应力的叠加干扰对水平主应力的影响不断增强;条裂缝对水平最大主应力的影响主要集中在各条裂缝周围较小的区域内

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  摘要:页岩储层具有低孔隙度、超低渗透率的特征,往往需要通过水力压裂才能使气井具备一定的生产能力。拉链压裂是近年来针对页岩气藏缝网压裂的一项新兴工艺,为了认清压裂过程中裂缝应力干扰后地应力场的分布规律并给页岩压裂设计提供参考,首先假设地层为均质、各向同性弹性体,然后通过位移不连续法,建立起地层应力场分布数学模型,并利用线性叠加原理,得到人工裂缝周围水平应力场的分布情况。研究发现:①裂缝周围的地应力随着与裂缝距离的远近有不同程度的增加;②裂缝尖端处存在应力集中现象,且在裂缝尖端附近产生的拉应力使得水平应力有所减小;③裂缝对水平最小主应力的影响程度大于对最大主应力的影响;④随着裂缝条数的增加,应力的叠加干扰对水平主应力的影响不断增强,且水平应力差异性逐渐减小;⑤在裂缝交错排列的区域内,应力干扰较强,应力场分布较复杂。上述研究对页岩气水平井组拉链压裂的优化设计具有指导意义。

  笔者假设地层为均质、各向同性的弹性体,采用位移不连续法,建立裂缝应力场分布的数学模型,模拟不同裂缝条数、不同裂缝长度下拉链压裂应力场分布,通过线性叠加原理整合原地应力和应力来研究应力场分布规律。

  水平井平行于最小水平主应力方向,设定井间距为,第一条裂缝与第二条裂缝的间距为,井裂缝起裂设定在第一条裂缝和第二条裂缝距离的中间,如图所示建立直角坐标系,研究地应力场分布规律。计算使用的储层参数为:原始水平最小主应力为;原始水平最大主应力为,杨氏模量为,泊松比为。

  裂缝半长为时,裂缝对地应力场的影响区域较小,裂缝尖端存在应力集中使得最小水平主应力降低,井所在区域的水平最小主应力没受影响;当裂缝半长延伸到时,在裂缝影响区域水平最小主应力增加~,随着裂缝尖端距离的靠近,应力集中现象更为突出;裂缝长度不断增大,裂缝尖端的应力集中使得井所在区域主应力减小图。

  裂缝对水平最大主应力的影响范围较小,裂缝在最大主应力方向上产生的应力较小,对应力场的改变程度不大,在裂缝的影响区域内水平最大主应力处于左右,与最小主应力几乎相等,主应力差异性很小,井附近主应力大约为。

  中间裂缝对水平最大主应力的影响较为强烈,在裂缝附近存在一个椭圆形区域,此区域内的主应力接近,且随着裂缝长度的增加,椭圆区域增大。当中间裂缝半长超过时,裂缝间应力的叠加干扰更为突出,裂缝尖端的拉应力使主应力有所减小。

  单条裂缝形成过程中,裂缝对地应力的影响区域大致为椭圆形分布,且随缝长的增加不断扩大;在裂缝的影响区域内,水平主应力随与裂缝距离的远近有不同程度的增加;裂缝尖端处存在应力集中现象,且在裂缝尖端附近产生一定的拉应力使得水平应力有所减小;裂缝对水平最小主应力的影响程度大于对最大主应力的影响。

  随着裂缝条数的增加,应力的叠加干扰对水平主应力的影响不断增强;条裂缝对水平最大主应力的影响主要集中在各条裂缝周围较小的区域内,应力叠加干扰较小,而对水平最小主应力影响范围则大得多;在裂缝间的水平最大和最小主应力几乎相等,水平应力差异性较小。

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