定向射孔水力压裂复杂裂缝形态
水平井定向射孔压裂技术
随着钻井技术的发展 ，水平井开采技术 以其大大 提 高与 地 下油 气 的接 触面 积 的优 势 ，在 目前 的油 气钻 探 中应用 越来 越 多 ，与之 相对 应 的射 孔技 术也 在不 断 发展 ， 当前各 个 油 田通 常采 用 的是 常规 的射 孔 技术 ，但 是 由于 射 孔技 术 方 向的 定位 非常 难 掌握 ，在 油 田的 实 际开采 和 勘 探 过 程 中 ，常 规 的射 孔 技 术 就 有 很 大 的局 限 性 。 因 此 ，水 平井 定 向射 孔 技术 是 目前 的一 项 比较 先进 的射 孔 技 术 ，它 能够 解决 常 规射 孔方 向难 以掌握 的 局 限性 ，能 够 很好 地 确定 起裂 方 向 ，但 是 由于地 层 条件 的不 同 ，方 位 角和 水平 地应 力会 对 定 向射孔 技术 有 一定 的影 响 ｕ叼 。 本文首先介绍了水平井的定向射孔压裂技术原理 ，然后 分析了定向射孔的影响因素 ，最后简要介绍 了其矿场应 用 情况 。
２０１ ６年第５期
水 平井定 向射子Ｌ压裂技术
刘 青 良 中石化 江 汉石 油工 程有 限公 司测 录井 公司 ，湖 北潜 江 ４３３１ ２３
摘 要 水 平 井定 向射 孔 压 裂技 术作 为一种 新 型 的 水平 井 开采 技 术 已在 国 内外 广泛 应 用 ，但技 术还 不完 善 ，仅 立 足 于裸眼的情况 ，在开发 裂缝时 ，存在着一些因素影响起裂的方向 ，从而导致人工水力压裂的裂缝的形态分布复杂。 针 对 这些 因素 的影 响 ，通 过 实验 研 究分析 了优 化 射孔 的措 施 ，以及 确 定定 向射 孔 的方位 角和 水平 应 力差 的方 法 ，正 确 认 识 了应 力的分 布 和起 裂压 力的 范 围 ，从 而对 现场 施 工和射 孔优 化 具有 重要 的指 导意 义 。 关键 词 定 向射孔 ；压 裂技 术 ；水 平井 ；方位 角 ；水平应 力差 ：起 裂压 力 中图 分类 号 ＴＥ３ 文献 标 识码 Ａ 文 章编 号 ２０９５－６３６３（２０１６）０５－０１２３—０２
定向射孔多缝压裂工艺案例分析
裂， 这样 由于初始裂缝 转 向导致两条裂缝 在井 眼处虚 拟相交 ， 但在地 层 内不 会重 合 ， 成近 井类 似于 “ 形 形 ｘ”
４条裂缝 ， 远井形成 ２条 近于 平行 的裂缝 。提 出了一种 产生 多裂缝 的新 型压裂 工艺——定 向射孔 多裂缝 压
裂 。开展 了大量物模试验 ， 证实 了思路的可行性 ， 并且长 庆油 田在 Ａ井开展 了现场压裂试验 。井下微地震 裂 缝测试表 明： 形成 了“ ” 多裂缝 ； ｘ形 产量数据表 明： 定向射孔 多缝 压裂井相 比邻井产量提高 ３ ． ８ １％。
藏压 裂 改造技 术没 有 取 得 突 破性 进 展 ， 常规 的水 力
压裂 技术 表现 出 了明显 不足 。
近年来 ， 长庆油 田不 断探索 、 尝试 各种压裂 工
艺， 主要 以大 规模 压裂 、 伤 害压 裂 液 为 主 攻 方 向 ， 低
但 总体上没有突破。在此背景下 ， 提出了体积压裂 理念 ， 压裂 由追求 长缝 转变 为追求 多裂 缝 ， 由扩 大泄
定 向射 孔 多缝 压 裂 工 艺 案 例 分 析
唐梅 荣
（ 长庆油 田油气工艺研究院 ， 西安 ７ ０２ ） １０ １
［ 要］ 一种新型 的压裂工艺在 中国长庆油 田试验成功 ， 摘 该工艺在层 内压裂形成 了 ２条独立裂缝 ， 幅增 加 大 了裂缝与油藏 的接触面积 ， 提高 了产 量。长庆 油 田开发 的超低 渗透 油藏岩 芯分析 渗透 率一般 在 ０ ５ ｍ ． Ｄ以 下， 且受 到储 层条件 、 注采井 网、 压裂工艺等多重限制 ， 常规压裂工 艺改造难 以实现该类 油藏的有效开 发。历
入２ １世纪 长庆 油 田开 发 的三 叠 系 油 藏平 均 孔 隙 度
射孔对水力压裂多裂缝的影响
1、射孔影响压裂施工压力的大小 1.6机理分析
实际加砂量只有设计砂量的一半左右
2、射孔影响裂缝条数多少的判断 2.1等效多裂缝理论 2.2影响条数的判断 等效裂缝条数的多少与施工规模、施工措施的选择是密 切相关的；搞清楚裂缝的发育条数，能够理解高施工压力
1、射孔影响压裂施工压力的大小 1.1射孔深度的影响 不同的射孔深度决定了不同的闭合应力的大小， 射孔越浅则闭合应力越大，施工压力越大。射孔深度
对施工压力的影响大于射孔孔径，而孔径只是影响了
射孔摩阻。
1、射孔影响压裂施工压力的大小 1.2转向角度
转向角度越大闭合应力越大
1、射孔影响压裂施工压力的大小 1.3不利的裂缝结构
射孔对水力压裂多裂缝的影响
汇报人：罗天雨
背
景
新疆油田公司在2006年起要实现天然气勘探的跨越式发 展，优选出陆东—五彩湾地区石炭系作为重要勘探领域。目 前在彩参1井火山岩圈闭已发现工业油气流。 目前在陆南凹陷滴西区的石炭系地层相继有重大发现。
火山岩储气层特征与压裂技术难点
岩性复杂：岩石坚硬，闭合应力大，杨氏模量大 天然裂缝发育，有高角度、低角度、网状裂缝。
1、射孔影响压裂施工压力的大小 1.5实验证据
实验结果表明，在射孔数和三向应力一定的情况下， 破裂压力和延伸压力均随着射孔角度（与最大水平应 力夹角）的增加而呈现升高的趋势。
1、射孔影响压裂施工压力的大小 1.6机理分析 在螺旋射孔方式下，射孔的真实着力方位是不确定的， 真实的射孔孔眼排可能与理想的方位存在一定的夹角，造
射孔相位与裂缝
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。
定面射孔技术--孙
套管的抗挤压强度随开孔孔径的变化关系
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
●定面射孔与常规螺旋布孔射孔方式对套管强度的影响：
定面射孔后套管在外压35MPa下的有效应力分布
（40孔/m）常规射孔后套管在外压36MPa下的有效应力分布
●开孔前后套管挤毁强度性能计算对比结果：
钢级 L80 L80 外径 /mm 139.7 139.7 壁厚 /mm 7.72 7.72 孔径 /mm 22 9 屈服强度 /MPa 665 665 布孔 类型 定面（夹角60度） 螺旋（40孔/m） 射孔前挤 毁强度 /MPa 43.37 43.37 射孔后抗 挤毁强度 /MPa 35 36 强度降 低/％ 19 17
Willingham et al., SPE paper 25891, 1993
2.2385 104 Q 2 ρ p pf n 2 d 4C 2
i t c 1 t c / s
加砂浓度
排量6m3/min 螺旋射孔密度为 16孔/m 定面射孔为两排 共6个孔
小结
• 由于定面射孔采用超大孔径，可以有效降 低摩阻
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
8、 地面测试
射孔后试验套管穿孔情况
射孔后剖靶 射孔后试验套管内孔眼成孔情况
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
D95-12BH25试验情况
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
4、定面射孔的概念
射孔孔眼平面与井筒垂直
射孔孔眼平面与井筒可成任意夹角
射孔孔眼平面与井筒平行
三种状态下，射孔孔眼都处于同一平面上，形成了应力集中，水力压裂时，压裂裂缝优先从该平面 上起裂并向平面延伸方向向外扩展。
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
煤系水平井定向射孔压裂裂缝扩展机制
煤系水平井定向射孔压裂裂缝扩展机制庞涛;姜在炳;惠江涛;贾秉义【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2024(52)4【摘要】复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键,而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。
考虑地层结构特征及射孔位置,建立压裂工程地质模型;基于有限元方法构建数值模型,研究射孔位置、地层条件、垂向应力与水平应力差对裂缝扩展的影响,并进行工程验证,提出施工建议。
结果表明:射孔孔眼位置存在全部位于煤层中、全部位于顶板岩层中和部分位于顶板部分位于煤层3种情况。
孔眼位于煤层中,裂缝受到界面的“阻隔”作用,对煤层改造有利;孔眼位于顶板,当顶板层理发育,垂向应力与最小水平主应力差大于2MPa时裂缝能够穿越层理和界面进入煤层,而顶板完整时,应力差大于-2MPa裂缝即可在孔眼诱导作用下进入煤层,顶板层理和界面对裂缝垂向扩展具有“阻挡”作用,结构完整地层有利于裂缝的垂向穿层扩展;孔眼部分进入煤层,对裂缝起裂、扩展产生明显诱导作用,形成沿界面的水平缝和进入煤层的垂直缝,无论顶板是否完整,都能形成有效改造裂缝。
当射孔孔眼距煤层较远、孔眼与煤层间弱面发育、水平应力大于垂向应力或压裂施工规模不足时,建议采用深穿透射孔、分支孔等能够沟通煤层的工程措施,以保证压裂效果。
研究结果在陕西韩城某煤矿的井下分段压裂施工中进行了应用,试验孔瓦斯抽采效果良好,可为类似地质、工程条件下的压裂施工提供借鉴。
【总页数】8页(P68-75)【作者】庞涛;姜在炳;惠江涛;贾秉义【作者单位】煤炭科学研究总院;中煤科工西安研究院(集团)有限公司;青海油田公司第五采油厂【正文语种】中文【中图分类】TE35;TD713【相关文献】1.射孔水平井爆燃气体压裂裂缝起裂研究2.定向射孔参数对压裂裂缝扩展规律的影响3.水力喷射定向射孔与压裂联作技术在水平井压裂中的应用4.定向射孔参数对压裂裂缝扩展规律的影响探究5.基于微元法的低渗透储层定向射孔转向压裂裂缝动态扩展模型因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定
煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定煤层水力压裂是一种通过高压水将煤层破裂的方法，常用于煤层气开采。
在水力压裂过程中，裂缝形态及其尺寸的确定对于煤层气开采有着重要的影响。
下面将对煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定进行阐述。
典型裂缝形态分析：1.折曲型裂缝：在煤层水力压裂过程中，若煤层中存在节理或含有岩层，则容易出现折曲型裂缝。
这种裂缝多为弯曲、交叉，长度较短，裂缝宽度较窄。
2.平直型裂缝：若煤层中不含岩层或较少含有节理，则容易形成平直型裂缝。
这种裂缝多为直线状，裂缝宽度较宽，长度较长。
3.网状型裂缝：网状型裂缝是由多个交叉的裂缝组成的，这种裂缝一般出现在煤层中含有多个节理的情况下。
裂缝的宽度和长度不一定相同，形态较复杂。
基本尺寸确定：1.裂缝高度：裂缝高度是指水力压裂后形成的煤层裂缝的高度。
裂缝高度的确定主要受煤层性质和水力压裂参数的影响。
煤层的厚度和裂缝高度的比率应在合理的范围内。
2.裂缝宽度：裂缝宽度是指水力压裂后形成的煤层裂缝的宽度。
裂缝宽度的大小决定了裂缝的通透性，因此选择合适的水力压裂参数是保证裂缝宽度的关键。
3.裂缝长度：裂缝长度是指水力压裂后形成的煤层裂缝的长度。
裂缝长度主要受煤层性质、水力压裂参数和裂缝类型的影响。
选择合适的水力压裂参数以及了解裂缝类型，对裂缝长度的确定十分重要。
总之，在进行煤层水力压裂前，了解煤层的结构性质和地质构造，选择合适的水力压裂参数，以及合理地确定裂缝形态和基本尺寸是非常必要的。
只有经过科学合理的设计，才能通过水力压裂技术更好地实现煤层气开采的目标。
定向射孔对水力裂缝起裂与延伸的影响
第28卷第7期岩石力学与工程学报V ol.28 No.7 2009年7月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July，2009 定向射孔对水力裂缝起裂与延伸的影响姜浒1，陈勉1，张广清1，金衍1，赵振峰2，朱桂芳3(1. 中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；2. 中国石油长庆油田分公司油气工艺技术研究院，陕西西安 710021；3. 中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000)摘要：射孔孔眼是沟通井筒和地层的通道，压裂施工中射孔参数影响施工效果。
采用大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统，研究定向射孔方位角、水平应力差和微环隙对裂缝起裂、延伸、转向、破裂压力及形态的影响，并建立了射孔直井在地应力条件下产生垂直裂缝的破裂压力预测模型。
实验结果表明：利用定向射孔压裂技术可以在地层中形成双翼弯曲水力裂缝；随着定向射孔方位角的增大，破裂压力越来越高，转向距离也越来越大；且水平最大主应力与水平最小主应力之间的应力差对裂缝的转向距离有很大影响；微环隙对裂缝形态及破裂压力也有影响，其使得破裂压力较从射孔孔眼起裂所需压力大幅降低，且裂缝形态与裸眼井起裂类似。
结论对于实际的射孔参数优化设计和水力压裂施工具有参考意义。
关键词：石油工程；水力压裂；破裂压力；定向射孔；裂缝转向；弯曲裂缝；微环隙；水平应力差中图分类号：TE 21 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2009)07–1321–06IMPACT OF ORIENTED PERFORATION ON HYDRAULIC FRACTUREINITIATION AND PROPAGATIONJIANG Hu1，CHEN Mian1，ZHANG Guangqing1，JIN Yan1，ZHAO Zhenfeng2，ZHU Guifang3(1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing102249，China；2. Institute of Oil and Gas Technology，Changqing Oil Field Company of China National Petroleum Corporation，Xi'an，Shaanxi 710021，China；3. Exploration and Development Research Institute，Xinjiang Oil Field Company of China National PetroleumCorporation，Karamay，Xinjiang834000，China)Abstract：Hydraulic fracturing is used widely in petroleum industry，which plays an important role in the production of low permeability reservoir. And hydraulic fracturing treatments are greatly affected by the selected perforation parameters. The geometric configuration is a key problem in hydraulic fracturing. The strata are simulated by a triaxial rock mechanics test system on artificial specimens with size of 300 mm×300 mm×300 mm. The fracture propagation mechanism of hydraulic fracturing is studied. Experiments are designed to investigate hydraulic fracture initiation sites，breakdown pressure and geometries，specially the tortuous fracture geometries resulting from fracture initiation and propagation through perforated vertical wellbore. The experimental results show that the tortuous fracture can be generated by using oriented perforation fracturing technology. And a model for prediction of hydraulic fracture initiation pressure from vertical wellbores with perforations has been presented under given in-situ stress condition. To investigate the sensitivity of the results to variable conditions，by changing the perforation angle and the horizontal stress difference，it is found that the breakdown pressure and hydraulic收稿日期：2008–10–09；修回日期：2009–03–08基金项目：国家自然科学基金资助项目(90510005，50274054)；国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA06A109–1–1)作者简介：姜浒(1984–)，男，2005年毕业于江汉石油学院，现为博士研究生，主要从事岩石力学在石油工程应用方面的研究工作。
QK-水力压裂形成裂缝形态的研究
Ｔａ ｅ ２ Ｇｅｏｓ ｒ ｓ ｎ Ｓａ ｔｕ ｒ ｅ ｏｉ ｏ ｍ ａｔｏｎ ｂｌ ｔ ｅ ｓ ｉ ｍｒ ｅｓ ｒｖ ｒ ｆ ｒ ｉ
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１９ ９ ４年
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石油勘探与开发
第 ２ ｌ卷 第 ６期
水 力压 裂 形 成 裂 缝 形 态 的研 究
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广 摘要 、
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井耀 油 田 挠 余 井号 ３ ＿Ｏ ５２ １＿３ ２１ 测 试 层 位
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均 岩心裂缝密度为 ０ ２ ５ ｍ。其 中垂直裂缝 ３ ８ ， ． ３ 条／ ９ 条 占裂缝 总数 的 ６ ． ； １ １ 斜裂缝 ８ 条 ， ５
占 １ ；水 平 裂 缝 １ ０条 ．占 ２ ；不 规 则 裂 缝 ３ ３ ３ Ｏ ８条 ．占 ５ ８ 。垂 直裂 缝 属 张性 缝 ，裂 缝 ．
陌
编号 １ 编号 ２ 编号 ３ 编号 ‘ 编号 ５
９ ３９ ３ ． １０ ３ ４
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１． ９１
２． １４
２ ． ３３
２ ． ６４
１ ． ６３
１． ８‘
射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响_王祖文
文章编号:1000-2634(2005)05-0047-04射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响①王祖文1,郭大立2,邓金根1,赵金洲2,曾晓慧2(1.新疆石油管理局试油公司,新疆克拉玛依834027;2.西南石油学院,四川成都610500)摘要:利用大型真三轴压裂模拟试验系统,通过模拟地层条件,监测压裂过程及其压力情况,观察裂缝的起裂及其延伸形态,进行射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响研究。
研究结果表明,在地应力的大小和分布确定的情况下,破裂压力随着射孔角度的增大而升高,随着射孔排数的增加而降低。
为有效降低地层破裂压力、提高压裂成功率及效果,射孔方位应选择0b方向,射孔密度在套管强度容许的前提下越大越好;单排射孔形成的裂缝形态较为简单,多排射孔形成的裂缝形态较为复杂,裂缝条数增加且形态各异。
关键词:射孔;压裂;破裂压力;裂缝形态;试验中图分类号:TE357.14文献标识码:A引言深井低渗透地层的水力压裂一直是油田压裂增产措施的技术难题之一。
由于井深及地层破裂压力高,水力压裂时施工泵压高,导致施工设备满足不了要求,使得这类地层的增产措施无法实施,或者即使实施也效果差或施工失败。
为了降低破裂压力及施工泵压,常采用深穿透射孔、加密射孔、降低压裂液摩阻、酸化预处理等措施[1-4],这些措施虽然可取得一定效果,但仍不能很好地解决问题。
因此,为探索更多途径来有效降低地层破裂压力、提高压裂成功率及效果,进一步研究射孔方式对压裂压力的影响是必要的。
不仅如此,在压裂施工期间,射孔孔眼是裂缝与井筒之间的流体流动通道,水力裂缝从射孔孔眼起裂并延伸,因此,研究射孔方式对裂缝起裂和形态的影响也是十分重要的。
1试验装置和方法水力压裂模拟试验是认识裂缝起裂和延伸机制的重要手段,通过模拟地层条件的压裂试验,可以对裂缝的起裂和延伸的过程进行监测,并可对形成的裂缝进行直接观察,因此可认识射孔对裂缝的破裂压力和起裂延伸的影响。
1.1试验装置实验是在大型真三轴模拟试验系统上完成的,该系统由大尺寸真三轴试验架、MTS伺服增压泵、Locan AT声发射仪、稳压源、油水分离器及其他辅助装置组成,如图1所示。
定向水力压裂裂隙扩展动态特征分析及其应用_徐幼平
第21卷第7期2011年7月中国安全科学学报China Safety Science JournalVol．21No．7Jul．2011定向水力压裂裂隙扩展动态特征分析及其应用*徐幼平1，2林柏泉1，2教授翟成1，2副教授李贤忠1，2孙鑫1，2李全贵1，2（1中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州2211162中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州221116）学科分类与代码：6203070（安全系统工程）中图分类号：X936文献标志码：A基金项目：国家自然科学基金资助（51074161）；国家重点基础研究发展计划资助（2011CB201205）。
煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题（SKLCRSM08X03）；国家科技支撑计划项目（2007BAK00168－1）。
【摘要】为减少煤矿井下水力压裂卸压盲区，扩大压裂影响范围，提高卸压增透效果，在分析水力压裂起裂机理和裂隙发展特征的基础上，提出定向水力压裂技术，分析定向水力压裂过程中煤体的裂隙发展分布规律，并利用RFPA2D－Flow软件模拟了压裂的起裂、扩展和延伸过程，对定向压裂与非定向压裂的效果进行了比较。
最后将定向水力压裂技术在平煤集团十二矿己15－31010工作面进行了现场应用，得出在27MPa的水压下，单孔压裂有效影响半径达6m；单孔瓦斯抽放平均浓度较未压裂时提高80%，平均流量上升了382%，取得了显著的效果，具有良好的推广应用价值。
【关键词】穿层；定向水力压裂；卸压增透；RFPA2D－Flow软件；声发射Analysis on Dynamic Characteristics of Cracks Extension inDirectional Hydraulic Fracturing and Its ApplicationXU You-ping1，2LIN Bai-quan1，2ZHAI Cheng1，2LI Xian-zhong1，2SUN Xin1，2LI Quan-gui1，2（1State Key Laboratory of Coal Resources＆Mine Safety，China University of Mining＆Technology，Xuzhou Jiangsu221116，China2School of Safety Engineering，China University ofMining＆Technology，Xuzhou Jiangsu221116，China）Abstract：In order to reduce roof-floor blind area of hydrofracture in underground mines，expand influ-enced range of fracturing，and improve the effect of hydrofracture，a directional hydraulic fracturing tech-nique was proposed on the basis of analyzing the mechanism of crack initiation and the characteristics of fracture development．And the process of crack starting，extending and elongating was simulated with RFPA2D-Flow．The effect of directional hydraulic fracturing and the effect of non-directional hydraulic frac-turing were compared．Finally the directional hydraulic fracturing technique was applied in the F15-31010 mining workface of the Twelfth Coal of Pingdingshan Coal Mining Group．The results show that single drill-hole fracturing effective radius rises to6m under the pressure of27MPa，and the average concentration of single-drillhole gas drainage promotes80%，average flow up382%than that it is not fractured．All these suggest that the technology obtains remarkable effect，and has a high application value．Key words：cross layer；directional hydraulic fracturing；pressure relief and permeability increase；RFPA2D-Flow software；acoustic emission*文章编号：1003－3033（2011）07－0104－07；收稿日期：2011－04－20；修稿日期：2011－05－200引言水力压裂技术最早使用在油、气田的开发中［1－2］。
压裂,射孔,簇,定义
压裂,射孔,簇,定义
压裂、射孔、簇的定义如下：
1. 压裂：压裂是利用水力作用，使油层形成裂缝的一种方法，又称油层水力压裂。
油层压裂工艺过程是用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂（如石英砂等）充填进裂缝，提高整个油层的渗透能力，改善原油在地层条件下的流动状态，从而达到增产的目的。
2. 射孔：射孔是利用专用设备向油层或气层注入一定压力的高能气体或液体，使地层内部形成一定深度的径向孔洞。
射孔主要用于油、气井的勘探和开发，使地层内部形成一定深度的径向孔洞，以便通过油管或套管将地层或油气层中的油气采到地面。
3. 簇：在石油工业中，“簇”通常指的是一组相互连接的射孔枪。
这些枪通过串联或并联的方式连接在一起，以在同一井段进行多次射孔作业。
这样可以提高产能，同时降低每枪的成本。
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定向射孔多缝压裂工艺案例分析
定向射孔多缝压裂工艺案例分析唐梅荣【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2012(014)004【摘要】一种新型的压裂工艺在中国长庆油田试验成功,该工艺在层内压裂形成了2条独立裂缝,大幅增加了裂缝与油藏的接触面积,提高了产量.长庆油田开发的超低渗透油藏岩芯分析渗透率一般在0.5mD以下,且受到储层条件、注采井网、压裂工艺等多重限制,常规压裂工艺改造难以实现该类油藏的有效开发.历经多年研究并结合自身实际,长庆油田于2006年提出了体积压裂的理念,通过在油层内造多缝扩大油藏的泄流体积以提高单井产量.室内物模试验研究射孔对压裂影响时观察到,当射孔方向与最大水平主应力方位存在夹角的情况下裂缝发生转向,即裂缝均先沿射孔孔眼方向起裂,后转向最大主应力方向.在同一油层内上下各射一排孔,两排孔方位与最大主应力方向呈一定夹角,一排偏右,一排偏左.分别对两排孔眼进行压裂,这样由于初始裂缝转向导致两条裂缝在井眼处虚拟相交,但在地层内不会重合,形成近井类似于“X”形4条裂缝,远井形成2条近于平行的裂缝.提出了一种产生多裂缝的新型压裂工艺——定向射孔多裂缝压裂.开展了大量物模试验,证实了思路的可行性,并且长庆油田在A井开展了现场压裂试验.井下微地震裂缝测试表明:形成了“X”形多裂缝；产量数据表明:定向射孔多缝压裂井相比邻井产量提高38.1％.【总页数】8页(P105-112)【作者】唐梅荣【作者单位】长庆油田油气工艺研究院,西安710021【正文语种】中文【中图分类】TE3【相关文献】1.水力喷射定向射孔与压裂联作技术在水平井压裂中的应用 [J], 崔会贺;姚光宇;徐胜强2.致密油藏分压四段定向射孔多缝压裂工艺优化研究 [J], 陈文斌;陆红军;齐银;常笃;李照林;邓咸安3.定向射孔多缝压裂技术在长庆油田的应用与认识 [J], 闫永萍;李新弟;马艳丽;莫丽芳;徐乐;李浦;王志4.页岩气储层定向射孔压裂裂缝转向影响因素分析 [J], 史吉辉; 李庆超; 李强; 程远方5.煤岩定向射孔对水力压裂裂纹扩展影响的研究 [J], 陈德敏;隆清明;岳建平;张宪尚;牟景珊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
定向射孔转向压裂裂缝延伸形态研究
定向射孔转向压裂裂缝延伸形态研究第九采油厂赵艳波摘要：本文根据断裂力学理论，建立了基于复合应力强度因子的裂缝延伸和转向判据模型，推导确定了缝内压力分布、复合应力强度因子及裂缝扩展方向角的计算公式，编制了定向射孔转向压裂裂缝延伸形态的模拟软件，分析了射孔角度、水平最大地应力和水平最小地应力差值对转向裂缝形态影响程度，为定向射孔转向压裂的施工设计提供了理论依据。
主题词：定向射孔转向压裂断裂力学1 前言至2003年底，九厂总探明原油地质储量2.82×108t，已投入开发油气田18个，动用地质储量6533×104t，未动用探明储量2.16×108t，分为39个区块，但大部分区块都具有储层埋藏深、物性差、丰度低，渗透率低的特点，自然产能较低，在目前的技术经济条件下，开发动用难度较大，常规投产甚至不出油，必须经过油层压裂改造，而常规压裂效果也不好，所以需要研究新的压裂工艺。
如能在单个油层中压开多条裂缝，可大幅度提高地层的渗流能力，使束缚油变为可动油，增加泄油面积，提高油层的动用程度，达到经济有效开发的目的。
近年来定向射孔技术的发展，为利用射孔方向控制裂缝转向，在单个油层中压开多条裂缝，提供了现场实施的可能。
但需要对射孔参数、地应力和裂缝方向、形态的关系进行研究，以指导定向射孔转向压裂的施工设计。
我们用三维弹塑性有限元模型，对裸眼井的射孔参数对裂缝起裂方向的影响进行了理论研究，研究表明，对于裂缝的起裂方位有重要影响的射孔参数是射孔方位角，而射孔参数中孔眼直径和射孔穿深仅仅对破裂压力有影响，对于裂缝的起裂方位几乎没有影响，射孔密度对于裂缝的起裂方位影响也比较小。
对于套管完井的油井，裂缝的起裂位置与射孔方向一致。
定向射孔水力压裂裂缝延伸模型包括两部分，一是裂缝尺寸模型，用于确定裂缝的长度，平均缝宽、最大缝宽随时间的变化关系；二是裂缝形状，研究在特定射孔方案和地应力等条件下，水力裂缝的延伸形状和过程。
定向射孔水力压裂起裂压力的预测模型
摘要 ： 目前 水 力压 裂起 裂 压 力 的预 测 模 型均 针 对 螺 旋 射 孔 的情 形 ， 忽 略套 管 对 井 周 应 力 场 的影 响 ， 已不 适 用 于 定 向向射 孔 时 ， 井周 未 产 生微 环 隙 ， 以 此建 立 了套管 井 井周 应 力 的解 析 模 型 。 以渤 海 Ｂ Ｚ ２ ５ — １油 田 Ａ１井 为例 ， 将该 井 周 应 力 解 析模 型 与 有 限 元模 型进 行 对 比 ， 其 最 大误 差 仅 为 ２ ． ３ ％。 同时， 结 合 Ｈｏ ｓ ｓ ａ ｉ ｎ模 型 和 最 大 拉 应 力 准 则 ． 建 立了套管井定 向 射孔 时孔 眼 的起 裂 压 力和 起 裂 角 的预 测 模 型 。考 虑 流体 渗 流 和套 管 的共 同作 用 ， 采 用 水 力压 裂 的渗 流 与变 形 耦 合 的数 值 计 算 方 法 进 行验 证 ， 该 模 型 得 到 的起 裂 压 力 与数 值 计算 的误 差仅 为 ２ ． ９ ％， 表 明 该模 型准 确 可 靠 ， 可 以用 于指 导 定 向射 孔 水 力压 裂 的 设计 。 关键词 ： 定 向射 孔 ； 水力压裂； 起裂压力 ； 井周应力； 模 型 中图 分 类 号 ： ＴＥ ３ ５ ７ ． １ 文 献标 识码 ： Ａ
Ｚ Ｈ Ｕ Ｈ ａ ｉ ｙ ａ ｎ Ｄ Ｅ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ Ｌ Ｉ Ｕ Ｓ ｈ ｕ ｊ ｉ ｅ Ｙ Ａ Ｎ Ｗｅ ｉ Ｃ ＨＥ Ｎ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｒ ｏ ｎ ｇ ＷＥ Ｎ Ｍｉ ｎ ２ Ｐ Ｅ Ｎ Ｇ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｙ ｏ ｎ ￣
ｔ ｈｅ ｃ ａｓ ｉ ｎｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏｎ ｃｉ ｒ ｃ ｕｍ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｃ ａ ｎ ｂｅ ｉ ｇｎｏ ｒ ｅ ｄ， ｈｏｗｅ ｖｅ ｒ ，ｔ ｈｅ ｙ ａ ｒ ｅ ｎｏｔ ｓ ｕｉ ｔ ａ ｂｌ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｐｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｈｅ ｈｙｄｒ ａ ｕｌ ｉ ｃ
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Complex fracture shapes in hydraul ic fracturing with orientated perf orations
Zhang Guangqing1 ,2 , Chen Mian1 (1. Col le ge of Pet roleum En gi neeri n g , Chi na U ni versit y of Pet roleum , B ei j i n g 102249 , Chi na; 2. B ei j i n g Key L aboratory of Urban Oil and Gas Dist ribution Technology , China Universit y of Pet roleum , B ei j ing 102249 , China)
采用最大拉应力准则描述岩石的拉伸破坏 。分别 在几何模型上施加三向地应力 ,在井筒内壁和射孔孔 眼内作用液体压力后 ,经过计算找出第一主应力最大 的部位 ,并认为第一主应力最大的部位首先发生拉伸 破裂 。
2 计算参数与模型
暂不考虑地下岩石力学性质的非均质性 ,并假定 地层水平 ,井筒垂直 。 2. 1 计算参数的确定
一般认为采用定向射孔形成的水力裂缝 ,总是沿 着定向射孔的方位起裂 。但是 ,在定向射孔水力压裂 过程中也会发生破裂压力过高 、支撑剂传输困难的问 题 ,这说明定向射孔时水力裂缝形态是平整规则的观 点并不全面 ,同样会有复杂形态裂缝存在 。同时由于 种种因素的影响 ,定向射孔不可能严格沿着最大地应 力方向延伸 ,这就造成在定向射孔条件下水力裂缝不 可避免地发生扭曲 。这些影响因素包括地层非均质 性 、井身结构 (方位角 、井斜角) 、地层倾角 、定向射孔的
Abstract : Based on rock mechanical test s and p ractical data interp retation , a t hree dimensio nal finite element model is established to st udy factors influencing f ract ure shape in o rientated hydraulic f ract uring. The st ress interference aro und neighboring perforatio ns causes f ract ure initiation , and t he main factors influencing f ract ure shapes are ho rizo ntal p rincipal st ress difference and t he angle between t he perforatio n o rientation and t he maximum horizo ntal st ress. The comp utations also reveal t hat hydraulic f ract ures will not always initiate along perforation orientatio n , and usually t he initial hydraulic f ract ure is in a zigzag shape. When t he horizo ntal st ress difference and t he perforatio n angle are great , dual f ract ures will happen alo ng perfo ration and t he maximum st ress directions. So imp roving t he accuracy of st ress measurement and orientated perforatio n can avoid t he generatio n of co mplex2shape hydraulic f ract ures. Key words : o rientated perforatio n ; hydraulic f ract uring ; f ract ure shape ; dual f ract ures ; finite element model
1 理论模型
1. 1 平衡方程 视岩石变形为静态过程 ,作用于地层岩石微元的
各应力满足如下应力平衡方程 :
5σx x 5x
+
5σx y 5y
+
5σx z 5z
+ fx
=0
5σy x 5x
+
5σy y 5y
+
5σy z 5z
+ fy
=0
(1)
5σz x 5x
+
5σz y 5y
+
5σz z 5z
+ fz
图 1 和图 2 是方位角为 60°时的有限元几何模型 , 共划分为 88 748 个单元 ,128 808 个节点 。其余条件下 的有限元模型类似 ,仅定向射孔与水平最大地应力方 位的夹角发生变化 。
图 1 方位角及三向地应力作用示意图 (模型顶视图)
2009 年 2 月 张广清 等 : 定向射孔水力压裂复杂裂缝形态
dσ = ( D - Dp ) dε
(2)
其中 ,取塑性内变量为塑性功时 ,即 к= wp ,有[9]
T
Dp
=
1D A
5f 5σ
5f 5σ
D
(3)
T
T
A=
5f 5σ
D
5f 5σ
-
5f 5σp
D
5f 5σ
-
55κfσT
5f 5σ
(4)
式中 D ———弹性本构关系系数矩阵 ;σ———应力矢量 ; ε———应变矢量 ; Dp ———塑性本构关系矩阵 ; f (σ, σp , к) ———应 力 屈 服 函 数 ; wp ———塑 性 功 ; σp ———塑 性 应力 。 1. 3 屈服准则
根据室内岩石力学参数试验 、测井资料解释 、小型 水力压裂测试资料以及射孔参数 ,确定计算中采用的 所有参数 。井眼直径 140 mm ,射孔方位角 180°,射孔 弹直径 12 mm ,射孔穿透长度 70 cm ,定向射孔相位角 180°,射孔密度 8～12 孔/ m 。弹性模量 40 GPa ,泊松 比 0. 231 , 抗拉 强度 5 M Pa , 内 摩擦 角 11°, 内 聚力 3 M Pa ,水平 最大 地应 力 45. 9 M Pa , 水 平 最 小 地 应 力 40. 9 M Pa ,垂向地应力 56. 5 M Pa 。 2. 2 有限元模型
104
石油勘探与开发 ·油气田开发 Vol. 36 No . 1
偏差等 。 在三维地应力状态下 ,定向射孔完井时各种因素
对水力裂缝形状的影响程度多大 ? 定向射孔方向与最 大水平地应力方向的偏差多大才对水力裂缝形状有明 显影响 ? 到目前为止 ,还未发现这方面的研究文献 。
石 油 勘 探 与 开 发 2009 年 2 月 PETROL EUM EXPLORA TION AND D EV ELO PM EN T Vol. 36 No . 1 103
文章编号 :100020747 (2009) 0120103205
定向射孔水力压裂复杂裂缝形态
=0
式中 σx x , σy y , σz z , σx y , σy z , σx z ———应力分量 (应力 分量的 下 标 顺 序 互 换 后 大 小 相 等 ) , M Pa ; f x , f y , f z ———体力分量 ,M Pa/ m 。 1. 2 本构方程
假设岩石为连续的弹塑性材料 ,则在应变空间弹 塑性本构关系可表示为 :
0 引言
水力压裂时形成的裂缝弯曲和多重裂缝不但增加 施工压力 ,而且使得支撑剂传输困难 。定向射孔技术 在石油工程中应用广泛 ,如在压裂防砂 、水平井压裂等 方面 ,其特点是形成一条平整的规则裂缝 ,从而可以避 免水力裂缝的弯曲 。
Van 等[1] 通过室内实验研究了射孔对水力裂缝弯 曲程度的影响 。Mo rtia 等[2] 采用定向射孔减缓斜井中 的套管损害 。Abass 等[3] 认为定向射孔使得在水力压 裂中形成一条宽而平的裂缝 ,防止出现分支缝 、T 型缝 和弯曲缝 。Po spisil 等[4] 研究了定向射孔对于压裂施 工过程的影响 ,发现在斜井中经过定向射孔以后再进 行水力压裂 ,油井产能明显增加 。Tro nvoll 等[5] 研究 了 Nort h Sea 的 Varg 油田采用定向射孔控制出砂的问
本文采用 DRU C KER2PRA GER 屈服准则[13] 描述 岩石的剪切破坏 ,剪切屈服函数 ( F) :
F( I1 , J 2 )
= αI 1
1/ 2
+ J2
-
H =0
I1 = σxx +σyy +σzz
J2
=
1 6
[
(σx x
- σy y ) 2 + (σy y
- σz z ) 2 + (σz z
题 。于连俊 、邓金根等[6] 通过真三轴模拟试验及数值 模拟研 究了 斜井 的定 向射 孔 压 裂 技 术 。田 红 、邓 金 根[7] 将定向射孔应用于适度出砂管理中 ,取得了成功 。 邓金根 、蔚宝华等[8] 通过室内真三轴水力压裂模拟试 验 ,得到了定向射孔对裂缝起裂压力 、起裂位置及大学 (北京) 石油天然气工程学院 ; 2. 中国石油大学 (北京) 城市油气输配技术北京市重点实验室)
基金项目 : 国家自然科学基金重大研究计划资助项目 (90510005) ;国家自然科学基金资助项目 (50274054)