２００８年９月第２３卷第５期
西安石油大学学报（自然科学版）
ＪｏｍｍｌｏｆＸｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｓｅｐ．２００８
Ｖｄ．２３Ｎｏ．５
文章编号：１６７３—０６４Ｘ（２００８）０５－００４６—０３
水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究ＳｔｕｄｙＯｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｌａｗｓｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｍ－ｅｓｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ
李兆敏，蔡文斌，张琪，曲占庆
（中国石油大学（华东）石油工程学院，山东东营２５７０６１）
摘要：水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率，裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一．建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型，通过分析求解模型可以得出：井筒方位角不同，最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同，在井筒方位角为０。时最不容易起裂，而在井筒方位角为９０。时最容易起裂；对比分析了现有裂缝延伸模型，得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟；分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响，计算结果表明，当隔层与产层的应力差大于５ＭＰａ时，裂缝被限制在产层内．
关键词：水平井压裂；裂缝起裂；裂缝延伸；缝高控制
中图分类号：哪５７．１＋１文献标识码：Ａ
１９８５年Ｇｉｇｅｒ［１Ｊ首次提出了水平井压裂的概念，现在水平井压裂已经成为提高低渗透油气藏水平井产量的有效方式之一．与常规直井压裂相比，水平井井斜角较大，钻遇地层情况复杂，因此，水平井压裂裂缝起裂与裂缝延伸与直井有很大不同，对裂缝起裂及裂缝延伸规律的认识成为水平井压裂面临的主要问题之一Ｌ“Ｊ．
１水平井压裂裂缝起裂数学模型
裂缝的起裂压力不仅与水平井井筒方位角（水平井筒水平段轴向与最大水平主地应力之间的夹角）有关，还与井筒周围的岩石性质和井筒周围应力分布有关．预测与计算裂缝起裂可分为两步：①计算井筒周围的应力分布；②根据岩石破坏准则，当井筒应力大于岩石强度，裂缝起裂．
１．１水平井井筒应力分布数学模型
假设岩石处于线弹性状态，不考虑岩石与压裂液的物理化学作用，那么在水平井井筒处产生的应力满足迭加原理，水平井井筒处的总应力分布可以通过各因素产生的应力迭加得到，（压应力取正，拉应力取负）．根据坐标变换，在（ｚ，Ｙ，ｚ）坐标系水平井井筒周围的正应力和剪应力分量为
ｆｄ矗２盯Ｖ；
Ｉ呦＝ａＨｓｉｎＺｆｌ＋ａｒｈ００ｓ２卢；
．｛咳＝口Ｈ甜卢＋ａ：ｉｎ２／？；（１）
Ｉ‰＝（Ｏｒｈ—ａＨ）ｓｉｎｆｌｃｏｓｆｌ；
Ｌｒｘ，－ｙ２ｒ口＝０．
根据应力叠加，Ｍ．Ｍ．蜘ｎ［５】给出了斜井井筒应力分布计算模型，并根据斜井周围应力分布数学模型，经过推导得出柱坐标系下水平井井筒水平段任意一点（ｒ，口，ｚ）处的应力分布为
ｃｒｒ＝Ｐ。＋静（夕。一Ｐｐ）；
印＝一Ｐ。＋（ｄ矗＋码秽）一２（吼。一呦）ｃｏｓ２０—Ｋ（ｐ。一Ｐｐ）；
嚷＝一ｃ夕。＋％一ｌ，［２（呸。一呦）碰口］一Ｋ（ｐ，一Ｐ。）；
氇２２ａ弦ｅｏｓＯ；
收稿日期：２００７．０８—１３
基金项目：国家自然科学基金项目“水平井压裂改造及砾石充填防砂技术研究（编号：５０２７４０５５）”资助作者简介：李兆敏（１９６５．），男，教授，博士生导师，主要从事采油工程理论与技术方面的研究．
万方数据