体积压裂复杂裂缝起裂与延伸基础理论研究
【压裂】体积压裂机理及3D动画演示
【压裂】体积压裂机理及3D动画演⽰体积压裂是指在⽔⼒压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩⽯产⽣剪切滑移，形成天然裂缝与⼈⼯裂缝相互交错的裂缝⽹络，从⽽增加改造体积，提⾼初始产量和最终采收率。
⼀、体积压裂机理体积压裂的作⽤机理：通过⽔⼒压裂对储层实施改造，在形成⼀条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩⽯产⽣剪切滑移，实现对天然裂缝、岩⽯层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次⽣裂缝，并在次⽣裂缝上继续分⽀形成⼆级次⽣裂缝，以此类推，形成天然裂缝与⼈⼯裂缝相互交错的裂缝⽹络。
从⽽将可以进⾏渗流的有效储层打碎，实现长、宽、⾼三维⽅向的全⾯改造，增⼤渗流⾯积及导流能⼒，提⾼初始产量和最终采收率。
体积压裂的提出，是基于体积改造这⼀全新的现代理论⽽提出。
体积改造理念的出现，颠覆了经典压裂理论，是现代压裂理论发展的基础。
常规压裂技术是建⽴在以线弹性断裂⼒学为基础的经典理论下的技术。
该技术的最⼤特点就是假设压裂⼈⼯裂缝起裂为张开型，且沿井筒射孔层段形成双翼对称裂缝。
以1条主裂缝实现对储层渗流能⼒的改善，主裂缝的垂向上仍然是基质向裂缝的“长距离”渗流，最⼤的缺点是垂向主裂缝的渗流能⼒未得到改善，主流通道⽆法改善储层的整体渗流能⼒。
后期的研究中尽管研究了裂缝的⾮平⾯扩展，但也仅限于多裂缝、弯曲裂缝、T 型缝等复杂裂缝的分析与表征，但理论上未有突破。
⽽“体积改造”依据其定义，形成的是复杂的⽹状裂缝系统，裂缝的起裂与扩展不简单是裂缝的张性破坏，⽽且还存在剪切、滑移、错断等复杂的⼒学⾏为（图1-1所⽰）。
图1-1 体积压裂⽰意图⼆、体积压裂的地层条件（1）天然裂缝发育，且天然裂缝⽅位与最⼩主地应⼒⽅位⼀致。
在此情况下，压裂裂缝⽅位与天然裂缝⽅位垂直，容易形成相互交错的⽹络裂缝。
天然裂缝的开启所需要的净压⼒较岩⽯基质破裂压⼒低50%。
同样，有模型研究复杂天然裂缝与⼈⼯裂缝的关系，以及天然裂缝开启的应⼒变化等，建⽴了天然裂缝发育与扩展模型，研究表明，在体积改造中，天然裂缝系统会更容易先于基岩开启，原⽣和次⽣裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性，从⽽极⼤地增⼤改造体积。
水力压裂多裂缝基础理论研究
水力压裂多裂缝基础理论研究水力压裂技术是一种广泛应用于石油、天然气等矿产资源开采中的重要方法。
在水力压裂过程中，由于地层岩性的复杂性和压力传递的特殊性，往往会产生多裂缝现象。
多裂缝的生成、扩展和相互作用对采矿工程的稳定性和安全性具有重要影响，因此针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。
本文旨在深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，为相关工程实践提供理论支撑。
水力压裂多裂缝的基础理论主要涉及裂缝的产生原因、特征和影响等方面。
在采矿工程中，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。
裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，进而引发裂缝的扩展和相互作用。
多裂缝的特征主要表现在裂缝的数量、形态、大小和方向等方面。
裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。
多裂缝的影响主要表现在以下几个方面：多裂缝会导致地层中的压力重新分布，影响采矿工程的稳定性和安全性。
多裂缝会降低采矿效率，增加采矿成本。
多裂缝还可能引发地面塌陷等地质灾害。
因此，针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。
为了深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，本文设计了一系列实验研究。
实验过程中，我们采用了真实地层岩样和实际施工条件，通过模拟水力压裂过程，观察和记录了多裂缝的产生、扩展和相互作用情况。
同时，我们采用了岩石力学测试仪器和压力传感器等设备，对裂缝的数量、形态、大小和方向等特征进行了详细测量。
实验结果表明，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。
在采矿工程中，多裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，引发裂缝的扩展和相互作用。
多裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。
为了进一步验证水力压裂多裂缝基础理论的正确性，本文采用了数值模拟方法。
我们建立了水力压裂多裂缝的数值模型，该模型基于弹塑性力学理论，并考虑了地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性等因素。
《致密气藏体积压裂伤害机理实验研究》范文
《致密气藏体积压裂伤害机理实验研究》篇一一、引言随着油气资源的日益紧缺，致密气藏的开发成为了国内外研究的热点。
在致密气藏的开发过程中，体积压裂技术被广泛地应用，以提高气藏的采收率。
然而，体积压裂过程中可能对气藏造成伤害，影响其产能。
因此，本文旨在通过实验研究致密气藏体积压裂的伤害机理，为优化体积压裂技术提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用致密岩心、压裂液、支撑剂等材料。
其中，致密岩心取自某致密气藏，具有代表性的岩性特征。
2. 实验方法（1）制备致密岩心模型，模拟实际气藏条件；（2）进行体积压裂实验，记录压裂过程中的压力、流量等数据；（3）对压裂后的岩心进行物理、化学性质分析，观察其伤害程度；（4）通过对比实验数据，分析体积压裂对致密气藏的伤害机理。
三、实验结果与分析1. 压裂过程中的压力、流量变化在体积压裂过程中，随着压裂液的注入，岩心模型内的压力逐渐升高。
当压力达到一定值时，岩心开始出现裂缝。
随着裂缝的扩展和连通，压力逐渐稳定，流量也逐渐增大。
2. 岩心伤害程度分析（1）物理性质分析：通过对压裂后的岩心进行物性测试，发现其孔隙度、渗透率等有所降低，表明体积压裂对岩心造成了一定的伤害。
（2）化学性质分析：通过对比压裂前后岩心的化学成分，发现压裂液中的某些化学物质可能对岩心造成一定的化学伤害。
3. 伤害机理分析（1）物理伤害：体积压裂过程中，岩心受到较大的应力作用，导致其内部结构发生破坏，孔隙度、渗透率降低。
此外，支撑剂的加入也可能对岩心造成一定的物理伤害。
（2）化学伤害：压裂液中的某些化学物质可能与岩心中的矿物发生反应，导致岩心性质发生变化。
例如，某些酸性物质可能溶解岩心中的某些矿物，降低其稳定性。
四、结论通过实验研究，我们发现致密气藏体积压裂过程中存在物理和化学伤害机理。
物理伤害主要表现在岩心内部结构的破坏和孔隙度、渗透率的降低；化学伤害则主要由于压裂液中的化学物质与岩心中的矿物发生反应，导致岩心性质发生变化。
非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨
第 51 卷 第 4 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.4 2023 年 7 月PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES Jul., 2023doi:10.11911/syztjs.2023023引用格式：蒋廷学. 非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨[J]. 石油钻探技术，2023, 51（4）：184-191.JIANG Tingxue. Discussion on several key issues of the new-generation network fracturing technologies for unconventional reservoirs [J].Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(4)：184-191.非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨蒋廷学1,2,3（1. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室, 北京 102206；2. 中国石化页岩油气钻完井及压裂重点实验室, 北京 102206；3. 中石化石油工程技术研究院有限公司, 北京 102206）摘 要: 体积压裂技术是实现非常规油气藏高效开发的关键，围绕有效改造体积及单井控制EUR最大化的目标，密切割程度、加砂强度、暂堵级数及工艺参数不断强化，导致压裂作业综合成本越来越高。
为此，开展了新一代体积压裂技术（立体缝网压裂技术）的研究与试验，压裂工艺逐渐发展到“适度密切割、多尺度裂缝强加砂、多级双暂堵和全程穿层”模式。
为促进立体缝网压裂技术的发展与推广应用，对立体缝网的表征、压裂模式及参数界限的确定、“压裂–渗吸–增能–驱油”协同提高采收率的机制、一体化变黏度多功能压裂液的研制、石英砂替代陶粒的经济性分析及“设计–实施–后评估”循环迭代升级的闭环体系构建等关键问题进行了探讨，厘清了立体缝网压裂技术的概念、关键技术及提高采收率机理，对于非常规油气藏新一代压裂技术的快速发展、更好地满足非常规油气藏高效勘探开发需求，具有重要的借鉴和指导意义。
体积压裂裂缝分布扩展规律及压裂效果分析--以鄂尔多斯盆地苏53区块为例
体积压裂裂缝分布扩展规律及压裂效果分析--以鄂尔多斯盆地苏53区块为例郭鹏;姚磊华;任德生【摘要】The volume fracturing provides a new light for large-scale economic and effective development of tight sandstone gas reservoir.In order to analyze the fracture distribution and propagation laws during the volume fractu-ring, fluid-solid coupling models of the sandstone body were established with the RFPA-flow code based on the re-gional reservoir characteristics in Block Su53, Ordos basin and seepage-stress coupling theory.Then, the effects of guide fracture, natural fracture, and confining pressure on the fracture propagation were simulated with the pro-posed models during the volume paring volume fractured wells with common fractured wells and without fractured wells, technology advantages of volume fracturing show up.%体积压裂技术为致密砂岩气藏大规模经济有效开发提供了新的途径。
为了分析裂缝在体积改造中的分布和扩展规律，基于鄂尔多斯盆地苏53区块储层特征和渗流-应力耦合理论，采用RFPA-flow软件建立了储集层砂岩体的流固耦合模型，模拟分析了引导裂纹、天然裂缝、围压对体积压裂中裂缝扩展的影响。
体积压裂
提出及概念
作用机理
滑溜水压裂
应用
改造对象
数值模拟研究表明，储层改造的体积越大（以页岩气为例）， 压后增产效果越明显，储层改造体积与增产效果具有显著的正相 关性。
SRV=106ft3
1ft3=0.028m3 1ft=30.48cm=12in
提出及概念
作用机理
滑溜水压裂
应用
作用机理 • 体积压裂具体作用方式为： 通过压裂的方式对储层实施改造，在形成一条或者多条主 裂缝的同时，通过分段多簇射孔、高排量、大液量、低粘 液体、以及转向材料及技术的应用，使天然裂缝不断扩张 和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝、岩石层理的 沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生 裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推。让主裂缝 与多级次生裂缝交织形成裂缝网络系统，将可以进行渗流 的有效储层打碎，使裂缝壁面与储层基质的接触面积最大， 使得油气从任意方向的基质向裂缝的渗流距离最短，极大 的提高储层的整体渗透率，实现对储层在长、宽、高三维 方向的全面改造，提高初始产量和最终采收率。
提出及概念
作用机理
滑溜水压裂
应用
几种压裂概念
体积压裂stimulated reservoir volume 缝网压裂Fracture network 同步压裂synchronous fracturing 整体压裂integral fracturing
提出及概念
作用机理
滑溜水压裂
应用
同步压裂
– “分段多簇”射孔技术 – 快速可钻式桥塞工具 – 大型滑溜水压裂技术
•
提出及概念 作用机理 滑溜水压裂
应 用
SRV的应用
分段多簇射孔的特点是：一次装弹+电缆传输+液体输送+桥 塞脱离+分级引爆，每级分4～6 簇射孔，每簇长度0.46～ 0.77m，簇间距20～30m，孔密16～20孔/m，孔径13mm，相 位角60°或者180°
《致密气藏体积压裂伤害机理实验研究》
《致密气藏体积压裂伤害机理实验研究》篇一一、引言随着油气资源的日益紧缺，致密气藏的开发成为了国内外研究的热点。
在致密气藏开发过程中，体积压裂技术作为一种有效的开采方法，已得到了广泛的应用。
然而，在实施体积压裂的过程中，可能产生的伤害问题日益受到关注。
因此，对致密气藏体积压裂伤害机理的实验研究显得尤为重要。
本文旨在通过实验研究，深入探讨致密气藏体积压裂的伤害机理，为优化体积压裂技术提供理论依据。
二、实验目的与意义本实验旨在通过对致密气藏体积压裂过程的模拟与实验，深入研究体积压裂过程中的伤害机理，揭示致密气藏体积压裂对储层的影响，为优化体积压裂技术提供理论依据。
同时，本实验研究有助于提高致密气藏的开发效率，降低开发成本，对推动致密气藏的开发具有重要意义。
三、实验原理与方法1. 实验原理：本实验基于岩石力学、渗流力学、化学工程等原理，通过模拟致密气藏体积压裂过程，研究压裂过程中产生的伤害机理。
2. 实验方法：（1）选取具有代表性的致密气藏岩心样品；（2）对岩心样品进行物理性质和化学性质的测试；（3）模拟体积压裂过程，记录压裂过程中的压力、流量等数据；（4）对压裂后的岩心样品进行物理性质和化学性质的测试，分析压裂对岩心样品的影响；（5）结合实验数据，分析致密气藏体积压裂的伤害机理。
四、实验过程与结果分析1. 实验过程：（1）准备阶段：选取合适的岩心样品，进行物理性质和化学性质的测试；（2）模拟阶段：通过高压泵等设备模拟体积压裂过程；（3）测试阶段：对压裂前后的岩心样品进行物理性质和化学性质的测试；（4）数据分析阶段：结合实验数据，分析致密气藏体积压裂的伤害机理。
2. 结果分析：（1）通过对岩心样品进行物理性质和化学性质的测试，发现致密气藏的物理性质和化学性质对体积压裂过程具有重要影响；（2）在模拟体积压裂过程中，发现随着压力的增大，岩心样品的渗透率逐渐降低，表明体积压裂过程中存在伤害现象；（3）对压裂前后的岩心样品进行对比分析，发现体积压裂后岩心样品的孔隙度和含水率均有所降低，进一步证明了体积压裂对储层的伤害；（4）结合实验数据，发现体积压裂过程中可能存在的伤害机理包括：裂缝延伸过程中产生的岩心破碎、储层敏感矿物溶解导致的孔隙坍塌、水锁效应等。
体积压裂
体积压裂1体积压裂体积压裂是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。
1.1体积压裂机理体积压裂的作用机理：通过水力压裂对储层实施改造，在形成一条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络。
从而将可以进行渗流的有效储层打碎，实现长、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高初始产量和最终采收率。
1.2体积压裂的地层条件1)天然裂缝发育，且天然裂缝方位与最小主地应力方位一致。
在此情况下，压裂裂缝方位与天然裂缝方位垂直，容易形成相互交错的网络裂缝。
天然裂缝的开启所需要的净压力较岩石基质破裂压力低50%。
同样，有模型研究复杂天然裂缝与人工裂缝的关系，以及天然裂缝开启的应力变化等，建立了天然裂缝发育与扩展模型，研究表明，在体积改造中，天然裂缝系统会更容易先于基岩开启，原生和次生裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性，从而极大地增大改造体积。
2)岩石硅质含量高(大于35%)，脆性系数高。
岩石硅质(石英和长石)含量高，使得岩石在压裂过程中产生剪切破坏，不是形成单一裂缝，而是有利于形成复杂的网状缝，从而大幅度提高了裂缝体积。
3)敏感性不强，适合大型滑溜水压裂。
弱水敏地层，有利于提高压裂液用液规模，同时使用滑溜水压裂，滑溜水黏度低，可以进入天然裂缝中，迫使天然裂缝扩展到更大范围，大大扩大改造体积。
2太沙基有效应力原理太沙基（K. Terzaghi）早在1923年就提出了有效应力原理的基本概念，阐明了粒材料与连续固体材料在应力--应变关系上的重大区别，从而使土力学成为一门独立学科的重要标志。
σσ+μ=’式中σ为平面上法向总应力, kPa; σ′为平面上有效法向应力, kPa; μ为孔隙水压力, kPa。
泵送桥塞分段体积压裂技术的研究及现场应用
泵送桥塞分段体积压裂技术的研究及现场应用摘要：泵送桥塞是一种近年来发展的压裂改造新工具，在致密性油气藏中应用广泛。
致密性油气藏具有低孔、低渗、天然裂缝不发育等特征，完井方式通常以水平井完井为主。
在致密性水平井体积压裂改造中，泵送桥塞工艺有着很大的优势，其分隔、射孔一体技术满足了致密性油气藏水平井改造所需要的大排量、大液量等施工参数。
为该种油气藏的改造开发提供了一套完备的方式方法。
关键词：致密油泵送桥塞体积压裂水平井引言随着我国油气田勘探开发的深入，常规油气产量有逐步递减的趋势。
美国致密油的突破性进展给我国的致密性（低渗透）油气藏开发给予了重要启示。
我国油气勘探开发也将逐步向致密性油气藏方向发展。
2013年2月完钻的任密1H井是华北油田公司一口致密性油藏水平井。
其地质特点为储层岩性复杂，以泥质粉砂岩，砂岩为主。
储层低孔、低渗，天然裂缝不发育，总体属低孔、低渗致密油储层。
任密1H井多段改造提高裂缝长度，体积改造是该井获得突破的关键。
该井采用泵送桥塞，分段改造工艺，压裂过程中采取先进行酸化处理，后添加转向剂的体积压裂技术，实现体积改造最大化和低成本经济开发的目标，为国内致密性油气藏开发提供了可借鉴的成功案例。
一、泵送桥塞工艺1.泵送桥塞泵送桥塞是一种近年来发展的压裂改造新工具，在国外致密性油气藏中广泛应用，哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢、威德福等公司都有该工具的研发与使用。
尤其是在致密油气藏水平井压裂上具有很大优势，逐步替代了传统的封隔工具，为水平井压分层改造提供了更好的选择。
泵送桥塞工具主体由电缆、射孔枪、坐封工具、封隔器构成。
桥塞中心具有球碗结构，坐封完毕投球封堵，如图1所示。
泵送桥塞投放前预置在井口防喷管串内，开启井口后，尾部拖带电缆投入光套管。
当到达一定井斜位置，靠其自身重力无法克服外部阻力时，与地面泵车配合，采用泵送方式，泵送到设计位置，进行点火作业，炸药推动坐封工具内液压缸坐封，坐封后坐封工具与桥塞脱离。
页岩气压裂的几个关键问题与探索
页岩气压裂的几个关键问题与探索郭建春;路千里;何佑伟【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2022(42)8【摘要】页岩气体积压裂过程中,水力裂缝易沟通天然裂缝快速向前扩展并诱导地层沿裂缝面产生滑移,由此引发的井间压窜和套变问题已成为影响页岩气压裂安全高效施工的技术瓶颈。
此外,由天然裂缝窄缝宽引起的裂缝欠支撑问题导致裂缝流动能力变差,进而影响页岩气储层改造效果。
为此,针对页岩水力压裂中的井间压窜、套管变形和微裂缝支撑3个影响页岩气勘探开发和经济效益的关键问题,在大量文献调研基础上,结合理论与实验分析开展了机理研究:(1)在阐明压窜机理并分析主控因素的基础上,建立了基于机器学习的压窜干扰程度评价模型及预测方法,并依据井组缝网模型开展压窜控制措施评价,提出了缝端暂堵、老井关井等压窜防治工程措施;(2)基于应力分析建立了裂缝剪切滑移导致套变机理分析模型,通过分析压裂过程中与裂缝相交的套管受力变化,明确了天然裂缝流体压力升高是引发套变的主要因素,并从压裂施工和建井两个方面提出了套变防治方法;(3)结合颗粒运移模型和大型平板输送实验分析了微支撑剂的运移机理,通过导流能力实验证实了微支撑剂提高裂缝流动能力的有效性。
经现场应用表明:所提出的压窜和套变防治措施能够显著提高压窜恢复程度,降低套变率,采用微支撑剂可以大幅度提高页岩气压后产量,为深层页岩气的规模效益开发提供了技术支撑。
【总页数】14页(P148-161)【作者】郭建春;路千里;何佑伟【作者单位】“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学【正文语种】中文【中图分类】TE3【相关文献】1.页岩气压裂返排液处理技术探索及应用2.页岩气压裂液及其压裂技术的研究探析3.电动压裂泵在页岩气压裂作业中的应用4.自交联变黏压裂液性能评价及其在深层页岩气压裂中的应用5.川庆钻探全电驱压裂助力大足深层页岩气压裂时效创新高因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
体积压裂的原理和应用
体积压裂的原理和应用一、引言体积压裂（Volume Fracturing）是一种常用于岩石裂缝间隙的强制增大和扩展的工程技术。
它通过将高压液体注入岩层，迫使裂缝张开和扩展，从而提高油气储集层的渗透性，促进油气的流动和采收。
体积压裂已经成为油田开发的重要手段之一，本文将介绍体积压裂的原理和应用。
二、体积压裂的原理体积压裂是基于岩石力学原理和流体动力学原理的工程技术。
它的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 创建裂缝体积压裂首先需要通过注入高压液体来创建裂缝。
在注入过程中，液体通过高压泵将岩层内的裂缝张开和扩展。
这种高压注入的作用类似于在地下岩石中施加巨大的压力，从而使岩石发生破裂和裂缝。
2. 砂类介质注入在裂缝形成后，需要将砂类介质注入其中。
通过注入砂类介质，可以防止裂缝在压力释放后闭合。
砂类介质具有较高的颗粒度和流动性，可以在裂缝中填充，增加渗透性，促进油气的流动。
3. 压力释放在创建裂缝和注入砂类介质后，需要逐渐释放压力。
当压力释放时，裂缝中的砂类介质会保持裂缝张开状态，从而形成一条可供油气流动的通道。
三、体积压裂的应用体积压裂广泛应用于油气田开发中，其主要应用包括：1. 增加油气产量体积压裂可以通过扩大油气储集层中的裂缝和通道，增加储集层与井筒之间的渗透性，提高油气的产量。
通过体积压裂，可以使原本无法开采的低渗透性储层具备经济开发的潜力。
2. 增加油气储量体积压裂可以改善储集层的渗透性，提高油气的开采效率。
在一些含气或含油岩层中，由于岩石的裂缝狭小，无法有效采收储量。
通过体积压裂，可以扩大裂缝，提高岩石的渗透性，从而增加油气储量。
3. 增加注水效果体积压裂不仅可以应用于增加油气产量，还可以应用于改善注水效果。
在一些含水层的油田中，为了提高采油效果，需要通过注水来增加储层的压力。
通过体积压裂，可以增加注水井与储集层之间的渗透性，提高注水效果。
4. 油气储层评价体积压裂可以用于油气储层的评价。
通过对岩石进行体积压裂实验，可以评估岩石的裂缝发育程度、渗透性和强度等参数，为油田的勘探和开发提供重要的依据。
水平井压裂裂缝起裂与扩展
水平井压裂裂缝起裂与扩展引言：通过国内外研究人员实践表明：由于水平井具有单井产量高、穿透度大、泄油面积大、油气储量利用率高及能避开障碍与环境复杂的区域等特点。
对于低渗透油藏、薄差储层油藏、储量较小的边际油藏以及稠油油气藏等，水平井压裂是这类油藏最佳的开采方式。
最近一段时期，随着学者们的不断研究以及钻井完井等工艺技术水平的提高，水平井开发技术成为人们开发低渗透油田的研究重点并被广泛应用。
水平井与垂直井、普通定向井的裂缝起裂机理都有明显区别。
水平井自身存在复杂性与特殊性，钻遇地层环境比较复杂，水力裂缝在发生破裂时所需的起裂压力比垂直井的破裂压力高得多，通常会发生裂缝不张开，导致压裂失败。
深入研究水平井裂缝起裂机理，找出合理的起裂规律是水平井压裂施工成功前提保障。
第1章水平井井壁上的应力状态水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态。
一般认为：当井壁上出现有一个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时，井壁便开始破裂。
1.1 由于地应力所产生的井壁应力地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的。
一般可认为, 地应力中的一个主应力是垂直于地壳表面的,其余两个主应力则是水平的。
如果只考虑上覆地层载荷引起的重力作用(即不存在地质构造运动力)，且认为地下岩石处于纯弹性状态,可将初始的地应力分解为垂道方向的正主应力σz和两个相等的水平方向的正主应力σx入和σy。
式中h-底层的埋藏深度；ρ-上覆岩层的平均容重，其理论值可取。
00231kg/cm3;μ-岩石的泊松比。
在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力(水平应力) , 井且在通常的情况下三个原地主应力是不相等的。
设取压应力的符号为正, 拉应力为负, 三个主应力分别表示为σ1,σ2和σ3 (σ1>σ2>σ3>0) , 根据地质构造形成时的受力特点, 正断层、逆断层和平推断层发育的区域里, 三个主应力的方向是不相同的(图1)。
体积压裂 03
体积压裂体积压裂是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。
1.1 体积压裂机理体积压裂的作用机理：通过水力压裂对储层实施改造，在形成一条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络。
从而将可以进行渗流的有效储层打碎，实现长、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高初始产量和最终采收率。
体积压裂的提出，是基于体积改造这一全新的现代理论而提出。
体积改造理念的出现，颠覆了经典压裂理论，是现代压裂理论发展的基础。
常规压裂技术是建立在以线弹性断裂力学为基础的经典理论下的技术。
该技术的最大特点就是假设压裂人工裂缝起裂为张开型，且沿井筒射孔层段形成双翼对称裂缝。
以1条主裂缝实现对储层渗流能力的改善，主裂缝的垂向上仍然是基质向裂缝的“长距离”渗流，最大的缺点是垂向主裂缝的渗流能力未得到改善，主流通道无法改善储层的整体渗流能力。
后期的研究中尽管研究了裂缝的非平面扩展，但也仅限于多裂缝、弯曲裂缝、T 型缝等复杂裂缝的分析与表征，但理论上未有突破。
而“体积改造”依据其定义，形成的是复杂的网状裂缝系统，裂缝的起裂与扩展不简单是裂缝的张性破坏，而且还存在剪切、滑移、错断等复杂的力学行为（图1）。
1.2 体积压裂的地层条件1)天然裂缝发育，且天然裂缝方位与最小主地应力方位一致。
在此情况下，压裂裂缝方位与天然裂缝方位垂直，容易形成相互交错的网络裂缝。
天然裂缝的开启所需要的净压力较岩石基质破裂压力低50%。
同样，有模型研究复杂天然裂缝与人工裂缝的关系，以及天然裂缝开启的应力变化等，建立了天然裂缝发育与扩展模型，研究表明，在体积改造中，天然裂缝系统会更容易先于基岩开启，原生和次生裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性，从而极大地增大改造体积。
体积压裂形成复杂网络裂缝的影响因素
体积压裂体积压裂是在水力压裂的过程中，通过在主裂缝上形成多条分支缝或者沟通天然裂缝，最终形成不同于常规压裂的复杂裂缝网络，增加井筒与储集层接触体积，改善储集层的渗流特征及整体渗流能力，从而提高压裂增产效果和增产有效期。
其主要特点有以下几点。
(1) 复杂网络裂缝扩展形态常规压裂以形成双翼对称裂缝为目的，在致密油藏中垂直于裂缝面方向的基质渗流能力并未得到改善。
体积压裂的裂缝是在三维方向卜形成相互交错的网状裂缝或者树状裂缝，在缝网区域形成一定的改造体积，增大了泄油体积。
(2) 复杂渗流机理油气在复杂缝网中的渗流机理至今仍没有理想的研究成果。
文献[7」研究了页岩基质向复杂缝网中的渗流，考虑裂缝中达西流和基质中扩散流的双机理渗流以及压敏性对渗透率的影响，建立了天然裂缝发育的双重孔隙度模型，但求解用拟压力的方法进行了标准简化。
目前比较主流的观点是采用分形理论来精确刻画缝网内的渗流特性，利用缝网中主裂缝与次裂缝的自相似性，建v.油气在复杂缝网中的渗流模型。
(3) 裂缝发生错断、滑移、剪切破坏剪切缝是岩石在外力作用下破裂并产生滑动位移，在岩层表面形成不规则或凹凸不平的几何形状，具有自我支撑特性的裂缝。
体积压裂过程中裂缝的扩展形式不是单一的张开型裂缝，当压力低于最小水平主应力时，产生剪切断裂。
(4) 诱导应力和多缝应力干扰裂缝发生转向当裂缝延伸净压力大于2个水平主应力的差值与岩石的抗张强度之和时，容易在主裂缝卜产生分叉缝，分叉缝延伸到一定距离后又恢复到原来的裂缝方位，最终多个分叉缝便形成复杂的裂缝网络。
体积压裂能否形成复杂网络裂缝，取决于储集层地质和压裂施工工艺两方面因素。
1.1地质因素(1)储集层岩石的矿物成分储集层岩石的矿物成分会影响岩石的力学性质，从而影响裂缝的起裂方式和延伸路径。
研究证明，硅质含量较高、且钙质填充天然裂缝发育的页岩最易形成复杂缝网，增产效果好。
黍占土矿物含量较高的页岩或者缺少硅质和碳酸盐岩夹层的储集层实现体积压裂非常困难‘2’。
页岩油气勘探开发现状及关键技术探讨
页岩油气勘探开发现状及关键技术探讨摘要：文章介绍了我国页岩油气的勘探和开发情况，并对目前我国页岩油气的主要勘探和开发技术进行了总结，对目前我国页岩油气在地质、技术、经济和环境等方面所面临的风险进行了分析和讨论，提出了有针对性的发展意见。
关键词：页岩油气；勘探开发；关键技术1页岩油气勘探开发现状我国对页岩油气的勘探和开发以及与之有关的城市的研究还处在摸索阶段，但是，我国的页岩油气资源十分丰富，根据最近的调查，我国的可开采资源在36×1012立方米左右。
近年来，随着世界主要石油企业的大力支持，我国已在陆相、海相和湖相等多个页岩区开展了大规模的水平井和多阶段压裂开采，并获得了较大的成功。
2关键技术探讨2.1有利目标区优选技术通过统计分析、关键试验等研究，发现我国页岩油气资源优势明显，核心区具备4大地质特征，3大开发特色，并具备5大富集、高产的条件。
我国的有机质页岩有3种类型，分别为海相、海陆过渡相及陆相。
由于两种沉积方式的差异，使得该地区的基础地质条件有很大的差别。
中国古生界海相页岩发育广泛、连续、厚度大、有机质丰度高，但演化程度较高，构造变动较大；中新生界陆相页岩发育程度较大，主要发育厚层泥岩或砂泥夹层，有机质中丰度较高，热成熟度较低。
在此基础上，根据我国的地质特征，在不同的沉积相分区内，制定出有利区域的优选准则，具有重要的现实意义。
在此基础上，利用 AHP法对目标区多个优选指标进行加权，并利用模糊数学对目标区进行综合评判，从而实现了对不同区域页岩油气储层有利区的有效预测。
在寻找页岩油气富集区的过程中，采用微生物钻探方法，特别是在浅层气藏的勘探中，取得了较好的效果。
目前，我国海陆交互相及陆相、湖泊相优势区的优选工作还未见报道，而如何将海洋相优势技术创新应用于陆相优势区则是一个重要问题。
通过多种手段的联合应用，可以对有利区的空间分布进行更为精确的预测，从而为进一步开展页岩油气的勘探与产业化开发奠定基础。
页岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究
页岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究张烨;潘林华;周彤;李宁;徐正辉;崔艺;柳明【摘要】页岩气藏储层具有超低孔、超低渗的物性特征,通过体积压裂改造形成复杂人工裂缝网络,是实现页岩气有效开发的关键.试验采用大尺寸真三轴水力压裂模拟,研究水平地应力差、泵注排量,井筒数量等因素对页岩气储层压裂裂缝扩展规律的影响.通过观察压后页岩表面裂缝延伸路径,结合工业高能CT扫描确定页岩内部实际的水力裂缝形态.实验所选用页岩脆性中等,但层理特征明显,微裂隙发育,具有可压性.试验结果表明:水平应力差为3 MPa时,水力裂缝易转向,沟通近井天然裂缝或弱胶结层理面;随着水平应力差的增加,有利于横切缝的产生,沟通远处更多天然裂缝及层理;当水平应力差达到12 MPa时,仅能形成简单平面横切缝.另外,变排量压裂或双井筒同步压裂可以有效地增加裂缝密度,提高水力裂缝复杂程度;但在12 MPa 的水平应力差下,双井筒同步压裂仍然仅生成2条简单的水平缝.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)005【总页数】6页(P11-16)【关键词】页岩;裂缝扩展;天然裂缝;水平地应力差;排量;同步压裂【作者】张烨;潘林华;周彤;李宁;徐正辉;崔艺;柳明【作者单位】国土资源部页岩气资源勘查重点实验室(重庆地质矿产研究院);重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心(重庆地质矿产研究院),重庆400042;国土资源部页岩气资源勘查重点实验室(重庆地质矿产研究院);重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心(重庆地质矿产研究院),重庆400042;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油长城钻探工程有限公司,北京100101【正文语种】中文【中图分类】P555我国页岩储层既包含丰富的海相页岩气，也包含大量的陆相和海陆过渡相页岩气区块，构造应力强烈，地质结构复杂，不同区域页岩物性差别较大[1]。
体积压裂
体积压裂体积压裂是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。
1.1 体积压裂机理体积压裂的作用机理：通过水力压裂对储层实施改造，在形成一条或者多条主裂缝的同时，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络。
从而将可以进行渗流的有效储层打碎，实现长、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高初始产量和最终采收率。
体积压裂的提出，是基于体积改造这一全新的现代理论而提出。
体积改造理念的出现，颠覆了经典压裂理论，是现代压裂理论发展的基础。
常规压裂技术是建立在以线弹性断裂力学为基础的经典理论下的技术。
该技术的最大特点就是假设压裂人工裂缝起裂为张开型，且沿井筒射孔层段形成双翼对称裂缝。
以1条主裂缝实现对储层渗流能力的改善，主裂缝的垂向上仍然是基质向裂缝的“长距离”渗流，最大的缺点是垂向主裂缝的渗流能力未得到改善，主流通道无法改善储层的整体渗流能力。
后期的研究中尽管研究了裂缝的非平面扩展，但也仅限于多裂缝、弯曲裂缝、T 型缝等复杂裂缝的分析与表征，但理论上未有突破。
而“体积改造”依据其定义，形成的是复杂的网状裂缝系统，裂缝的起裂与扩展不简单是裂缝的张性破坏，而且还存在剪切、滑移、错断等复杂的力学行为（图1）。
1.2 体积压裂的地层条件1)天然裂缝发育，且天然裂缝方位与最小主地应力方位一致。
在此情况下，压裂裂缝方位与天然裂缝方位垂直，容易形成相互交错的网络裂缝。
天然裂缝的开启所需要的净压力较岩石基质破裂压力低50%。
同样，有模型研究复杂天然裂缝与人工裂缝的关系，以及天然裂缝开启的应力变化等，建立了天然裂缝发育与扩展模型，研究表明，在体积改造中，天然裂缝系统会更容易先于基岩开启，原生和次生裂缝的存在能够增加复杂裂缝的可能性，从而极大地增大改造体积。
弹塑性储层水力压裂裂缝扩展研究
ｖｉｏｕｓｌｙ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｅｓꎬ ｂｕｔ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅꎬ ｉｔ ｃａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅｓꎬ ｗｈｉｃｈ ｂｒｉｎｇｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｔｏ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｒａｃｔｕ￣
σ＾ ꎬ 为线性响应过程ꎮ 随后表现出线性软化行为ꎬ
即分离位移达到临界值 δ ｃ ꎬ 内聚力减小至 ０ꎬ 为不
可逆过程ꎮ
中水力裂缝扩展的认识ꎬ 但是对于塑性应变对裂缝
在内聚力前端为未开裂区域ꎬ 随着压裂液的不
形态的影响研究不足ꎬ 没有考虑各因素对塑性应变
断泵入ꎬ 内聚力前端应力逐渐增大ꎬ 当应力达到某
ｎａ Ｕｎｉｔｅｄ Ｃｏａｌｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｃｏ ꎬ Ｌｔｄ )
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｕｎｃｏｎｖｅｎ￣
ｔｉｏｎａｌ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓꎬ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｃｈｏｌａｒｓ ｈａｖｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｉｎｅａｒ ｅｌａｓｔｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
的影响ꎬ 对于塑性地层中裂缝形态扩展的解释也不
一临界值时ꎬ 未开裂区起裂ꎬ 裂缝继续向前扩展ꎮ
足ꎮ 鉴于此ꎬ 本文在前人研究的基础上ꎬ 对弹塑性
这里裂缝的起裂标准采用最大正应力准则ꎬ 即任意
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
方 向
方 向
方 向
(m)
(m)
X方向(m) t=40min
X方向(m) t=60min
X方向(m) t=80min
σh σH
σh σH
σh σH
Y
Y
方 向
方 向
方 向
(m)
(m)
X方向(m) t=105min
X方向(m) t=135min
X方向(m) t=175min
-27-
5、体积压裂复杂裂缝延伸结果分析
第 条 分 支 缝 动 态 延 伸
Y
第 条 分 支 缝 动 态 延 伸
Y
第 条 分 支 缝 动 态 延 伸 计 算 相 交 点 处 新 的 参 数
M
Z
1
相交判定
相交判定
N
N
分支缝与天然 缝相交判定 N
Y
交点处流量、压力动态 分配计算较为困难。
-20-
计算分支缝及主缝起裂和延伸
5、体积压裂复杂裂缝延伸结果分析
1）近井径向缝网形成原理
当孔眼与天然缝随机相交，由于沿天然缝剪切及张性破裂压力低于岩 石本体破裂压力；并且不同井筒方位角下，孔眼上破裂压力值差减小，导 致近井径向多裂缝的产生成为可能。
近井径向缝网示意图
-13-
2、近井径向缝网形成分析
2）近井径向缝网形成影响因素分析
井周存在多个破裂压力相近的等效破裂点 裂缝延伸压力高于破裂压力，井底压力升高促使等效破裂点起裂延伸
夹角变化范围 0≤α≤90° ╳ ╳ 任意两个主应力方向上的应力差 ↘ ↗ √ √ 假设为圆片状裂缝 ↘ ↗ ╳ √ 延伸净压力随缝内实际压力变化 ↘ ↗ ╳ ╳ 计算中将断裂韧性设为定值
夹角
地应力差
裂缝半径
缝内实际压力
岩石断裂韧性
↘ √ √
-26-
σh σH
σh σH
σh σH
Y
Y
Y (m) (m) Y
体积压裂复杂裂缝起裂与延伸基础理论研究
西南石油大学
2013年7月
-1-
主 要 内 容
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
二、起裂与延伸力学分析和复杂裂缝数值模拟
三、结论及建议
-2-
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
1）体积压裂基础理论研究
①体积压裂基本含义（狭义）：采用水平井多段压裂，在水平井段上 形成多条人工主缝；通过开启和扩展天然裂缝，并实现各分支缝的相互沟 通，以形成的复杂裂缝网络在更大的储集空间内扩大泄油面积，提高低渗、 超低渗储层导流能力。 矿井实拍图 室内试验结果 数值模拟
-7-
正交线网模型模拟方法
汇 报 内 容
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
二、起裂与延伸力学分析和复杂裂缝数值模拟
三、结论及建议
-8-
1、体积压裂改造的储层条件分析
（1）地质构造
褶皱构造：由轴部向两翼发育天然裂缝的可能性越来越小。 断层构造：断面附近受到挤压更强，应力更大，天然裂缝越发育。
-9-
1、体积压裂改造的储层条件分析
5.开展复杂裂缝网络形成控制技术，包括储层天然裂缝评价方法，提 高缝内净压力的暂堵/封堵技术，加密射孔技术，优化射孔参数等研究。
6. 在基于体积压裂产能预测的基础上，探索性的开展以压后产量的 变化模拟反演复杂缝网几何尺寸的研究，为压裂效果评价提供创新性思 路和研究方法。
-32-
汇报完毕 敬请批评、指正！
并作为裂缝进一步延伸计算的初始点，交点越多（缝网越复杂）其模拟
难度更大。
目前的压裂理论难以兼顾多缝同时延伸模拟和单缝几何尺寸计算。
-29-
汇 报 内 容
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
二、起裂与延伸力学分析和复杂裂缝数值模拟
三、结论及建议
-30-
பைடு நூலகம்
三、结论及建议
1.进一步调研国内外体积压裂研究现状，总结形成复杂裂缝网络需 具备的基本地质参数条件范围，探索适宜我国压裂开发的关键技术。 2.开展适宜体积压裂的井位/层系定量优选技术研究，提高压裂的针 对性和有效性。
-3-
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
1）体积压裂基础理论研究
②水力压裂缝与天然缝相交后，分支缝起裂与延伸特征将决定裂缝 网络几何尺寸及复杂程度。
受力分析
测试设备
实验结果
-4-
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
2）体积压裂复杂裂缝模拟研究
①体积压裂复杂裂缝模型介绍。
Wire-mesh Model 正交线网模型
不同模式下破裂压力变化趋势
裂缝性地层典型压裂施工曲线
-14-
2、近井径向缝网形成分析
2）近井径向缝网形成影响因素分析
导致井底压力升高的其他因素
射孔摩阻
裂缝面粗糙度
井筒憋压
-15-
3、复杂裂缝起裂与延伸力学机理研究
复杂裂缝网络形成过程：
主缝穿透分支缝并延伸 分支缝延伸 （延伸判定） 分支缝延伸 分支缝中某一薄弱位置延伸 压裂施工 形成人工主缝 沟通天然缝
-17-
3、复杂裂缝起裂与延伸力学机理研究
2）复合型裂纹的起裂与延伸判定准则 复合型裂缝的起裂判定准则：(Warpinski & Teufel 1987)
p f n 1 cos 2 2 cos 2 3 cos 2 +T0
Y σ
复合型裂缝的延伸判定准则：(最大周向应力 理论-Erdogan)
θ
σ τ
r
θ r
max
3 1 cos 0 KⅠ cos 2 0 KⅡ sin 0 2 2 2 2 2 r
裂纹尖端
θ
r0
X
-18-
4、缝网压裂复杂裂缝延伸数学模型研究
1）模型概述
缝 网 压 裂 复 杂 裂 缝 延 伸 数 学 模 型 连续性方程 压降方程
非常规裂缝模型模拟方法
-6-
一、体积压裂复杂裂缝模拟研究现状
2）体积压裂复杂裂缝模拟研究
正交线网模型
模型特点
根据微地震数据点密度、 地质及测井等数据用于调整 正交天然缝间距。 通过调整σH拟合缝网基 本几何尺寸。 调整裂缝（裂缝沿水平 主应力方向且正交分布）相 互间距和粗糙因子拟合缝内 净压力。 缝网整体为椭圆状、裂 缝形态规则，但缝网尺寸与 微地震数据拟合难度大。
Δσ=2 MPa
水平应力差大，延伸压力大，分支缝不易扩展
-23-
5、体积压裂复杂裂缝延伸结果分析
延 伸 所 需 净 压 力 （ ）
MPa
Pfnet=5MPa
Pfnet=2MPa
压裂施工的实际净压力越高，延伸压力越高
-24-
5、体积压裂复杂裂缝延伸结果分析
延 伸 压 力 （ ）
MPa
KIC=1.2MPa•(m)0.5 断裂韧性越大，延伸压力越大
净压力增加， 延伸角变小
延伸角θ 0（σ 1-σ 3=0Mpa/Pnet=2Mpa） 延伸角θ 0（σ 1-σ 3=5Mpa/Pnet=2Mpa） 延伸角θ 0（σ 1-σ 3=10Mpa/Pnet=2Mpa）
应力差增加，延伸角增大。
-21-
5、体积压裂复杂裂缝延伸结果分析
2）裂缝延伸压力变化关系
延 伸 所 需 净 压 力 （ ）
延伸净压力随裂缝半径增大而减小；夹角对延伸净压力影响较小。
MPa
-22-
5、体积压裂复杂裂缝延伸结果分析
裂 缝 半 径
延 伸 所 需 净 压 力 （ ）
裂 缝 半 径
a(m)
a(m)
MPa
裂缝面法线与X轴夹角α (°)
裂缝面法线与X轴夹角α (°)
Δσ=5 MPa
（2）储层物性特征
石英含量 较高时， 可以适当 放宽粘土 含量的限 制。
美国成功实施体积压裂案例的矿物成分分析
-10-
1、体积压裂改造的储层条件分析
（3）岩石力学特征
杨氏模量较高 、泊松 比较低的地层脆性强， 天然缝较为发育 ，且
易发生断裂。
-11-
1、体积压裂改造的储层条件分析
（4）地应力状况
-33-
-19-
4、体积压裂复杂裂缝延伸数学模型研究
输入模拟时间点t 输入初始参数 计算人工主缝动态延伸尺寸 计算相交点处新的参数，作为相交 后继续起裂和延伸的初始值
计算特点：
增加分支缝 计算模块
①每条天然缝都需分配新的 计算模块，天然缝越多，计 算越复杂； ②对每条缝都需进行相交判 定，并在节点处重新分配计 算参数，缝网越复杂，计算 量越大；
排量：3m3/min 应力差：2MPa
1# 4#
σ
h
σ
H
排量：1.5m3/min 应力差：5MPa
1# 4#
σ
h
σ
H
2#
3#
2#
3#
t=45min
t=45min
①参数变化（排量降低、应力差增加）使得延伸的分支缝不能与2#天然缝相 交，难以沟通天然缝为裂缝网络的形成提供客观条件。 ②即使储层具有天然缝 ，在地应力变化剧烈（应力差较大）或者是施工参数 变化（排量较小）时，也不一定会形成裂缝网络。
-28-
5、体积压裂复杂裂缝延伸数学模型研究
3）复杂裂缝网络模拟计算难点
天然裂缝的条数、分布密度、物性参数的非均质性将使得分支裂缝起裂
与延伸计算更加困难。
当多条分支缝同时开启和扩展时，对每条裂缝几何尺寸的计算将使得模
拟难度和计算量大幅增加。
当分支缝间互相沟通时，其相交点处的流量、压力等参数将重新分配和
KIC=0.8MPa•(m)0.5
-25-
5、体积压裂复杂裂缝延伸结果分析