文档介绍：水平井压裂裂缝起裂与扩展
引言:
通过井具有单井产量高、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，力 （T z= P h的数值，对于形
成垂直裂缝，我们只注视导致井壁岩石破裂的切向应力，其余的应力分量将不作 讨论。显然，井壁上总的切向应力应是上述地应力、井眼内压以及液体径向滤失 单独作用时所产生的切向应力分量的总和。
加=（3 叫 一 -P, + （Pl - pj « 亠二
为了计人地层孔隙压力的影响，引人“有效应力” 的概念，岩石力学在研
究岩石孔隙压力对岩石强度性质的影响时得到结论 ：当岩石的孔隙中含有压力
为Po的液体时，它将减小外应力（正应力）的作用效果。如岩石中的孔隙液体是 化学惰性的，岩石的渗透性又足以保证液体在孔隙中流通形成一致的压力且孔 隙空间的形状能使孔隙压力全部传给岩石的骨架时，各外应力（正应力）的作用效 果均将减小一个Po值（但孔隙压力对剪应力不起影响）。
对于我们所讨论的情况，因为地层中具有孔隙压力 Po,所以有效的水平地应
力是:
"=W _ 氏
"=f
井壁上的有效切向应力为：
00 / = 00 _ Po
因为有液体滤失时,在井壁上可近似地认为Po" Pi,
所以
时=3 0/ - a/ - （R - PJ p 2 - G
第2章水平井水力裂缝起裂
裸眼完井与射孔完
因此射孔井起裂的
目前我井的裂缝起裂的研究主要包括两种完井: 井。而射孔井井筒周围的应力分布相对于裸眼井要复杂得多, 研究具有必要性。 射孔井主要受地应力分布和射孔参数的影响， 裂缝起裂压力与 水平井井筒周围、射孔孔眼周围的应力分布、地应力分布、井筒方位角、射孔条 件参数等密切相关。
裂缝起裂规律己有大量的理论与试验研究成果，一般采用解析法与数值法， 解析法通过二维模型解决地层最大水平主应力、 最小水平主应力以及垂向应力的 相关问题。根据弹性力学知识中无边界平面钻有一孔时的计算原理来进行井壁应 力分析，往往忽略了存在于孔隙中流体与岩石骨架稱合作用对井筒壁起裂影响。
由于大多采取数学编程软件的方法， 这种方法在编程过程中比较繁琐， 得出的结 果也不精确。 尤其是射孔井的射孔地层在各种载荷作用下表现出材料非线性， 射 孔眼相对于岩石面积较小存在应力集中现象， 并且起裂为动态瞬时效应， 所以为 了得出准确解析解，本文将采用有限元软件模拟分析水平井裂缝起裂规律。
基本条件假设
压裂施工力学环境和井筒周围岩石介质对水平井井筒的应力分布情况存在 影响。在进行水力压裂时， 井壁周围岩石的实际受力情况十分复杂， 液柱压力作 用于井眼内部， 外部存在原有地应力、 压裂液由于压差向地层渗滤引起的附加应 力、岩石内部的孔隙压力等。 在复杂应力状态下井壁岩石可能发生塑性变形， 而 且受地层的非均质性与各向异性等因素的影响， 使得对井筒周围应力场的分析非
常复杂，为了便于今后的模拟与研究，因此假设：
地层岩石为均匀且各向同性的介质；
岩石线弹性状态不受内部产生的微裂纹影响；
不考虑岩石和压裂液发生物理化学作用； ，
射孔孔眼与井筒垂直相交且孔眼与井筒间有良好的连通性；
(5)液体作用在井筒和射孔内的压力相等。
水平井力学模型与有限元模型
水平井力学分析模型
为了使数值模拟更具有条理性， 可先建立三维流固稱合力学模型， 描述出模 型的受力分析。 取岩石为长宽高均设定为的模型， 水平井筒直径为， 射孔长度为
，，下图为水平井裸眼完井力学模型示意图，图
平井射孔完井力学模型示意图。
Pm
图4水平井射孔完井力学模型
F,s
作用在模型上的载荷与边界条件为：（1）地层岩石的上覆压力P；（2）地层
自重G；（3）井筒内部受到的压裂液压力 Pf；（4）射孔内部受到的压裂液压力
Pf； （5）岩石受到的最大水平主应力
CT H、最小水平主应力C h及垂向应力（T z； （ 6）
在下表面施加Z方向的位移约束，不允许存在刚性位移；（7）在外表面施加X
方向与丫方向位移约束，模拟地层对模型横向约束;
（8）上下表面及周表面上
施加渗透压力Ps。
222水平井有限元分析模型
在射孔井中，当载荷作用到地层上时材料状态为非线性。 由于在起裂过程中 表现为瞬时动态效应，地层远比射孔眼大得多，射孔眼处会发生应力集中问题, 因此对地层射孔后的地应力分布规律， 难以得到精确的结果。目前国内外研究人 员开始釆用有限元方法解决这类问题。将岩石划分为有限个空间六面体的实体单 元，并以此