裂縫性基巖氣藏水力壓裂起裂壓力與近井形態研究

李瑞

摘要：為了能夠充分了解裂縫性基巖氣藏水力壓裂起裂壓力和裂縫起裂形態需要結合相應的應力強度因子解析方法，建立相關的數據模型，利用高斯數值積分法進行數據計算，通過有限元的對比了解影響起列因素的規律和原因，才能夠充分明確裂縫性基巖氣藏水力壓裂過程中的起裂壓力，同時對縱向天然氣裂縫和橫向天然氣裂縫進行對比分析，從而得出近井狀態下能夠獲得縱向列。

關鍵詞：裂縫性基巖氣藏;水力壓裂;起裂壓力

隨著我國油氣田開采規模的不斷擴大，基巖氣藏的開采規模得到了不斷發展，機緣氣藏儲層具有低孔隙度，低滲透率，天然氣裂縫發育完善等特征，因此在實際開采過程中，要想獲得較高的開采效率，進行水力壓裂是非常重要的手段。通過測井等技術手段，發現基層砂巖氣藏中有大量的天然氣裂縫，而天然氣裂縫的起裂壓力和起裂形態無法進行判斷，因此需要建立相應的計算方法，對基巖氣藏進行壓裂優化設計，才能夠提高增產效果。

1基巖氣藏的開發現狀

目前我國的常規石油和天然氣儲量一直在不斷減少，并且隨著開采的不斷深入，會增加開采成本和難度。而基巖氣藏作為一種非常規能源在我國能源消費結構中的地位越來越重要，另外基巖氣藏會對儲層構造產生嚴重的破壞，這種情況的出現阻礙了基巖氣藏的解析，從而在開采過程中不會形成滲流能力，同時儲層具有低滲透率、低孔隙度、低壓力等特點，對基巖氣藏的開采造成了難度，目前我國主要運用的開發技術為水力壓裂技術，但由于該技術在實際運用的過程中會存在一定的局限性，并且開采成本比較高，嚴重制約了我國對基巖氣藏的開發，因此需要采取相關措施，來提高我國水力壓裂技術的應用，才能夠實現基巖氣藏的有效開采。

2裂縫性基巖氣藏水力壓裂起裂壓力的影響因素分析

2.1天然裂縫長度的影響

根據天然裂縫長度和破裂壓力的計算結果可以看出，在實際生產過程中，橫切天然裂縫的破裂壓力會隨著長度的增加而逐漸變小。然而縱向天然裂縫的起裂壓力會隨著裂縫的長度呈現出先下降后增大的趨勢。在實際開采過程中，如果天然裂縫的長度小于0.8米時，那么縱向天然裂縫的起裂壓力會明顯低于橫向天然裂縫。另外如果在近井狀態下存在橫切天然裂縫和縱向天然裂縫時，應當優先從縱向裂縫進行擴展。當天然裂縫長度大于0.8米時，橫向的裂縫起裂，壓力會明顯低于縱向起裂壓力，因此在這種情況下，需要優先選擇橫向裂縫。

井筒周圍的應力場是決定近井狀態下縱向裂縫系列的重要因素。當裂縫長度相比井筒半徑小時，天然裂縫就會受到井筒應力場的控制，縱向裂縫受到井筒周圍應力場的影響會形成起裂現象。當裂縫長度較小時，縱向裂縫呈現出優先企業的優勢，而橫向天然裂縫的應力強度因子，并不會受到井筒周圍應力場的影響，結合相應的計算公式可以看出裂縫長度越大所需要的起裂壓力就會越小。

2.2斷裂韌性的影響

根據不同的斷裂韌性條件下分析天然裂縫起裂壓力的曲線圖可以看出：在不同斷裂韌性條件下，橫向裂縫的起裂壓力會受到裂縫長度的影響，裂縫長度越大而起裂壓力就會越小。縱向裂縫的切裂壓力會隨著裂縫長度的增加呈現出先減小后增大的趨勢。根據不同的斷裂韌性氣裂壓力可以看出高斷裂韌性的天然氣裂縫起裂壓力較大，其主要的變化趨勢與裂縫長度存在直接關系。當裂縫長度小于1米時，斷裂韌性對于氣裂壓力的影響較為顯著;而當裂縫長度大于1米時，斷裂韌性對于起裂壓力的影響會呈現出下降趨勢。尤其是對于縱向天然氣裂縫而言，當裂縫長度增加到大于等于5米時，不同的斷裂韌性縱向天然氣裂縫起裂壓力會呈現出一致。

在天然裂縫中，橫向裂縫和縱向裂縫或許在一定裂縫長度時相應的破裂壓力相同。為了能夠更好地進行研究，因此需要充分描述橫向裂縫與縱向裂縫相同破裂壓力所需要的天然裂縫縫長。通過相應的曲線圖可以看出斷裂韌性越大，等值破裂壓力的縫長就會呈現上升趨勢。由此可以得出，斷裂韌性越大，縱向裂縫的起裂狀態就會越加明顯，而斷裂韌性越小，則會主要形成橫切裂縫。

2.3地應力的影響

（1）應力差的影響。應力差主要是通過固定最小水平主應力和改變最大水平主應力來進行實現。結合相應的計算模型，可以看出在不同應力差的條件下，天然裂縫的起裂壓力曲線也會呈現出不同的變化趨勢。在不同應力差的表現下，橫切裂縫的起裂壓力相同。橫切裂縫會受到外應力的影響，但是并不會受到井筒應力場的影響。因此最大水平主應力與橫切裂縫的起裂壓力沒有直接關系。應力差越大，則縱向裂縫的起裂壓力就會越高，并且在高應力差的條件下，縫長對縱向裂縫起裂壓力的影響較小。

（2）垂向應力的影響。不同垂向應力條件下的天然裂縫起裂曲線可以看出，不同垂向應力下橫切裂縫的起裂壓力會呈現出相同趨勢。該研究結果與應力差的分析結果一致，橫切天然裂縫的起裂并不會受到垂向應力的影響。但是高垂向應力地層的縱向天然裂縫起裂壓力會隨著垂向應力的影響而逐漸減小。

3結束語

綜上所述，針對天然裂縫發育地層水力壓裂工藝的起裂壓力和近井裂縫形態進行計算，采取函數計算方法，了解天然氣裂縫地層應力強度因子，并建立相應的數據計算模型，從而有效得出天然裂縫遞增的起裂壓力和起裂形態。

（1）裂縫型地層破裂壓力與天然裂縫的形態長度有著直接關系，近景發育較長的橫向裂縫時容易發生橫切裂縫起裂，而近井存在較短的縱向天然氣裂縫過程中，縱向裂縫會優先發生起裂，從而在近景狀態容易形成縱向裂縫。

（2）注意向天然氣裂縫的起裂壓力會受到最大水平應力的影響，因此在高應力差的作用下，縱向裂縫的起裂壓力較高，因此就會導致縱向天然氣裂縫無法實現起裂，而橫向天然氣裂縫容易發生起裂，高垂向應力有利于縱向裂縫的起裂。

參考文獻

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