李暉（中石化中原石油工程有限公司地球物理測井公司射孔中心，河南 濮陽 457001）

定向射孔參數(shù)對壓裂裂縫擴展規(guī)律的影響探究

李暉（中石化中原石油工程有限公司地球物理測井公司射孔中心，河南 濮陽 457001）

本文使用擴展有限元的辦法對水壓致使裂巖層的流固耦合模型開展研究，根據(jù)定向射孔的方位、定向射孔的長度以及定向射孔的相位角這三個參數(shù)，分析了壓裂裂縫擴展規(guī)律當中定向射孔參數(shù)對其所造成的影響。希望能夠為從事相關(guān)研究的工作人員帶來有價值的參考。

定向射孔；參數(shù)；壓裂裂縫；擴展規(guī)律

在使用射孔技術(shù)進行油氣井勘探和挖掘的過程中，針對射孔參數(shù)的選擇對于工程的順利進行具有重要的影響。在使用射孔技術(shù)時，地層在遠場地應力、射孔位置以及井筒效應三者的共同影響之下，壓裂裂縫從射孔處開始進行延伸，并逐形成一道有曲率的裂紋。影響該裂紋的曲率大小的因素為射孔位置和平面最大應力夾角。因此，研究射孔位置與水平應力差對壓裂裂縫延展的影響，對于在日常工作當中正確指導射孔技術(shù)的數(shù)據(jù)優(yōu)化起到了十分重要的作用。

1 水利壓裂拓展有限元模型簡介

構(gòu)建定向射孔裂紋拓展模型，為了保障計算的準確性，本文使用四節(jié)點矩形單元對模型開展網(wǎng)絡劃分，同時使用沙漏控制計算的收斂性。在該模型的圓邊，是呈現(xiàn)出封閉狀態(tài)的界限，射孔入射角度的可選取值范圍為0°-90°。在巖層裂紋當中，其流體符合連續(xù)性方程。最后，在針對實驗數(shù)據(jù)進行分析的過程中，不對流體的滯后現(xiàn)象進行考慮。井筒在實驗的過程中，受到了孔隙壓力、流體壓強以及水平方向的地層應力。

2 定向射孔參數(shù)對裂縫延展的影響分析

2.1 實驗驗證

為了保障實驗結(jié)果的準確，本文選擇了60°的方位角射孔開展模擬實驗。從實驗結(jié)果當中不難發(fā)現(xiàn)，實驗最終結(jié)果和裂紋的形態(tài)之間有著較強的匹配性。裂紋首先從射孔孔眼的位置進行開裂，并且沿著最大應力的方向進行延伸，構(gòu)成一道擁有一定彎曲幅度的裂紋。

2.2 定向射孔參數(shù)對實驗結(jié)果的影響分析

2.2.1 射孔位置對裂縫延展規(guī)律的影響分析

從實驗結(jié)果當中可以發(fā)現(xiàn)，射孔的入射角度對于裂紋的開裂位置以及裂紋的最后形態(tài)將會產(chǎn)生很大的影響。基于該實驗當中所展現(xiàn)出的結(jié)果，針對需要形成顯著裂紋轉(zhuǎn)向的裂縫，通常情況下，其有效射孔入射角角度為30°-60°范圍之間。所以，本文分析模擬了在30°以及60°入射角條件當中，地下縫隙壓力、裂縫當中流體壓強、裂縫寬度以及裂縫長度隨時間變化之間的關(guān)聯(lián)性。從實驗結(jié)果當中可以發(fā)現(xiàn)，在30°和60°的射入角條件下，裂紋周邊以及地下壓力均為出現(xiàn)顯著的變化。在裂紋向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移時，地層壓力逐漸升高，并達到最大值，與裂縫接近的區(qū)域表現(xiàn)出尖核狀態(tài)的應力分布。與裂縫相隔較遠的區(qū)域，其應力呈現(xiàn)橢圓形狀樣式分布。并且從實驗數(shù)據(jù)當中還可以發(fā)現(xiàn)，如果距離裂縫越遠，地層所受到的壓力也會變得更低。

在裂縫當中，流體壓強伴隨著裂紋出現(xiàn)的時間增加而迅速增長，當其達到地層破裂壓力的臨界點之后，流體壓強便會快速下降，最終走向平衡。詳細實驗數(shù)據(jù)為：在實驗進入到0-15s時，在井筒周圍。60°射孔裂紋當中的流體壓強超過30°射孔裂紋當中的流體壓強。該數(shù)據(jù)直接證明了射孔入射角越大，地層產(chǎn)生破裂所需要的應力也就會越大。

2.2.2 射孔長度對對裂縫延展規(guī)律的影響分析

合理的射孔長度能夠幫助其穿越污染區(qū)域，降低井筒效應對裂縫延伸所產(chǎn)生的影響。選擇射孔長度和井筒半徑之間的比例值，計算射孔長度對裂紋延展所造成的影響。在該實驗當中，工開展了6個計算模型的模擬，其比例值以此為1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0射孔入射角均為45°。實驗結(jié)果顯示，射孔長度和井筒半徑之間所呈現(xiàn)的比例值越高，需要重新進行定向的距離就會越長。同時在轉(zhuǎn)向位置產(chǎn)生直徑較大的裂縫，能夠幫助工作人員進行壓裂液流入以及支撐劑的補充。

2.2.3 射孔相位角對裂縫延展規(guī)律的影響分析

在開展壓裂施工作業(yè)時，為了讓壓裂效果得到保障，通常會選擇相對較小的相位角。例如在本實驗當中，若相位角為30°，先延伸的裂縫會對之后延伸的裂縫產(chǎn)生極強的抑制效果，逼迫射孔位置較大的裂縫出現(xiàn)無規(guī)律性的方向變化，由此使其無法產(chǎn)生有效的裂縫。若射孔相位角為45°，那么該裂縫的干擾效果便會明顯減小。在同樣的施工作業(yè)周期當中，射孔方位角更低的裂縫延伸長度超過射孔相位角相對更大的裂紋。憑借上述分析后不難發(fā)現(xiàn)，在針對壓力進行設計的過程中，必須要基于工程的實際情況進行射孔相位角的選取。若相位角過大或者過小，都會產(chǎn)生極強的摩擦阻力，不利于接下來施工作業(yè)的順利開展。

3 結(jié)語

通過對實驗結(jié)果的分析，證明了定向射孔參數(shù)對壓裂裂縫擴展規(guī)律將會產(chǎn)生巨大的影響。因此相關(guān)工作人員必須要謹慎進行定向射孔參數(shù)的選擇，只有這樣，才能達到最為理想的施工效果。

[1]陳軍斌,魏波,王漢青.定向射孔參數(shù)對壓裂裂縫擴展規(guī)律的影響[J/OL].斷塊油氣田,2017,24(03):391-395.

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[3]姜滸,陳勉,張廣清,金衍,趙振峰,朱桂芳.定向射孔對水力裂縫起裂與延伸的影響[J].巖石力學與工程學報,2009,28(07):1321-1326.

李 暉（1987-）男，漢族，河北省任丘市市人，助理工程師，主要從事現(xiàn)場射孔工作。