软硬间互地层水力压裂裂缝三维延伸机理研究

软硬间互地层不但广泛发育于坝址边坡、隧洞围岩，而且在地热、油气资源开发工程中常有涉及。受控于地应力及地层岩性的复杂性，软硬间互地层中水力压裂裂缝的三维扩展路径复杂。本项目通过实验和数值计算相结合的方法，以软硬间互储层水力压裂开发工程中的压裂裂缝形态预测与控制为背景，首先开展了室内岩样及相似材料模型的实验，获得了基本岩石力学参数及压裂裂缝起裂与扩展的基本规律；其次结合并行有限元技术及矩张量反演技术，建立了基于数值模拟与微地震的水力压裂裂缝精细表征方法；接着研究了软硬间互地层岩心的脆性特征及其对压裂裂缝的影响、研究了软硬间互地层模量、泊松比、渗透率及层厚对压裂裂缝扩展过程中应力演化的影响、研究了软硬间互地层水力压裂裂缝遇到软弱层及层理的扩展路径；最后构建了工程全尺度真三维数值模型，分析了压裂裂缝的起裂、扩展方向及速率、空间规模等，并与现场测井及微地震数据进行了互馈分析。经研究发现，软弱隔层的脆性指数如果下降20%，可有效封隔水力压裂裂缝的扩展；水力压裂裂缝遇到软硬相间层和层理时，有穿层、扭转、分叉、钝化、止裂等5种基本扩展模式；除了岩性之外，层厚、施工排量及压裂液粘度对裂缝类型及裂缝复杂性均具有重要影响。本项目提出的研究方法有一定的适用性，对于细观尺度水力压裂裂缝可实现完全定量化分析；对于工程尺度模型，受控于参数来源、计算规模及结果验证等因素影响，可实现近似量化分析。本项目的研究成果丰富了水力压裂裂缝扩展分析的研究方法和理论，为水力压裂工程的设计与压裂效果评价提供了进一步的理论和技术支撑。 2100433B

本项目拟通过试验（包括室内试验、水力压裂工程现场测井与微地震监测）和数值计算的相结合，以软硬间互储层水力压裂开发工程中的压裂裂缝形态预测与控制为背景：(1)开展室内岩样及相似材料模型的压裂试验，获得软硬间互条件下岩层压裂裂缝起裂与扩展的基本规律；(2)结合压裂过程中背景应力场、压裂裂缝孕育与发展、微地震信息之间的内因影响和联系，建立基于微地震与数值模拟的水力压裂裂缝精细表征方法，并构建2个实际依托工程的全尺度真三维数值模型，分析压裂裂缝的起裂、扩展方向及速率、空间规模等，并与现场测井及微地震数据进行互馈分析，提高压裂裂缝模拟与预测的可靠性；(3)界定所提出方法的适用条件和适用范围，结合相似材料模型试验和数值模拟，揭示压裂裂缝遇到软硬相间层、天然裂隙、层理时穿层、扭转、分叉、钝化或止裂等非平面扩展机理，以及缝间、层间干扰机制。尝试为软硬间互地层水力压裂工程的设计与压裂效果评价提供参考依据。

煤层气藏水力压裂网状裂缝形成机理及扩展规律

姜婷婷，任高峰，张建华著

• 出版社：武汉大学出版社

• ISBN：9787307207714

• 版次：1

• 商品编码：12515243

• 品牌：其他品牌

• 包装：平装

• 开本：16开

• 出版时间：2019-03-01

• 用纸：胶版纸

• 页数：159

• 正文语种：中文

内容简介

《煤层气藏水力压裂网状裂缝形成机理及扩展规律》针对煤层气藏水力压裂过程中裂缝起裂和扩展预测的难题，系统地开展模拟实际压裂条件下的煤岩力学参数试验，建立应力和渗流耦合条件下煤岩起裂判据，研究煤岩节理、层理和天然裂缝等对水力压裂过程中裂缝网络的影响规律，揭示水力压裂裂缝起裂和延伸的力学机理，实现对煤层气藏水力压裂裂缝网络几何尺寸和复杂程度的设计控制。研究成果可为现场施工提供技术参考和理论依据。

水力压裂就是利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂（通常石英砂）的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不致于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。压裂之后，油气井的产量一般会大幅度增长。

尽管水力压裂法在19世纪就已发明，但直到近十几年才开始大规模使用，如今，美国近些年的新油井有95%是用水力压裂法进行钻探的