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2.2 多裂缝形成机理

2.2.1 不同方位的破裂压力相差较小

地层的水平地应力相差不大,射孔相位角比较小。当两个水平地应力接近相等或相等时,各个射孔孔眼的破裂压力相差不大,可能产生多个裂缝。

2.2.2 天然张开裂缝或弱面存在时的多个裂缝开启

当天然裂缝或弱胶结面存在时,存在这些薄弱点的射孔孔眼的破裂压力最大可能减小一个抗张强度。在薄弱点存在的情况下,不同方位上的射孔孔眼的破裂压力可能相差不大,多个裂缝容易开启并形成。当射孔孔眼周围正好存在天然裂缝时,在裂缝的开启过程中,同一射孔孔眼周围,多条裂缝可能同时延伸,这样就容易形成多条裂缝。

2.2.3 压裂裂缝与天然裂缝特别发育的区域相交

当压裂裂缝与天然裂缝特别发育的区域相交时,天然裂缝与理想方位的夹角比较小而且能够开启时,就形成地层内部或深处的不同方位的多条裂缝。

当主裂缝相交于微裂隙后,具有与主裂缝中压力相差不大的液体渗于其中。只有当微裂隙中的液体压力大于使裂隙闭合的岩石应力后,裂隙才能张开,此时产生沿途鱼刺状天然裂缝。

采用坐标变化来研究问题,如图 2.1、图 2.2 所示。

图 2.1 坐标变换前裂缝应力图

图 2.2 坐标变换后裂缝应力图

当应力分量 x , y ,从旧坐标系 Oxy 所在的平面上转角 θ 而变为新坐标系内的应力时,对应的诸分量变为 x′ , y′ ,′,应力的变化公式为

在实际情况下,τ= 0, x = σ H , y = σ h ,则得

如果天然裂缝开启,必须满足下列条件

能够得到以下结论:当天然裂缝的成缝角度与主裂缝的角度偏小时,天然裂缝的开启压力与最小主应力相比,增加幅度不大,换言之,这种类型的天然裂缝容易开启,造成滤失的增加;当天然裂缝的成缝角度与主裂缝的角度增大时,天然裂缝的开启压力增大,不容易开启。当最大、最小主应力的差别增大时,对于同一方位的天然裂缝而言,开启压力增大;当最大、最小地应力的差别减小时,天然裂缝容易开启。

2.2.4 射孔段过大造成多条独立裂缝

大的射孔段或者裸眼井段压裂施工,这种情况允许压裂裂缝从沿井筒的很多不同位置处扩展进入地层,形成多条独立裂缝。

2.2.5 排量偏大

如果地面输送的排量过高,地层总的吸收液体的能力有限,会造成井筒内液体憋压量增加、裂缝内摩擦阻力增加、井底压力升高,引起多裂缝开启。

2.2.6 射孔相位角的影响

当射孔的相位角度比较小时,如果射孔之间的破裂压力相差比较小,则容易引起多裂缝。但射孔方式的影响必须与地应力场的大小、天然微裂缝的发育情形配合起来,才能对多裂缝的影响产生深刻的影响。

2.2.7 井斜角度的影响

水平地应力的大小对比、井筒井斜程度都影响各个小裂缝在同一方位上的连接。在大的地应力差下,容易造成同一纵向上破裂压力相近的各个射孔处起裂的多个小裂缝的相互连接的性能变差。在一般的地应力场下,井斜增大,造成小裂缝的连接性变差。 gTubPH/0s5u6oAtBUJeFMEwb8cE4l2TH0S7Vz3yZknMH2TVStalP70PXIiBsQF5V

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