业公 司， 河北 任丘 ０ ２ ０ ） ６ ５０ 摘要： 利用真三轴模拟压 裂实 验系统对玄武岩 、 巨砾岩 、 泥灰岩岩 心进行 了水力压 裂裂缝起 裂及裂缝 扩展模拟 实验 ，
压力相 当 ； 泥灰岩抗拉强度较低 ， 分发 育有 天然 裂缝 ， 裂压力 较低 ， 缝起 裂后延 伸压 力 与最小 水平 地应力 相 部 破 裂
当。
关键词 ： 水力压裂 ；裂缝 扩展 ； 模拟 实验 ； 几何形态
中 图分 类 号 ：Ｅ３ ７ １ Ｔ ５ ． 文献标识码 ： Ａ
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｅ ｐ ｉｍ ｅ ｎ ｐｒ ｌ ｎｇ ｔｏ ａ ｏ ｄ ａ ｉ ｉ ｌ ｔｏ ｘ ｅ＇ ｉ ｎｔｏ ｏ ｏ ａ ｉ ｎ ｌ ｗ ｆｈｙ ｒ ｕ ｃ ｌ
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多薄层页岩压裂裂缝扩展规律
多薄层页岩压裂裂缝扩展规律多薄层页岩的压裂裂缝扩展规律：影响因素、作用机制与扩展模式在油气勘探和开发过程中，多薄层页岩作为一类特殊的储层，其压裂裂缝的扩展规律对于提高油气产量具有重要意义。
多薄层页岩的层理结构、初始地应力、压裂液粘度、起裂压力和裂缝角等因素都会对裂缝的扩展产生影响。
首先，层理结构是影响裂缝扩展的关键因素之一。
多薄层页岩的层理结构复杂，不同层理之间的倾角、间距和强度等参数都会影响裂缝的扩展方向。
在压裂过程中，裂缝常常会遇到不同层理，从而发生偏转。
裂缝的偏转程度取决于层理的内部倾角、间距和强度等参数。
在层理内部倾角较小的情况下，裂缝更容易沿层理方向扩展；而在倾角较大的情况下，裂缝则更容易穿过层理继续扩展。
其次，初始地应力也是影响裂缝扩展的重要因素之一。
在多薄层页岩中，由于各层之间的应力差异较大，因此裂缝的扩展方向会受到初始地应力的影响。
高应力差和较大的裂缝相交角情况下，水力裂缝更易穿越天然裂缝扩展；相反，低应力差或较小的裂缝相交角情况下，水力裂缝更易张开天然裂缝，沿天然裂缝路径继续扩展。
此外，压裂液的粘度也会对裂缝宽度产生明显影响。
随着压裂液粘度的增大，裂缝宽度逐渐变宽，但裂缝扩展速度会随之减小。
因此，选择合适的压裂液粘度对于控制裂缝宽度和扩展速度至关重要。
起裂压力也是影响多薄层页岩压裂效果的关键因素之一。
起裂压力主要受预制裂缝角和水平应力差的影响。
预制裂缝角和水平应力差越小，起裂压力越大。
预制裂缝角大于15。
时，裂缝偏转处的宽度可能会出现间断现象，这可能会影响支撑剂和压裂液的运输。
同时，当预制裂缝角越大、预制裂缝长度越短时,这种现象会更加明显,对储层产量的影响也会更大。
综上所述，多薄层页岩压裂裂缝扩展规律是一个复杂的过程，涉及多个因素的综合作用。
为了更好地了解和控制裂缝扩展，需要综合考虑这些因素，并进行相应的实验和模型研究。
只有这样，才能更加准确地预测和控制多薄层页岩压裂的效果，进一步提高油气田的产量和经济效益。
韩军昌-七元煤矿区煤层气井产量影响因素及优化建议
七元煤矿煤层气井产量影响因素及优化建议韩军昌徐文军李贵川王海侨（中联煤层气有限责任公司，北京100011）摘要：结合七元煤矿区域煤层气生产井的地质条件、工程实施及排采控制特征，分析影响该区块煤层气排采的因素。
结果表明构造复杂易造成直井压裂裂缝、水平井水平段等与断层沟通干扰排采；生产煤层渗透率低、解吸压力低是该区煤层气排采的不利条件；压裂施工应控制裂缝形态、水平井水平段施工应避开断层，避开区域灰岩含水层对煤层补给；合理控制流压降幅，减少停排，对扩大煤层气控制面积，提高单井产气量十分重要。
关键词：七元煤矿煤层气产量Qiyuan factors influencing coal mine of coalbed methane well production and optimization SuggestionsHAN junchangXU wenjunLIguichuanWANG haiqiao(China united coalbed methane co., LTD., Beijing 100011)Abstract:Combined with Qiyuan coal mining area geological conditions of the coalbed methane production Wells, projectimplementation and control characteristics, analyze the factors affecting the block high rank CBM. Results showed that the complex structure of the vertical well fracturing cracks, horizontal section and fault communication interference rank; Production of low permeability, low pressure desorption of coal seam is the high rank CBM this disadvantage; Fracturing construction should be controlled fracture morphology, horizontal segment construction should avoid fault, avoid area of limestone aquifer of coal supply; Reasonable control flow pressure drop, reduce stop row, to expand the coalbed methane control area, it is very important to improve the single well gas production. Keywords: seven yuan coal mine; coal bed methane; production引言煤层气在煤层中的赋存主要依赖于吸附作用[1-2]，煤储层既是生层又是储层，具有低渗、低压的特点[3-5]，影响煤层气井产量的主控因素为地质条件及排采控制[6]。
地应力对煤层气勘探与开发的影响
地应力对煤层气勘探与开发的影响逄思宇;贺小黑【摘要】地应力是指岩土体内一点固有的应力状态，煤层气是一种以吸附状态为主储存于煤层及其围岩中的非常规天然气。
我国煤层气勘探与开发还处于初级阶段，而地应力对煤层勘探与开发有十分显著的影响，其影响主要包括以下三个方面：①地应力对煤储层渗透性、储层压力的影响；②地应力对煤层气的吸附、解吸、扩散和渗流的影响。
地应力增加，储层压力增大，煤层吸附气体的量增多，但渗透率降低，给煤储层的排水、降压及煤层气的解吸、运移、产出造成一定困难；③地应力对天然裂缝目前在地下的附存状态及有效性，以及人工压裂裂缝的形态和延伸方向的影响等。
所以十分有必要系统论述地应力对煤层气勘探与开发的影响。
%The crustal stress is the state of stress of a point bears in the rock mass or soil body .Coal bed methane is a kind of unconventional gas resources that exist in the coal bed or its surrounding rock in the form of adsorptionstate .The coal bed methane exploration and developing is still at the primary stage in our country ,and the crustal stress has great influence on coal bed methane exploration and development ,and the influence mainly has three aspects as follows .Firstly ,the crustal stress has great influenceon permeability and pressure of coal reservoir .Secondly ,the crustal stress has great influence on adsorption , desorption ,diffusion ,and seepage of coal bed methane .When crustal stress increases ,the pressure and the amount of adsorbed gas increases ,but the permeability decreases ,andthis goes against drainage ,pressure lowering ,and thedesorption ,migration ,and production of coal bed methane .Thirdly ,thecrustal stress has great influence on the underground existence state and effectiveness of natural fractures at present ,and it also influences the shape and extension direction of hydraulic fracture .So ,it is very necessary to summarize the influence of the crustal stress on coal bed methane exploration and development .【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2014(000)0z2【总页数】5页(P173-177)【关键词】地应力;煤层气;渗透性;储层压力;解吸;裂缝【作者】逄思宇;贺小黑【作者单位】中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京100013;中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京100013【正文语种】中文【中图分类】TE12煤层气俗称煤矿瓦斯，是一种以吸附状态为主储存于煤层及其围岩中的非常规天然气,因呈吸附状态与煤共生伴生而有别于常规天然气。
地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响_唐书恒
第36卷第1期煤 炭 学 报V o.l 36 N o .1 2011年1月J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETYJan .2011文章编号:0253-9993(2011)01-0065-05地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响唐书恒1,朱宝存1,颜志丰2(1 中国地质大学(北京)能源学院,北京 100083;2 河北工程大学资源学院,河北邯郸 056038)摘 要:以晋城矿区西部3号煤层的地应力及煤岩的力学性质数据为基础,采用数值模拟方法求解了不同地应力条件下井壁处及天然裂缝缝端的破裂压力,分析了地应力对水力压裂起裂压力、起裂位置的影响。
研究发现:起裂压力和起裂位置不但与地应力方位有关,而且与地应力大小有关;随水平主应力差系数增大,天然裂缝与最大水平主应力间的夹角对破裂压力的影响程度增大。
对于晋城矿区西部3号煤层,当水平主应力差系数大于0 84时,易产生较为平直的水力主缝;小于0 47时,易于产生网状裂缝;在0 47~0 84时,起裂方位与天然裂缝的分布有关。
不同地区,用于判断起裂方位的水平主应力差系数不同。
关键词:地应力;煤层气井;水力压裂;天然裂缝;破裂压力;起裂方位中图分类号:TE357 1 文献标志码:A收稿日期:2010-06-23 责任编辑:韩晋平基金项目:国家科技重大专项课题(2008ZX05034-003);国家自然科学基金资助项目(40972108);国家863计划专题课题(2006AA 06Z235);长江学者和创新团队发展计划(IRT0864)作者简介:唐书恒(1965 ),男,河北正定人,教授。
T e:l 010-********,E -ma i :l t angsh @cugb edu cnE ffect of crustal stress on hydraulic fracturi ng in coalbed m ethane w ellsTANG Shu heng 1,ZHU Bao cun 1,YAN Zhi feng2(1 S chool o f En e rgy R esou rces ,China Un i versit y of G eoscie nces (Be i jing ),B eiji ng 100083,China;2 School of R esou rces ,H e bei Un i versit y of E ng ineeri ng,H andan 056038,Ch i na )Abst ract :The crusta l stress and m echan ics properties data fro m No 3coa l sea m in the w estern Ji n cheng m i n i n g area w ere ana l y zed .W ith a fi n ite e le m entm ethod ,the f o r m ation fracture pressure at bo reho le w alls and natural fracture tips under d ifferent conditi o ns o f crusta l stress w as ca lculated .The effect o f crusta l stress on i n itiation pressure and azi m uth w as ca lculated .Initiation pressure and azi m u t h are related w ith the m agn itude and direction of cr ustal stress .The i n fl u ence degree of the ang le bet w een a natural fracture and the m ax i m um horizontal princi p al stress on fracture pressure i n creases w ith i n creasi n g princ i p al stress difference coeffic ien.t In No 3coal sea m in the w estern Jincheng m ini n g are a ,hydrau lic m a i n fractures are easy to occur when the coefficient exceeds 0 84,net li k e fractures are easy to occur w hen t h e coeffic i e nt is less than 0 47,and i n itiation azi m uth is related w ith natural fracture distri b ution w hen the coef ficient is bet w een 0 47and 0 84.I n difference areas ,the coeffi c ient used to analyze t h e i n itiati o n azi m u t h is differ ence .K ey words :cr ustal stress ;coa l bed m ethane ;hydrau lic fracturi n g ;natural fractures ;fracture pressure ;i n iti a ti o n azi m uth 地应力条件不仅对于煤储层渗透性具有重要的影响[1-2],同时,地应力大小和方向也是控制煤层气井水力压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝形态的重要参数。
煤储层压裂裂缝发育的地质影响因素
另一方面，在煤层与顶底板之间存在一个弱面， 另一方面，在煤层与顶底板之间存在一个弱面，若弱面上下岩层 弱面 的力学性质存在明显的差异，则在层间形成明显的应力差， 的力学性质存在明显的差异，则在层间形成明显的应力差，且在弱面 附近造成一个明显的低应力区。 附近造成一个明显的低应力区。压裂裂缝垂向延伸至弱面时受应力阻 裂缝沿弱面处的低应力区水平延伸， 挡，导致裂缝沿弱面处的低应力区水平延伸，形成水平裂缝与垂直裂 导致裂缝沿弱面处的低应力区水平延伸 缝构成的组合裂缝， 形缝或“ 字形缝。 缝构成的组合裂缝，即“T”形缝或“工”字形缝。数值模拟和压裂实 形缝或 践也表明：煤储层压裂产生的裂缝比常规储层更为复杂， 践也表明：煤储层压裂产生的裂缝比常规储层更为复杂，可以形成 形缝或“ 字形缝。 “T”形缝或“工”字形缝。 形缝或 数值模拟表明，煤岩与顶底板力学性质的差异， 数值模拟表明，煤岩与顶底板力学性质的差异，使得煤层中更容 易产生以垂向主应力为主的地应力场。而且， 易产生以垂向主应力为主的地应力场。而且，煤岩与顶底板岩石弹性 模量差异越大，这种趋势越明显。因此， 模量差异越大，这种趋势越明显。因此，水力压裂时煤层中更容易产 生垂直缝。当煤层埋藏较浅时， 生垂直缝。当煤层埋藏较浅时，只要煤层与顶底板的弹性模量相差较 大，也会使垂向主应力大于最大水平主应力，产生垂直缝，煤储层水 也会使垂向主应力大于最大水平主应力，产生垂直缝， 力压裂实践也证明了这一点。 力压裂实践也证明了这一点。
裂缝研究方法在油田高含水期开发调整中的应用
裂缝研究方法在油田高含水期开发调整中的应用摘要：本文通过应用地应力和裂缝三种测试方法，研究濮城油田储层裂缝的分布特征，其成果在濮城油田沙三中6-10油藏部署加密调整井位、老井转注、平面注水动态调配和注采调整措施挖潜等方面得到较好的应用，油藏开发效果得到明显改善。
关键词：低渗油藏人工裂缝调整注水开发一、濮城油田沙三中6-10油藏开发地质概况沙三中6-10油藏位于濮城构造的东翼濮67断层的上升盘，为一受构造控制的半背斜构造油藏。
油藏含油面积6.8km2，有效厚度10.2m，地质储量342×104t，可采储量108×104t，标定采收率31.58%。
储层为砂岩与泥质岩的不等厚互层，厚约230m，砂泥岩互层，砂岩发育，韵律性强，成组性好，单层砂岩厚度一般2～5m，最厚可达10m。
物源来自东北方向，北部砂岩发育，厚度大，向南砂岩厚度变薄尖灭，变化趋势由北向南物性变差。
灰质、泥质含量高。
油藏埋深-3200～-3710m。
油藏为典型低孔低渗储层，孔隙度12.64%；空气渗透率2.3～5.2×10-3?m2。
濮67断层是控制油藏构造形态和油气聚集的主断层，走向NNE，倾向NWW，倾角250～600，活动期长，落差大，一般100～250m，延伸长约9Km。
储层特征为微裂缝+孔隙双重介质，原始裂缝较为发育。
进入注水开发后，油井一般进行压裂引效，水井采用高压注水（泵压30-35MPa），一般平均注水六个月后油井见效，初期平均单井日增产10-20t/d，但油井见效后即见水，且含水上升速度很快，一般年含水上升率为10-20%，造成油藏见效后很快进入高含水开发阶段。
二、濮城油田沙三中6-10油藏储层裂缝的分布特征1.油藏人工水力压裂的形成的裂缝总体方位为NNE，压裂裂缝为一条，一般以井点为中心呈东西两翼展布，裂缝长度最大460m，最小380m，平均为420m。
单翼缝长最大可达233m，最短180m，一般为180-220m左右，均为垂直裂缝。
地应力对裂隙的影响关系
最大、最小水平主应力随深度的变化
由上的表格所知，最大水平主应力随深度的增加而增大。
最小水平主
应力也是如此。
地应力与裂缝的关系
应力场在很大程度上影响着裂缝的形成、形态、渗透率和渗透率各向异性。
地层中最小主应力越大，破裂压力越大
华北地区水压破裂面方向随深度的变化
通过以上的数据分析，表明破裂面主方向为北方向。
不论均破裂面方位近似为北方向。
这说明着它们受着同一应力场的结果是近地表还是深度地层，它们的平
在不同的应力状态下，地应力与裂缝长度的关系
注：a为应力状态是z>x>y b为应力状态是x>z>y。
多薄层页岩压裂裂缝扩展规律
多薄层页岩压裂裂缝扩展规律
页岩压裂是一种常用的油气田开发技术，通过在页岩地层中注
入高压液体，使岩石产生裂缝，从而增加岩石的渗透性，促进油气
的产出。
裂缝扩展规律是指在页岩压裂过程中，裂缝的扩展情况及
其影响因素。
裂缝扩展规律受到多种因素的影响，包括地层性质、
压裂液性质、注入压力、注入速度等。
首先，地层性质对裂缝扩展规律有重要影响。
页岩的岩石力学
性质、孔隙结构、裂缝密度等都会影响裂缝的扩展情况。
不同类型
的页岩地层对压裂的响应也会有所不同。
其次，压裂液的性质对裂缝扩展规律也有影响。
压裂液的黏度、密度、流变特性等会影响裂缝的扩展速度和形态。
合理选择压裂液
的性质可以更好地控制裂缝的扩展。
注入压力和注入速度也是影响裂缝扩展规律的重要因素。
较高
的注入压力和速度可以促进裂缝的扩展，但过高的压力和速度也可
能导致裂缝失稳或者超出设计范围。
此外，裂缝扩展规律还受到地应力、岩石的断裂韧性、裂缝间
的相互作用等因素的影响。
这些因素的综合作用决定了裂缝扩展的规律。
总的来说，多薄层页岩压裂裂缝扩展规律是一个复杂的问题，需要综合考虑地层性质、压裂液性质、注入参数等多个因素。
只有充分理解裂缝扩展规律，合理设计压裂方案，才能取得良好的压裂效果，提高油气田的开发效率。
混凝土压裂标准
混凝土压裂标准一、前言混凝土压裂是一种常见的修补混凝土结构缺陷的方法，适用于混凝土结构的裂缝修补、加固和增强。
而混凝土压裂标准则是为了确保混凝土压裂工作的质量和安全而制定的一系列规范和要求。
本文将从混凝土压裂的分类、工作前准备、材料要求、设备要求、施工要求、验收标准等多个方面详细介绍混凝土压裂标准。
二、混凝土压裂分类混凝土压裂一般分为两种类型：单向压裂和双向压裂。
1. 单向压裂：指在混凝土结构的表面上，从一侧开始施加压力，通过压力分散和混凝土结构的弹性变形，将压力传递到混凝土结构内部，将混凝土结构的裂缝修补。
2. 双向压裂：指在混凝土结构的表面上，从两侧分别开始施加压力，通过压力分散和混凝土结构的弹性变形，将压力传递到混凝土结构内部，将混凝土结构的裂缝修补。
三、工作前准备在进行混凝土压裂工作前，需要做好以下准备工作：1. 对混凝土结构进行检查和评估，确定压裂的位置和方式。
2. 清理压裂位置周围的杂物和灰尘，确保压裂位置干燥、清洁。
3. 将压裂位置周围的裂缝打开，以便于压裂材料的渗透。
4. 将压裂位置周围的边缘削成45度角，以便于压裂材料的填充和固定。
5. 确定压裂材料和设备，准备好施工所需的工具和器材。
四、材料要求1. 压裂材料：常用的压裂材料有环氧树脂和聚氨酯，其质量应符合国家相关标准。
2. 填缝材料：填缝材料应与压裂材料相配合，常用的填缝材料有水泥砂浆、聚合物修补材料等。
3. 清洁剂：在进行混凝土压裂工作前，需要使用清洁剂将压裂位置周围的杂物和灰尘清理干净。
4. 粘结剂：在进行混凝土压裂工作时，需要使用粘结剂将压裂材料和填缝材料固定在混凝土结构上。
五、设备要求1. 压裂设备：常用的压裂设备有手动压裂器、液压压裂器、气动压裂器等，其型号和规格应符合国家相关标准。
2. 填缝设备：常用的填缝设备有手动填缝器、压力填缝器等，其型号和规格应符合国家相关标准。
3. 清洁设备：常用的清洁设备有高压水枪、吸尘器等，其型号和规格应符合国家相关标准。
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ｈ Ｈ θ ２ ｉ ２ Ｈ ｈ ４ ｉ ４ ｉ ｓ
２ ４ ２ σ σ ｒ ３ ｒ ４ ｒ ｈ ＋σ Ｈ Ｈ －σ ｈ ｉ ｉ ｉ ｏ ｓ ２ ， θ＋ｐ １－ ２ ＋ １＋ ４ － ２ ｃ ｉ －ｐ ｓ ２ ２ ｒ ｒ ｒ
式中，σ ，σ ，σ Ｐ ａ ；ｒ ；ｒ 为距井筒距 ｒ ｈ Ｈ 为径向有效主应力、最小和最大水平主应力， Ｍ ｉ为井筒半径， ｍ 离，ｍ ；θ 为井眼周围某点径向与最大水平主应力方向的夹角；σ Ｐ ａ ． θ 为切向有效主应力， Ｍ 压裂初始，裂缝首先在近井筒附近形成，因此在计算时可认为压裂裂缝距井筒距离与井筒半径近似相 等，即比值为 １ ；煤岩破裂时，其切向应力最小，此时 ｃ ｏ ｓ ２ ＝ １ ；煤岩破裂后，瞬时停泵，此时的压力等 θ 于井筒内液体压力与煤岩孔隙压力之差，以此可求出径向有效应力．煤岩受到的切向有效应力超过其拉伸
第 ３ ３卷第 ５期 ２ ０ ０ ８年 ５月
煤 炭 学 报 Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＣ Ｈ Ｉ Ｎ ＡＣ Ｏ Ａ ＬＳ Ｏ Ｃ Ｉ Ｅ Ｔ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３ Ｎ ｏ ． ５ Ｍ ａ ｙ ２ ０ ０ ８
文章编号： ０ ２ ５ ３－ ９ ９ ９ ３ （ ２ ０ ０ ８ ） ０ ５－ ０ ５ ０ ５－ ０ ４
Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ’ ｓ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅｉ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｉ ｃｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈ ｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｎ ｇａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｍ ｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｍ ａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄｂ ｙ ｃ ｏ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｄ ｉ ｄ ｎ ’ ｔ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ ．Ｉ ｎｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｓ ａ ｎ ｔ ｉ ｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄｓ ｙ ｎ ｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ｗ ｅ ｒ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｄａ ｎ ｄｏ ｖ ｅ ｒ ｌ ａ ｉ ｄ ，ｉ ｔ ｓ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｗ ａ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ，ｉ ｔ ｓ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅｗ ａ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎｔ ｈ ｅ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎＪ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｉ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｎｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎＱ ｉ ｎ ｓ ｈ ｕ ｉ ｂ ａ ｓ ｉ ｎ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｏ ｆｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ，ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅｔ ｈ ａ ｔｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅｔ ｈ ｅｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅｍ ｉ ｎ ｉ ｍ ａ ｌ ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅｍ ａ ｘ ｉ ｍ ａ ｌ ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｉ ｃ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｄ ；ｂ ｙｔ ｈ ｅｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｅｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅｄ ａ ｔ ａｗ ｅ ｒ ｅ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ，ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇｔ ｏｔ ｈ ｅｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ，ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｒ ａ ｃ ｋｉ ｎｔ ｈ ｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｉ ｃｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｉ ｔ ｓ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙｉ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ：ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ；ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ；ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｍ ｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 在煤层气井水力压裂施工设计中，地应力的大小和方向是其考虑的重要参数，其不仅控制着裂缝的方 位、倾角、高度、传导性，而且影响施工过程中压力的大小．谭成轩 拟、滑动最小二乘法等手段，提出构造应力面的概念
不同构造部位地应力对压裂裂缝形态的控制
倪小明１，王延斌１，接铭训２，刘国丰１
（ １ 中国矿业大学 （ 北京）资源与安全工程学院，北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ；２ 中联煤层气有限责任公司，北京 １ ０ ０ ０ １ １ ）
摘 要：针对压裂裂缝形态的传统方法主要根据煤岩性质进行判识，未考虑构造力对其控制作用 的影响，以沁水盆地中、南部的晋城矿区西部为例，以水力压裂施工中破裂压力、停泵压力等数 据为基础，结合水力压裂测量地应力原理，计算出不同构造部位水平最小、最大应力和垂直应 力；应用多元回归分析方法得出回归函数；根据回归函数确定出不同构造部位水平缝和垂直缝转 化的临界深度．与传统经验方法相比，判识的可靠度更高． 关键词：地应力；压裂；裂缝形态 中图分类号：Ｐ ６ １ ８ １ １ 文献标识码：Ａ
［ ２ ～ ４ ］ ［ １ ］
（ ２ ０ ０ ４ ） 等人曾利用有限元数值模
［ ５ ， ６ ］
，分析了最大水平主应力在空间的变化规律；岩 ；而晋城
［ ７ ］
石力学工作者以地应力、岩石力学参数为基础，建立了煤层埋深与裂缝形态之间的经验公式 矿区西部现场测试结果表明了用其经验公式判识裂缝形态的局限性
． 究其原因，背向斜在该区的交替
５ ０ ６
煤 炭 学 报
２ ０ ０ ８年第 ３ ３卷
１ 晋城矿区西部构造特征
晋城矿区位于沁水盆地东南部，以晋获断裂为界分为 东、西两部分，本次研究工作主要集中于矿区西部．矿区 西部主要有大宁 － 潘庄井田．该区地层倾角平缓，构造型 式以褶曲和断层为主，次级背斜和向斜交替出现，主要发 育有郑庄背斜、潘河向斜、柿沟背斜等．主采煤层有 ３号
图１ 潘庄 ３号煤底板标高趋势面
２ 地应力测量及计算
地 ｇ １ Ｔ ｈ ｅｔ ｒ ｅ ｎ ｄｍ ａ ｐａ ｂ ｏ ｕ ｔ Ｎ ｏ ３ｍ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎＰ ａ ｎ ｚ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ
叠置，使褶皱中和面上下煤层的应力、应变产生明显差异．为了研究晋城矿区西部褶皱不同部位煤储层的 应力椭球体的空间展布规律，本文以水力压裂现场施工数据为基础，对褶皱不同部位地应力对裂缝形态控 制性进行研究，以期对压裂施工设计提供理论指导．
－ － 收稿日期：２ ０ ０ ７ ０ ６ ２ ２ 责任编辑：毕永华 基金项目：教育部博士点科研基金资助项目 （ ２ ０ ０ ６ ０ ２ ９ ０ ０ ０ ３ ） 作者简介：倪小明 （ １ ９ ７ ９ —） ，男，山西临汾人，博士研究生．Ｔ ｅ ｌ ： ０ １ ０－ ６ ２ ３ ３ １ ５ ９ ２ ，Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｎ ｘ ｍ １ ９ ７ ９ ＠１ ２ ６ ｃ ｏ ｍ
８ ， ９ ］ ５号煤层 ［ ．３号煤层因其厚度大（ ６ｍ 左右） 、 煤层和 １
埋藏浅（ ２ ６ ６～ ６ ０ ０ｍ ） 、含气量高的特点而成为该区煤层气 开采的主要煤层．为了更清楚地了解该区 ３号煤层褶皱构 造对底板标高的影响，更好地选择控制点，根据勘探资料 绘制出研究区 ３号底板标高趋势 （ 图１ ） ．
岩芯试验包括古地磁定向、差应变分析、Ｋ ａ ｉ ｓ ｅ ｒ 效应试验等，其精度受到岩芯放置时间、试验环境条件等
１ ０ ］ 因素影响，精度不高 ［ ；根据测井资料或者井筒诱导裂缝可较准确地测量地应力方向，并计算出地应力
大小；而水力压裂法则通过测量岩石破裂，直接确定应力，测量精度最高．基于此，本文将介绍利用水力 压裂法测量地应力的基本原理及计算过程． ２ １ 测量原理 利用水力压裂法测量地应力，就是在固井射孔后，将煤储层上下用封隔器封隔起来，利用液体传压原 理，向煤储层中以大于煤层吸收能力的速度注入具有一定黏度的液体，使井筒周边压力升高，直至达到煤 层破裂压力；随着液体继续注入，裂缝不断延伸和扩展，当煤层压开后，瞬时停泵，得到瞬时停泵压力； 瞬时停泵后重新启泵，得到裂缝重张压力． 根据试验测得的破裂压力、 瞬时停泵压力等来计算地应力． ２ ２ 计算结果 根据研究区的特点，分别在构造向斜的核部、翼部陡峭部位、翼部 宽缓部位和次一级的背斜部位选取具有控制作用的点进行了实际测量， 以便了解整个研究区内的地应力展布，其计算基于以下假设和公式． 首先把煤层段看作平面上无限延伸的均质直板，且水力压裂初始裂 缝面垂直于煤层面．井筒煤岩应力状态如图 ２所示．根据弹性理论和岩