裂缝性页岩储层水力裂缝非平面扩展实验
钱成
[摘 要]重复压裂裂缝走向问题，直接关系到重复压裂效果的好坏，能否有效扩大波及体积。本文采用大型水力压裂过程模拟装置，对裂缝性储层进行室内实验，研究了不同应力状态下，重复压裂裂缝的起裂及延伸情况。实验结果表明新裂缝易从井筒附近天然裂缝延伸，由于初始裂缝的诱导作用，降低了二次压裂的起裂压力。结论对于现场裂缝性储层重复压裂裂缝延伸预测有一定指导作用，对压裂施工由重要意义。
[关键词]天然裂缝；重复压裂；室内实验，裂缝延伸；
中图分类号：TE357.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0088-01
重复压裂作为油田增产的主要措施[1-2]，一直被广泛使用。裂缝性储层重复压裂存在包括地应力、初始裂缝、天然裂缝等地质因素的影响，还包括施工排量、压裂液粘度、射孔特征等工程因素的影响，研究重复压裂过程较为复杂[3-4]。本文首次通过实验的手段，在考虑了天然裂缝存在于井筒周围条件下，研究了地应力变化、初始裂缝等因素对重复压裂成缝情况的影响。
1实验设备及岩样制备
1.1实验设备
本次实验采用大型水力压裂过程模拟装置进行重复压裂实验，装置包括该：破裂压力的组件、圆柱形岩样夹持器、方形岩样夹持器、压裂实验平台（为三种岩样提供载体）、模拟地温的加热箱体、环压提供系统、三向压力提供系统、管阀件系统、数据采集处理系统、操作台等部分组成。装置流程如图1。
其中水力压裂破裂过程模拟测试装置参数：最大压裂压力：65MPa；轴载压力40MPa；方形水力压裂模型规格：500×500×800mm；压裂液类型：水、油。
1.2岩样制备
采用水泥和石英砂1：1比例混合，调配尺寸为500×500×800mm混凝土试样，井筒长200mm，90°相位角射孔，共16孔，天然裂缝未80×80mm塑料薄片。
1.3实验设计
实验共设计4块岩样（1#、2#岩样用作测试设备），不同应力场条件下，考虑天然裂缝存在对重复压裂的影响。设计的应力条件及方案如表1。
2实验结果及分析
本次实验研究不同应力条件下，二次压裂裂缝延伸情况。
3#岩样的初始压裂，当压力升到6MPa时岩样破裂，产生一条垂直于最小主应力的垂直缝，改变最大最小主应力方向（大小不变），进行二次压裂，在距离井筒较远处发生转向，破裂压力仅为4.3MPa，3#实验产生的两条裂缝相互垂直。
由此可见在2MPa实验地应力差条件下，二次压裂裂缝沿着初始裂缝延伸并且发生转向，并且二次压裂的破裂压力要低于初次压裂的压力。
按照实验设计，考虑天然裂缝存在的情况下，在破裂压裂为6.8MPa时，初次实验产生裂缝后，将应力条件改为大小都为4MPa，进行二次压裂，压力上升到2.1MPa时，即产生压降，二次压裂裂缝并没有沿着天然裂缝延伸，而是沿着初次裂缝延伸。二次压裂延伸压力要小于4MPa，说明初始压裂裂缝未闭合。
5#岩样实验与4#岩样不同的是初始压裂的最大主应力方向改变（大小不变），二次压裂的应力降低，二次压裂时三个主应力均为2MPa，二次压裂裂缝并为沿着初始压裂裂缝延伸，而是朝着预置的天然裂缝延伸，说明了主应力大小会影响裂缝性储层重复压裂的延伸，应力大的地层会沿着原裂缝延伸，应力小的地层会沿着天然裂缝延伸。
对比5#岩样和6#岩样实验条件，6#岩样的应力差为2MPa，大于5#岩样的应力差为1MPa，但是二次压裂裂缝沿着初始裂缝延伸后转向，并未沿天然裂缝延伸，因此初次压裂应力差及闭合压裂会影响二次压裂走向的重要因素。应力差大，井筒周围应力转向小，同时由于闭合应力较小，会影响初次压裂裂缝闭合，导致二次压裂裂缝沿初始压裂裂缝延伸。
3结论
（1）高应力差条件下，二次压裂裂缝不易发生井筒转向，会沿着初始裂缝延伸并发生一定程度的转向。
（2）裂缝性储层低地应力差条件下，主应力的大小决定二次压裂裂缝走向，主应力越大，天然裂缝闭合情况好，不易沿天然裂缝转向，二次压裂裂缝会沿初始压裂裂缝延伸。
（3）高应力差，低闭合应力会导致井筒附近应力场转向困难，同时初次裂缝闭合情况差，天然裂缝张开难度大。地应力差小，高闭合应力条件下，二次压裂裂缝易从井筒附近天然裂缝延伸。
参考文献
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[4] 范學平，李秀生，张士诚等.低渗透气藏整体压裂流-固耦合渗流数学模拟[J].石油勘探与开发，2000，27（1）：76～83.
