裂缝性地层水力裂缝非平面延伸模拟

受天然裂缝作用影响,裂缝性地层的水力裂缝可能延伸为多分支、非平面的复杂裂缝体系,这与均质地层压裂产生的对称双翼平面裂缝具有巨大的差异。由于常规水力裂缝延伸模型无法用于模拟裂缝性地层中水力裂缝非平面延伸的裂缝形态和裂缝几何,为此,基于水力裂缝相交天然裂缝转向延伸路径的等效平面裂缝思想,建立了水力裂缝非平面转向延伸的数学模型,并推导了相应的数值求解方法。模拟计算表明,当水力裂缝沿天然裂缝转向延伸时,水力裂缝缝宽在延伸路径上表现为非连续分布,在转向延伸段突变减小,受缝宽减小节流效应影响,井底流体压力升高。影响因素分析表明,水平地应力差和逼近角越大,转向延伸段缝宽越小,对支撑剂输送限制越大;施工排量和压裂液黏度越高,包括转向延伸段在内,整个延伸裂缝段的缝宽越大,支撑剂在裂缝内的运移越容易,压裂施工风险越低。研究为认识裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征提供了思路和方法,为裂缝性地层压裂设计提供了理论依据,具有重要的理论价值和现实意义。

裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征分析

为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征,基于等效平面裂缝思想和PKN模型,建立裂缝性地层水力裂缝延伸数学模型及求解方法。模拟计算表明:水力裂缝沿天然裂缝转向延伸时,缝宽在转向延伸段明显减小,在延伸路径上表现为非连续变化特征;受转向延伸段缝宽减小对流体流动的节流作用,转向延伸段的流体压力梯度增大,导致井底施工压力升高;水力裂缝沿天然裂缝转向延伸距离越长或转向延伸次数越多,则井底施工压力上升幅度越大。本文模型为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征提供了手段,为裂缝性地层水力压裂工艺参数设计提供了理论依据。

裂缝性地层水力裂缝复杂形态延伸分析

多种研究表明,在裂缝性地层中,水力裂缝由于受天然裂缝作用的影响可能延伸为多分支、非平面的复杂裂缝体系。从矿场试验、室内实验、数字实验和图貌监测4个方面分别论证裂缝性油气藏压裂过程中天然裂缝的存在对水力裂缝延伸的影响,并分析裂缝性地层水力裂缝沿天然裂缝的非平面延伸规律。矿场相交试验结果表明,在地质非连续体地层中,压裂后的水力裂缝多以分支缝的方式延伸;室内相交实验发现,在一定的逼近角和水平主应力差条件下,天然裂缝会改变水力裂缝的延伸形态和扩展模式;数值模拟方法和微地震监测证实,裂缝性储层水力压裂后所形成的裂缝体系是复杂的缝网系统。裂缝性地层中水力裂缝呈复杂的非平面延伸,与均质地层压裂产生的对称双翼平面裂缝有很大差异。