為研究致密砂巖水平井割縫壓裂裂縫擴(kuò)展及轉(zhuǎn)向規(guī)律,采用四維水射流割縫裝置和大尺寸真三軸相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng),開(kāi)展了不同縫間距、應(yīng)力差、壓裂排量對(duì)水平井多裂縫擴(kuò)展規(guī)律的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究,建立了單張開(kāi)裂縫和多裂縫擴(kuò)展的應(yīng)力理論模型和一套室內(nèi)割縫壓裂物理試驗(yàn)方法。通過(guò)剖樣觀察和壓力曲線特征的類(lèi)比分析得到以下結(jié)論:①多裂縫起裂后后續(xù)壓力曲線的典型波動(dòng)峰值,是致密砂巖多裂縫相互干擾的一個(gè)明顯特征;小間距使得鄰近裂縫處于高誘導(dǎo)應(yīng)力區(qū)域,增加了應(yīng)力干擾和裂縫偏轉(zhuǎn)程度;②大排量使得裂縫內(nèi)部?jī)羲畨涸龃?多裂縫偏轉(zhuǎn)角度和程度增大,更容易形成縱向縫;且處在中間裂縫受到抑制,大角度偏離最大主應(yīng)力方向延伸并趨于兩側(cè)裂縫最終停止擴(kuò)展,而兩側(cè)裂縫延伸的距離更長(zhǎng);③高應(yīng)力差條件下,誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)難以改變?cè)贾鲬?yīng)力的大小,降低裂縫轉(zhuǎn)向的角度,起裂后后續(xù)壓力曲線波動(dòng)較平穩(wěn),裂縫更易形成平行于最大主應(yīng)力方向的橫切縫。研究成果可用于多段割縫壓裂施工參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),從而為不同地質(zhì)條件的砂巖儲(chǔ)層油氣開(kāi)采和煤礦中水力壓裂堅(jiān)硬頂板治理強(qiáng)礦壓提供參考。 

【文章來(lái)源】：巖土工程學(xué)報(bào). 2020年08期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

單裂縫產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)示意圖

第8期夏彬偉，等.致密砂巖水平井多裂縫擴(kuò)展及轉(zhuǎn)向規(guī)律研究1551多裂縫擴(kuò)展時(shí)應(yīng)力場(chǎng)模型如圖2所示。根據(jù)上述單一壓開(kāi)裂縫產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力模型可知，每條單一裂縫都會(huì)在周?chē)貙赢a(chǎn)生應(yīng)力影響區(qū)域，與單裂縫影響不同的是，多裂縫壓裂擴(kuò)展時(shí)處于中間的裂縫在擴(kuò)展過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)鄰近兩條裂縫產(chǎn)生的高應(yīng)力區(qū)，在最大主應(yīng)力方向上受到抑制，兩側(cè)的裂縫將會(huì)受到鄰近的應(yīng)力干擾發(fā)生偏轉(zhuǎn)。圖2多裂縫擴(kuò)展及其相互影響應(yīng)力模型Fig.2Multi-fracturepropagationanditsmutualinfluencestressmodel為了分析誘導(dǎo)應(yīng)力和間距的關(guān)系，根據(jù)厚壁平面徑向流理論，假設(shè)在無(wú)限大地層中，已壓開(kāi)裂縫由于含有高壓水從而產(chǎn)生縫內(nèi)靜水壓力，其影響范圍為以短半軸為b，長(zhǎng)半軸為a的橢圓，為了簡(jiǎn)化模型，只分析在x軸向及水平井方向。則距離裂縫d處的壓力分布方程及邊界條件可寫(xiě)成wwwwdd0()dd()xprdbddpdrp≤≤，。(3)式中，wr為已壓開(kāi)裂縫的寬度（在x軸方向上），wp為壓開(kāi)裂縫內(nèi)的凈水壓力，可得壓開(kāi)裂縫附近壓力分布為nnwwln1lnpdpprr。(4)為了分析壓裂排量和最大應(yīng)力差值的關(guān)系，定義裂縫水平偏轉(zhuǎn)程度[15]為11VhzxlfH，(5)式中，lH為無(wú)因次距離，分別將式（1）中1x，1z的表達(dá)式代入式（5），得到n2Vh21211221lpfHlH。(6)由式（6）可知，當(dāng)縫內(nèi)流體凈壓力一定時(shí)，水平應(yīng)力反轉(zhuǎn)程度不僅與縫高、距離有關(guān)，還與主應(yīng)力差有關(guān)。當(dāng)無(wú)因此距離一定的時(shí)，主應(yīng)力差值越小，壓裂排量越大，偏轉(zhuǎn)程度反而越大。2致密砂巖割縫壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)2.1四維水射流割

差值的關(guān)系，定義裂縫水平偏轉(zhuǎn)程度[15]為11VhzxlfH，(5)式中，lH為無(wú)因次距離，分別將式（1）中1x，1z的表達(dá)式代入式（5），得到n2Vh21211221lpfHlH。(6)由式（6）可知，當(dāng)縫內(nèi)流體凈壓力一定時(shí)，水平應(yīng)力反轉(zhuǎn)程度不僅與縫高、距離有關(guān)，還與主應(yīng)力差有關(guān)。當(dāng)無(wú)因此距離一定的時(shí)，主應(yīng)力差值越小，壓裂排量越大，偏轉(zhuǎn)程度反而越大。2致密砂巖割縫壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)2.1四維水射流割縫四維水射流割縫平臺(tái)如圖3，主要由主機(jī)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、3DPIV測(cè)試系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)組成，用于水射流性能參數(shù)測(cè)試和水射流切割性能測(cè)試。能夠精確控制軸向、徑向的走向距離和軸向桿的轉(zhuǎn)速，并且能夠控制割縫寬度、射孔直徑。具有精度高、性能穩(wěn)定、自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。為了避免其他介質(zhì)濃度給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)影響，本次試驗(yàn)的介質(zhì)選用純水。將試件固定在水射流測(cè)試平臺(tái)上，并在操作系統(tǒng)上輸入固定轉(zhuǎn)速（75r/min）和軸向進(jìn)距，通過(guò)鉆機(jī)夾持住割縫器（采用自制割縫器，噴嘴的直徑為0.8mm），當(dāng)鉆機(jī)推進(jìn)到預(yù)先設(shè)置的深度，調(diào)整鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，利用電動(dòng)鉆機(jī)帶動(dòng)割縫器轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)試樣進(jìn)行徑向割縫。通過(guò)設(shè)置相同的泵壓[16]（20MPa），作用不同的時(shí)間（10，15，20s）進(jìn)行割縫，割縫后將試件切開(kāi)對(duì)割縫深度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如下圖。為了更好地使裂縫起裂，本次試驗(yàn)選用壓力20MPa，作用時(shí)間20s，割縫深度為10mm。圖3四維水射流割縫Fig.3Four-dimensionalwaterjetslitting2.2壓裂相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)大尺寸真三軸壓裂相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，是由高壓柱塞泵和真三軸加載機(jī)組成（圖4所示）。能夠真實(shí)地模擬地層應(yīng)力環(huán)境，并具有?

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本文編號(hào)：2922007