裂縫干擾下水平井破裂點(diǎn)影響因素分析

尹　建　郭建春　鄧　燕（.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院， 四川廣漢　68300；.“ 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都　60500）

裂縫干擾下水平井破裂點(diǎn)影響因素分析

尹建1郭建春2鄧燕2
（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院， 四川廣漢618300；2.“ 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500）

為了解水平井分段壓裂過(guò)程中先壓開(kāi)裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力干擾下后續(xù)裂縫破裂點(diǎn)位置的影響因素及其影響規(guī)律，指導(dǎo)水平井分段壓裂射孔位置的選擇，推導(dǎo)建立了非等裂縫半長(zhǎng)、非等間距和任意裂縫傾角的水力裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力干擾數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上形成了破裂點(diǎn)計(jì)算數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明包括裂縫條數(shù)、長(zhǎng)度和凈壓力在內(nèi)的先壓開(kāi)裂縫參數(shù)以及原始主應(yīng)力狀態(tài)、水平井方位角和完井方式等都會(huì)影響后續(xù)裂縫破裂壓力大小，從而影響破裂點(diǎn)的位置，其中原始地應(yīng)力、已壓開(kāi)裂縫條數(shù)和長(zhǎng)度以及完井方式對(duì)破裂點(diǎn)位置存在較大影響，水平井方位角和已壓開(kāi)裂縫凈壓力對(duì)破裂點(diǎn)位置影響較?。粚?duì)于原始水平主應(yīng)力差較小的砂巖儲(chǔ)層，裂縫間干擾嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力發(fā)生反轉(zhuǎn)，增大后續(xù)起裂裂縫破裂壓力，導(dǎo)致施工困難，因此應(yīng)該盡量避免裂縫間干擾；對(duì)于頁(yè)巖儲(chǔ)層，目前采用的分段多簇射孔技術(shù)，段間距定為60 m左右破裂壓力更低，更易于裂縫起裂。

水平井；裂縫干擾；壓裂；破裂點(diǎn)；影響因素

在水平井分段壓裂過(guò)程中，裂縫破裂點(diǎn)是破裂壓力最低的位置，選擇破裂點(diǎn)進(jìn)行射孔可以有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，以往對(duì)破裂壓力的預(yù)測(cè)模型通常只考慮儲(chǔ)層參數(shù)以及水平井方位角等因素，C. H. Yew［1］首先使用三維彈性理論得到簡(jiǎn)化的斜井和水平井破裂壓力預(yù)測(cè)模型并計(jì)算得出破裂壓力預(yù)測(cè)結(jié)果；余雄鷹等［2］在C. H. Yew改進(jìn)的坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起斜井井壁處的應(yīng)力分布模型，并建立了適合斜井的裂縫破裂壓力和起裂方位計(jì)算模型；M. M. Hossain［3］等建立了斜井和水平井在裸眼完井和射孔完井下的破裂壓力預(yù)測(cè)模型；王培義等［4］在初步研究水平井水力壓裂裂縫起裂機(jī)理的基礎(chǔ)上建立了水平井井壁處的應(yīng)力分布模型，得到水平井地層破裂壓力的計(jì)算公式。目前國(guó)內(nèi)外建立起的裂縫破裂壓力計(jì)算模型主要是建立在M. M. Hossain模型基礎(chǔ)上，模型考慮了井筒內(nèi)壓、原地應(yīng)力、熱應(yīng)力、壓裂液滲流效應(yīng)、巖石溫度變化等因素的影響，對(duì)于確定的水平井方位角，沿水平井筒儲(chǔ)層參數(shù)如泊松比、彈性模量等差異不大的情況，采用該模型計(jì)算得到的水平井筒各位置裂縫破裂壓力差距不大，因此無(wú)法確定出破裂點(diǎn)的位置，而通常水平井分段壓裂產(chǎn)生的裂縫存在先后順序，先壓開(kāi)裂縫會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)［5-7］，影響原始水平主應(yīng)力，在裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力干擾區(qū)域內(nèi)裂縫的起裂將會(huì)受到影響，裂縫破裂壓力的大小和破裂點(diǎn)的位置都會(huì)發(fā)生變化。尚希濤［8］和呂志凱［9］將M. M. Hossain模型和Sneddon［10］建立的裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力解析模型結(jié)合建立了裸眼井和射孔井水平井分段壓裂破裂壓力模型，研究主要針對(duì)先壓開(kāi)裂縫對(duì)后續(xù)位置破裂壓力的影響，并未針對(duì)最適合后續(xù)裂縫起裂的破裂點(diǎn)開(kāi)展研究。

以均質(zhì)、各向同性的二維平面人工裂縫模型為基礎(chǔ)，利用位移不連續(xù)理論，推導(dǎo)建立非等裂縫半長(zhǎng)、非等間距和任意裂縫傾角的水平井多裂縫應(yīng)力干擾數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)彈性理論和巖石拉伸破裂理論，從降低破裂壓力角度建立起裂縫破裂點(diǎn)位置預(yù)測(cè)模型，通過(guò)分析原始地應(yīng)力、水平井方位角、完井方式、已壓開(kāi)裂縫縫長(zhǎng)、已壓開(kāi)裂縫凈壓力和已壓開(kāi)裂縫條數(shù)對(duì)破裂點(diǎn)影響，為壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)中射孔位置優(yōu)化提供參考。

1　水平井多裂縫應(yīng)力干擾數(shù)學(xué)模型

水平井分段壓裂過(guò)程中，壓開(kāi)的人工裂縫在張開(kāi)時(shí)會(huì)在裂縫的兩個(gè)表面之間發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)，這種錯(cuò)動(dòng)稱(chēng)為位移不連續(xù)，錯(cuò)動(dòng)的大小稱(chēng)為位移不連續(xù)量［11］，張開(kāi)的裂縫將會(huì)在其壁面上產(chǎn)生載荷以平衡張開(kāi)的巖塊，同時(shí)產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)。

為研究方便，建立如圖1所示的局部坐標(biāo)系（s，n）與總坐標(biāo)系（x，y），水平井筒方向沿x方向，將長(zhǎng)度為L(zhǎng)的人工裂縫離散成N個(gè)邊界單元，對(duì)任意邊界單元j，局部坐標(biāo)系（s，n）與總坐標(biāo)系（x，y）的傾角為βj，單元j的位移不連續(xù)量記為和Djn，Djn和Djs的符號(hào)規(guī)定為：裂縫的兩邊相向運(yùn)動(dòng)時(shí)Djn為正；裂縫的正邊相對(duì)負(fù)邊向左運(yùn)動(dòng)時(shí)Djs為正。

圖1　坐標(biāo)示意圖

1.1應(yīng)力邊界條件

裂縫內(nèi)部受到均勻的壓力作用，任意單元j的已知邊界條件可寫(xiě)為

1.2人工裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型

單元i中點(diǎn)的剪應(yīng)力和法應(yīng)力可以由j單元的位移不連續(xù)量由下式得到：

其中

式中，v為泊松比，無(wú)因次；aj為j單元的半長(zhǎng)度，m。

對(duì)于水平井壓裂形成的人工裂縫，通常水平井筒是沿著最小水平主應(yīng)力方向延伸，而裂縫延伸方向是垂直于最小水平主應(yīng)力方向，因此βj=90°，則人工裂縫周?chē)稽c(diǎn)i受到的x方向和y方向上的應(yīng)力分量可由式(2)轉(zhuǎn)化為

1.3模型求解

模型求解的方程個(gè)數(shù)與裂縫劃分的單元有關(guān)，當(dāng)裂縫劃分N個(gè)單元時(shí)，模型由2N個(gè)方程及2N個(gè)未知位移不連續(xù)量組成，為了計(jì)算每一單元的位移不連續(xù)量，將式（4）化成矩陣形式，再根據(jù)應(yīng)力邊界條件即可確定每一單元的切向和法向位移量，再通過(guò)計(jì)算任意位置的應(yīng)力邊界影響系數(shù)就可以確定出該位置的誘導(dǎo)應(yīng)力值。

使用位移不連續(xù)方法計(jì)算水平井分段壓裂裂縫周?chē)T導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)的過(guò)程，一般可以分為下面幾個(gè)部分：

（1）輸入儲(chǔ)層參數(shù)、水平井方位角、裂縫參數(shù)等數(shù)據(jù)；

（2）將研究的人工裂縫劃分單元，設(shè)置每個(gè)單元的位置，并指定每一單元的應(yīng)力邊界條件；

（3）建立影響系數(shù)矩陣，計(jì)算各邊界影響系數(shù)；

（4）根據(jù)應(yīng)力邊界條件確定位移不連續(xù)量；

（5）通過(guò)式（4）計(jì)算裂縫周?chē)我恻c(diǎn)的應(yīng)力。

2　裂縫破裂點(diǎn)計(jì)算模型

裂縫破裂點(diǎn)就是在特定的儲(chǔ)層條件、井筒條件下，考慮施工工藝的可行性，確定不同的裂縫條數(shù)，不同的裂縫間距下第T+1條裂縫的破裂壓力最小，也即是最先起裂的位置。

通常裂縫破裂壓力是根據(jù)張性破裂準(zhǔn)則確定，即當(dāng)井壁處巖石的拉伸應(yīng)力達(dá)到并大于巖石的抗張強(qiáng)度時(shí)，巖石將產(chǎn)生斷裂，形成裂縫［12］。最大拉伸應(yīng)力是裂縫破裂壓力w，最大水平主應(yīng)力σH、最小水平主應(yīng)力σh、垂向應(yīng)力σv、水平井的方位角α、巖石的泊松比v、巖石的彈性模量E、巖石孔隙度、地層中的初始孔隙壓力pp、射孔方位θ的函數(shù)。

存在裂縫應(yīng)力干擾下，裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)與原始地應(yīng)力場(chǎng)共同作用產(chǎn)生新的復(fù)合應(yīng)力場(chǎng)（圖2），根據(jù)疊加原理，分段壓裂產(chǎn)生的第T條裂縫周?chē)膹?fù)合應(yīng)力場(chǎng)模型為

式中，σH（T），σh（T），σv（T）為第T條裂縫周?chē)膹?fù)合應(yīng)力分量，MPa；σH，σh，σv分別為最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力和垂向應(yīng)力，MPa；σx誘導(dǎo)（iT）和σy誘導(dǎo)（iT）為第i條裂縫對(duì)第T條裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力分量，MPa。

圖2　水平井多裂縫應(yīng)力分布示意圖

此時(shí)最大拉伸應(yīng)力不僅與最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力等因素有關(guān)，還與壓開(kāi)裂縫的條數(shù)T、壓開(kāi)裂縫長(zhǎng)度Lf（Lf包含T條裂縫每條的長(zhǎng)度，即Lf=L1，L2，…，LT）、壓開(kāi)裂縫內(nèi)凈壓力f（f包含T條裂縫每條的縫內(nèi)凈壓力，即f=1，2，…，T）以及壓開(kāi)裂縫間距Xf（Xf包含T條裂縫兩相鄰裂縫的間距以及起裂點(diǎn)距離第T條裂縫位置，即Xf=X1，X2，…，XT）相關(guān)，即：σ=F（w，σH，σh，σv，α，v，E，p，θ，T，Lf，f，Xf），式中符號(hào)含義同前。

3　裂縫干擾下破裂點(diǎn)影響因素分析

3.1基本參數(shù)

利用破裂點(diǎn)優(yōu)選模型，計(jì)算分析原始地應(yīng)力、水平井方位角、完井方式、已壓開(kāi)裂縫縫長(zhǎng)、已壓開(kāi)裂縫凈壓力和已壓開(kāi)裂縫條數(shù)對(duì)破裂點(diǎn)的影響規(guī)律，使用到四川盆地一口致密氣井的參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1　計(jì)算使用的基本參數(shù)

3.2原始地應(yīng)力對(duì)破裂點(diǎn)的影響規(guī)律

分別選取3種應(yīng)力狀態(tài)（表2），計(jì)算比較不同應(yīng)力狀態(tài)下壓裂裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力干擾中破裂壓力的變化規(guī)律，其中應(yīng)力狀態(tài)1的水平主應(yīng)力差遠(yuǎn)小于應(yīng)力狀態(tài)2和應(yīng)力狀態(tài)3的水平主應(yīng)力差，應(yīng)力狀態(tài)1下破裂壓力變化規(guī)律見(jiàn)圖3，應(yīng)力狀態(tài)2和3下破裂壓力變化規(guī)律見(jiàn)圖4。

表2　3種應(yīng)力狀態(tài)

圖3　應(yīng)力狀態(tài)1下裂縫破裂壓力變化規(guī)律

圖3中藍(lán)色曲線為應(yīng)力狀態(tài)1下破裂壓力值隨裂縫間距增加的變化規(guī)律，在裂縫間距為30 m和150 m時(shí)曲線存在拐點(diǎn)，這是由于在裂縫間距30～150 m之間的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力反轉(zhuǎn)，在該區(qū)域內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)1的最小水平主應(yīng)力在疊加了誘導(dǎo)應(yīng)力后大于疊加了誘導(dǎo)應(yīng)力后的最大水平主應(yīng)力，最小、最大水平主應(yīng)力方向發(fā)生了變化，水平井方位角由90°變?yōu)?°，應(yīng)力反轉(zhuǎn)造成該區(qū)域內(nèi)破裂壓力值比不發(fā)生應(yīng)力反轉(zhuǎn)的情況（圖中紅色線）有明顯增高，對(duì)于常規(guī)砂巖儲(chǔ)層水平井分段壓裂，過(guò)去主要從影響產(chǎn)量的角度來(lái)說(shuō)明要盡量避免裂縫間干擾［13-15］，通過(guò)研究表明對(duì)于原始水平主應(yīng)力差較小的儲(chǔ)層，裂縫間干擾太嚴(yán)重，導(dǎo)致應(yīng)力發(fā)生反轉(zhuǎn)的情況會(huì)增大破裂壓力，造成施工困難，從這個(gè)角度也說(shuō)明對(duì)于該類(lèi)儲(chǔ)層要盡量避免裂縫間干擾。同時(shí)應(yīng)力反轉(zhuǎn)也會(huì)導(dǎo)致破裂點(diǎn)距離已壓開(kāi)裂縫的位置更遠(yuǎn)，如果不存在應(yīng)力反轉(zhuǎn)區(qū)域，破裂壓力值呈平緩的變化趨勢(shì)，破裂點(diǎn)位置在距已壓開(kāi)裂縫110 m處，而發(fā)生應(yīng)力反轉(zhuǎn)后破裂點(diǎn)位置距已壓開(kāi)壓裂縫達(dá)到150 m。

圖4　應(yīng)力狀態(tài)2和3下裂縫破裂壓力變化規(guī)律

從圖4中可以看出應(yīng)力狀態(tài)2和應(yīng)力狀態(tài)3下破裂壓力隨著裂縫間距的變化趨勢(shì)一致，兩種狀態(tài)下并不存在應(yīng)力反轉(zhuǎn)區(qū)域，破裂壓力值都在裂縫間距110 m左右取得最低，可見(jiàn)原始地應(yīng)力受到先壓開(kāi)裂縫影響不發(fā)生應(yīng)力反轉(zhuǎn)的情況，原始地應(yīng)力大小不會(huì)改變后續(xù)裂縫的破裂點(diǎn)位置。

3.3水平井方位角對(duì)破裂點(diǎn)的影響

水平井方位角不僅會(huì)影響先壓開(kāi)裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)，改變后續(xù)裂縫起裂位置的地應(yīng)力場(chǎng)，同時(shí)還與裂縫破裂壓力計(jì)算直接相關(guān)，因此水平井方位角的變化會(huì)對(duì)存在裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力干擾區(qū)域內(nèi)裂縫破裂壓力產(chǎn)生非常大的影響。分別計(jì)算水平井方位角為30～ 90°情況下距離已壓開(kāi)裂縫不同間距位置的破裂壓力值，見(jiàn)圖5。

圖5　方位角對(duì)破裂點(diǎn)的影響規(guī)律

從圖5中看出水平井方位角不同，破裂壓力值隨裂縫間距增加的變化規(guī)律也存在差異。水平井方位角為30～ 90°時(shí)，隨著裂縫間距的增加，破裂壓力值先降低再升高，方位角越小破裂壓力值升高的幅度越大。裂縫間距較小時(shí)方位角對(duì)破裂壓力影響不大，超過(guò)了一定裂縫間距，方位角越大，破裂壓力越小。這是由于裂縫間距較小時(shí)，先壓開(kāi)裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)對(duì)不同方位角的主應(yīng)力影響差異不大，而超過(guò)了一定裂縫間距，方位角越小，裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)導(dǎo)致最小水平主應(yīng)力和垂向應(yīng)力大小增加越大，致使方位角越小時(shí)破裂壓力越大，通常研究認(rèn)為對(duì)于地應(yīng)力條件為σv> σH> σh的情況，隨著水平方位角的增加，破裂壓力值逐漸增加［16］，文中研究結(jié)果也反映出存在誘導(dǎo)應(yīng)力影響與不存在誘導(dǎo)應(yīng)力影響兩種情況下裂縫破裂壓力隨水平井方位角變化規(guī)律存在著較大差異。裂縫破裂點(diǎn)的位置也隨著水平井方位角的不同存在一些差異，見(jiàn)表3所示。

表3　不同水平井方位角下的破裂點(diǎn)位置

從表中可以看出水平井方位角越大，破裂點(diǎn)距離已壓開(kāi)裂縫的距離越遠(yuǎn)，不過(guò)差異并不明顯。

3.4完井方式對(duì)破裂點(diǎn)的影響

比較射孔完井和裸眼完井存在裂縫干擾下比不存在裂縫干擾下破裂壓力的增加幅度隨著已壓開(kāi)裂縫間距增加的變化趨勢(shì)，見(jiàn)圖6。

圖6　射孔完井和裸眼完井對(duì)破裂點(diǎn)的影響規(guī)律

從圖6中可以看出，射孔完井和裸眼完井情況下先壓開(kāi)裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)裂縫破裂壓力發(fā)生變化，在一定裂縫間距內(nèi)裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致破裂壓力的增加，最大增幅分別達(dá)到21%（射孔完井）和31%（裸眼完井），裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力干擾對(duì)裸眼完井下裂縫破裂壓力的影響程度超過(guò)對(duì)射孔完井的影響；超過(guò)了一定間距，裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力干擾會(huì)導(dǎo)致破裂壓力有一定程度的降低，其對(duì)裸眼完井下破裂壓力的影響程度與射孔完井相當(dāng)。

射孔完井和裸眼完井下裂縫破裂點(diǎn)的位置距離已壓開(kāi)裂縫的距離分別為100 m和120 m，可見(jiàn)選擇裸眼完井方式得到的破裂點(diǎn)距離前條壓開(kāi)裂縫的間距將會(huì)比射孔完井方式中破裂點(diǎn)距離前條壓開(kāi)裂縫的間距大，破裂點(diǎn)位置距離前條裂縫距離更遠(yuǎn)。

3.5已壓開(kāi)裂縫縫長(zhǎng)對(duì)破裂點(diǎn)的影響

分別計(jì)算已壓開(kāi)裂縫半長(zhǎng)為60 m、80 m、100 m、 120 m和140 m時(shí)，距離已壓開(kāi)裂縫不同間距位置的破裂壓力值，見(jiàn)圖7。

圖7　已壓開(kāi)裂縫長(zhǎng)度對(duì)破裂點(diǎn)的影響規(guī)律

從圖7中可以看出裂縫長(zhǎng)度對(duì)破裂壓力的影響與裂縫間距有關(guān)，在裂縫間距較小時(shí)，已壓開(kāi)裂縫長(zhǎng)度越大，破裂壓力值越高，例如裂縫間距為50 m時(shí)，裂縫半長(zhǎng)60 m、100 m、140 m對(duì)應(yīng)的破裂壓力值分別為45.6 MPa、47.8 MPa和49.8 MPa；超過(guò)一定裂縫間距，裂縫長(zhǎng)度對(duì)破裂壓力的影響較小，例如裂縫間距為150 m時(shí)，裂縫半長(zhǎng)60 m和140 m對(duì)應(yīng)的破裂壓力也只差1.3 MPa。已壓開(kāi)裂縫長(zhǎng)度不同對(duì)應(yīng)的破裂點(diǎn)位置也存在很大差異，裂縫的長(zhǎng)度越大，裂縫破裂點(diǎn)距離已壓開(kāi)裂縫的位置越遠(yuǎn)，見(jiàn)表4。

表4　已壓開(kāi)裂縫不同長(zhǎng)度下的破裂點(diǎn)位置

3.6已壓開(kāi)裂縫凈壓力對(duì)破裂點(diǎn)的影響

從圖8已壓開(kāi)裂縫的凈壓力對(duì)破裂壓力影響規(guī)律可以看出，裂縫凈壓力越大，破裂壓力隨裂縫間距的變化趨勢(shì)越大，在裂縫間距50 m內(nèi)，裂縫凈壓力越大，破裂壓力值越高，超過(guò)50 m，裂縫凈壓力越大，破裂壓力值反而越小，裂縫間距超過(guò)一定距離后裂縫凈壓力對(duì)破裂壓力影響不大，這主要是由已壓開(kāi)裂縫的凈壓力在一定裂縫間距內(nèi)對(duì)裂縫產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)的影響較大，而超過(guò)一定縫間距影響較小所致。對(duì)比已壓裂縫不同凈壓力下的破裂點(diǎn)位置可以看出已壓裂縫內(nèi)凈壓力對(duì)破裂點(diǎn)幾乎沒(méi)有影響。

圖8　裂縫凈壓力對(duì)破裂點(diǎn)的影響規(guī)律

3.7已壓開(kāi)裂縫條數(shù)對(duì)破裂點(diǎn)的影響

分別設(shè)置1～7條已壓開(kāi)的橫向裂縫，分析先壓開(kāi)的不同條裂縫對(duì)后續(xù)起裂裂縫破裂點(diǎn)的影響，每?jī)蓷l裂縫間距定為30 m，每條裂縫半長(zhǎng)為50 m，裂縫內(nèi)壓為7 MPa。計(jì)算得到的破裂壓力變化趨勢(shì)見(jiàn)圖9。從圖中可以看出先壓開(kāi)不同條裂縫后，隨著距離前條裂縫間距的增加，破裂壓力值都呈先降低再升高的趨勢(shì)，先壓開(kāi)1條和2條裂縫情況下的破裂壓力降低趨勢(shì)與先壓開(kāi)3～7條的情況不同，原因在于前面分析到的應(yīng)力反轉(zhuǎn)區(qū)域。7種情況的破裂點(diǎn)位置見(jiàn)表5。

圖9　已壓開(kāi)裂縫條數(shù)對(duì)破裂點(diǎn)的影響規(guī)律

表5　已壓開(kāi)不同裂縫條數(shù)下破裂點(diǎn)位置

從各條裂縫對(duì)破裂點(diǎn)的位置影響可以看出，未發(fā)生應(yīng)力反轉(zhuǎn)的情況破裂點(diǎn)距離前條裂縫的位置會(huì)隨著裂縫條數(shù)的增加提前；發(fā)生應(yīng)力反轉(zhuǎn)的情況破裂點(diǎn)距離前條裂縫的位置則會(huì)隨著裂縫條數(shù)的增加而延后。通常對(duì)于常規(guī)儲(chǔ)層，水平主應(yīng)力差為幾個(gè)兆帕到十幾個(gè)兆帕，當(dāng)先壓開(kāi)的幾條裂縫之間間距較小時(shí)，裂縫條數(shù)較多時(shí)對(duì)周?chē)鷳?yīng)力場(chǎng)的干擾將很可能造成應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致裂縫起裂點(diǎn)距離前一條壓開(kāi)裂縫間距增大。對(duì)于目前頁(yè)巖氣壓裂中廣泛采用的分段多簇射孔技術(shù)，通常每段分4～6簇，簇間距20～30 m，段間距為60 m左右，從表5中裂縫條數(shù)對(duì)破裂點(diǎn)的影響可以看出先壓開(kāi)段中存在4條裂縫時(shí)后續(xù)壓裂段距離前壓裂段間距為60 m破裂壓力值更低，更利于待壓裂段中裂縫起裂，說(shuō)明頁(yè)巖氣壓裂段間距確定為60 m左右更易于后續(xù)裂縫起裂。

4　結(jié)論

（1）原始地應(yīng)力、已壓開(kāi)裂縫條數(shù)和長(zhǎng)度以及完井方式對(duì)后續(xù)裂縫破裂點(diǎn)位置存在較大影響，水平井方位角和已壓開(kāi)裂縫凈壓力對(duì)破裂點(diǎn)位置影響較小。

（2）對(duì)于原始水平主應(yīng)力差較小的常規(guī)砂巖儲(chǔ)層，裂縫間干擾太嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力發(fā)生反轉(zhuǎn)，增大后續(xù)起裂裂縫破裂壓力，導(dǎo)致施工困難，因此應(yīng)該盡量避免裂縫間干擾。

（3）頁(yè)巖氣壓裂目前采用的分段多簇射孔技術(shù)，每段分4～6簇，簇間距20～30 m，段間距定為60 m左右更易于后續(xù)裂縫起裂。

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（修改稿收到日期2014-10-12）

〔編輯薛改珍〕

Analysis of influencing factors for breakdown point in horizontal wells under fracture interference

YIN Jian1, GUO Jianchun2, DENG Yan2
（1. Drilling and Production Technology Research Institute of Chuanqing Drilling Corporation, CNPC, Guanghan 618300, China; 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu 610500, China）

In order to understand the influencing factors for subsequent fracture breakdown point locations under the interference of induced stress by previously created fractures during staged fracturing in horizontal wells and their influencing law, and to guide the selection of perforation locations in staged fractured horizontal wells, the mathematical model for hydraulic fracture induced stress interference was built which had non-equal fracture half-length, non-equidistance and random fracture dip, and a mathematic model for calculation of breakdown point was established based on this. The results show that the previously created fracture parameters, including the number of fractures, their length and net pressure, and original dominant stress status azimuth of horizontal well and completion method can all affect the size of subsequent fracturing pressure, hence affecting the location of breakdown points. The original geostress, the number and length of previously created fractures and completion method pose a significant effect on the location of breakdown points, while the azimuth of horizontal well and net pressure of previously created fractures have little impact on the breakdown points. For sandstone reservoirs with small difference of original horizontal dominant stress, the severe interference between fractures may cause inversion of stress and increase the fracturing pressure of subsequently initiated fractures, causing difficulty in fracturing job. So the inter-fracture interference should be avoided as much as possible. For shale reservoirs, the staged multi-cluster perforation technique is used at present, and the fracturing pressure is even lower when the interval between stages is set at about 60 m, which helps fracture initiation.

horizontal well; fracture interference; fracturing; breakdown point; influencing factor

TE357.1

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0088 – 06

10.13639/j.odpt.2015.02.024

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“頁(yè)巖油藏網(wǎng)絡(luò)裂縫導(dǎo)流模型研究 ”（編號(hào)：51374178）資助。

尹建，1987年生。2014年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣開(kāi)采方面的研究工作。E-mail：yjmylove001@sina.com。

引用格式：尹建，郭建春，鄧燕.裂縫干擾下水平井破裂點(diǎn)影響因素分析［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：88-93.