裂缝性基岩气藏水力压裂起裂压力与近井形态研究

李瑞

摘要：为了能够充分了解裂缝性基岩气藏水力压裂起裂压力和裂缝起裂形态需要结合相应的应力强度因子解析方法，建立相关的数据模型，利用高斯数值积分法进行数据计算，通过有限元的对比了解影响起列因素的规律和原因，才能够充分明确裂缝性基岩气藏水力压裂过程中的起裂压力，同时对纵向天然气裂缝和横向天然气裂缝进行对比分析，从而得出近井状态下能够获得纵向列。

关键词：裂缝性基岩气藏;水力压裂;起裂压力

随着我国油气田开采规模的不断扩大，基岩气藏的开采规模得到了不断发展，机缘气藏储层具有低孔隙度，低渗透率，天然气裂缝发育完善等特征，因此在实际开采过程中，要想获得较高的开采效率，进行水力压裂是非常重要的手段。通过测井等技术手段，发现基层砂岩气藏中有大量的天然气裂缝，而天然气裂缝的起裂压力和起裂形态无法进行判断，因此需要建立相应的计算方法，对基岩气藏进行压裂优化设计，才能够提高增产效果。

1基岩气藏的开发现状

目前我国的常规石油和天然气储量一直在不断减少，并且随着开采的不断深入，会增加开采成本和难度。而基岩气藏作为一种非常规能源在我国能源消费结构中的地位越来越重要，另外基岩气藏会对储层构造产生严重的破坏，这种情况的出现阻碍了基岩气藏的解析，从而在开采过程中不会形成渗流能力，同时储层具有低渗透率、低孔隙度、低压力等特点，对基岩气藏的开采造成了难度，目前我国主要运用的开发技术为水力压裂技术，但由于该技术在实际运用的过程中会存在一定的局限性，并且开采成本比较高，严重制约了我国对基岩气藏的开发，因此需要采取相关措施，来提高我国水力压裂技术的应用，才能够实现基岩气藏的有效开采。

2裂缝性基岩气藏水力压裂起裂压力的影响因素分析

2.1天然裂缝长度的影响

根据天然裂缝长度和破裂压力的计算结果可以看出，在实际生产过程中，横切天然裂缝的破裂压力会随着长度的增加而逐渐变小。然而纵向天然裂缝的起裂压力会随着裂缝的长度呈现出先下降后增大的趋势。在实际开采过程中，如果天然裂缝的长度小于0.8米时，那么纵向天然裂缝的起裂压力会明显低于横向天然裂缝。另外如果在近井状态下存在横切天然裂缝和纵向天然裂缝时，应当优先从纵向裂缝进行扩展。当天然裂缝长度大于0.8米时，横向的裂缝起裂，压力会明显低于纵向起裂压力，因此在这种情况下，需要优先选择横向裂缝。

井筒周围的应力场是决定近井状态下纵向裂缝系列的重要因素。当裂缝长度相比井筒半径小时，天然裂缝就会受到井筒应力场的控制，纵向裂缝受到井筒周围应力场的影响会形成起裂现象。当裂缝长度较小时，纵向裂缝呈现出优先企业的优势，而横向天然裂缝的应力强度因子，并不会受到井筒周围应力场的影响，结合相应的计算公式可以看出裂缝长度越大所需要的起裂压力就会越小。

2.2断裂韧性的影响

根据不同的断裂韧性条件下分析天然裂缝起裂压力的曲线图可以看出：在不同断裂韧性条件下，横向裂缝的起裂压力会受到裂缝长度的影响，裂缝长度越大而起裂压力就会越小。纵向裂缝的切裂压力会随着裂缝长度的增加呈现出先减小后增大的趋势。根据不同的断裂韧性气裂压力可以看出高断裂韧性的天然气裂缝起裂压力较大，其主要的变化趋势与裂缝长度存在直接关系。当裂缝长度小于1米时，断裂韧性对于气裂压力的影响较为显著;而当裂缝长度大于1米时，断裂韧性对于起裂压力的影响会呈现出下降趋势。尤其是对于纵向天然气裂缝而言，当裂缝长度增加到大于等于5米时，不同的断裂韧性纵向天然气裂缝起裂压力会呈现出一致。

在天然裂缝中，横向裂缝和纵向裂缝或许在一定裂缝长度时相应的破裂压力相同。为了能够更好地进行研究，因此需要充分描述横向裂缝与纵向裂缝相同破裂压力所需要的天然裂缝缝长。通過相应的曲线图可以看出断裂韧性越大，等值破裂压力的缝长就会呈现上升趋势。由此可以得出，断裂韧性越大，纵向裂缝的起裂状态就会越加明显，而断裂韧性越小，则会主要形成横切裂缝。

2.3地应力的影响

（1）应力差的影响。应力差主要是通过固定最小水平主应力和改变最大水平主应力来进行实现。结合相应的计算模型，可以看出在不同应力差的条件下，天然裂缝的起裂压力曲线也会呈现出不同的变化趋势。在不同应力差的表现下，横切裂缝的起裂压力相同。横切裂缝会受到外应力的影响，但是并不会受到井筒应力场的影响。因此最大水平主应力与横切裂缝的起裂压力没有直接关系。应力差越大，则纵向裂缝的起裂压力就会越高，并且在高应力差的条件下，缝长对纵向裂缝起裂压力的影响较小。

（2）垂向应力的影响。不同垂向应力条件下的天然裂缝起裂曲线可以看出，不同垂向应力下横切裂缝的起裂压力会呈现出相同趋势。该研究结果与应力差的分析结果一致，横切天然裂缝的起裂并不会受到垂向应力的影响。但是高垂向应力地层的纵向天然裂缝起裂压力会随着垂向应力的影响而逐渐减小。

3结束语

综上所述，针对天然裂缝发育地层水力压裂工艺的起裂压力和近井裂缝形态进行计算，采取函数计算方法，了解天然气裂缝地层应力强度因子，并建立相应的数据计算模型，从而有效得出天然裂缝递增的起裂压力和起裂形态。

（1）裂缝型地层破裂压力与天然裂缝的形态长度有着直接关系，近景发育较长的横向裂缝时容易发生横切裂缝起裂，而近井存在较短的纵向天然气裂缝过程中，纵向裂缝会优先发生起裂，从而在近景状态容易形成纵向裂缝。

（2）注意向天然气裂缝的起裂压力会受到最大水平应力的影响，因此在高应力差的作用下，纵向裂缝的起裂压力较高，因此就会导致纵向天然气裂缝无法实现起裂，而横向天然气裂缝容易发生起裂，高垂向应力有利于纵向裂缝的起裂。

参考文献

[1]李玮，李卓伦，杨斌，董智煜，许兴华.多分支缝水力压裂近井筒起裂机制研究[J].特种油气藏，2017

[2]分形致密气藏压裂水平井压力动态研究[D].中国石油大学（北京），2016.

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