定向射孔参数对压裂裂缝扩展规律的影响探究

2017-03-07李晖中石化中原石油工程有限公司地球物理测井公司射孔中心河南濮阳457001

化工管理 2017年36期

关键词：相位角射孔入射角

李晖（中石化中原石油工程有限公司地球物理测井公司射孔中心，河南濮阳 457001）

李晖（中石化中原石油工程有限公司地球物理测井公司射孔中心，河南濮阳 457001）

本文使用扩展有限元的办法对水压致使裂岩层的流固耦合模型开展研究，根据定向射孔的方位、定向射孔的长度以及定向射孔的相位角这三个参数，分析了压裂裂缝扩展规律当中定向射孔参数对其所造成的影响。希望能够为从事相关研究的工作人员带来有价值的参考。

定向射孔；参数；压裂裂缝；扩展规律

在使用射孔技术进行油气井勘探和挖掘的过程中，针对射孔参数的选择对于工程的顺利进行具有重要的影响。在使用射孔技术时，地层在远场地应力、射孔位置以及井筒效应三者的共同影响之下，压裂裂缝从射孔处开始进行延伸，并逐形成一道有曲率的裂纹。影响该裂纹的曲率大小的因素为射孔位置和平面最大应力夹角。因此，研究射孔位置与水平应力差对压裂裂缝延展的影响，对于在日常工作当中正确指导射孔技术的数据优化起到了十分重要的作用。

1 水利压裂拓展有限元模型简介

构建定向射孔裂纹拓展模型，为了保障计算的准确性，本文使用四节点矩形单元对模型开展网络划分，同时使用沙漏控制计算的收敛性。在该模型的圆边，是呈现出封闭状态的界限，射孔入射角度的可选取值范围为0°-90°。在岩层裂纹当中，其流体符合连续性方程。最后，在针对实验数据进行分析的过程中，不对流体的滞后现象进行考虑。井筒在实验的过程中，受到了孔隙压力、流体压强以及水平方向的地层应力。

2 定向射孔参数对裂缝延展的影响分析

2.1 实验验证

为了保障实验结果的准确，本文选择了60°的方位角射孔开展模拟实验。从实验结果当中不难发现，实验最终结果和裂纹的形态之间有着较强的匹配性。裂纹首先从射孔孔眼的位置进行开裂，并且沿着最大应力的方向进行延伸，构成一道拥有一定弯曲幅度的裂纹。

2.2 定向射孔参数对实验结果的影响分析

2.2.1 射孔位置对裂缝延展规律的影响分析

从实验结果当中可以发现，射孔的入射角度对于裂纹的开裂位置以及裂纹的最后形态将会产生很大的影响。基于该实验当中所展现出的结果，针对需要形成显著裂纹转向的裂缝，通常情况下，其有效射孔入射角角度为30°-60°范围之间。所以，本文分析模拟了在30°以及60°入射角条件当中，地下缝隙压力、裂缝当中流体压强、裂缝宽度以及裂缝长度随时间变化之间的关联性。从实验结果当中可以发现，在30°和60°的射入角条件下，裂纹周边以及地下压力均为出现显著的变化。在裂纹向内侧转移时，地层压力逐渐升高，并达到最大值，与裂缝接近的区域表现出尖核状态的应力分布。与裂缝相隔较远的区域，其应力呈现椭圆形状样式分布。并且从实验数据当中还可以发现，如果距离裂缝越远，地层所受到的压力也会变得更低。

在裂缝当中，流体压强伴随着裂纹出现的时间增加而迅速增长，当其达到地层破裂压力的临界点之后，流体压强便会快速下降，最终走向平衡。详细实验数据为：在实验进入到0-15s时，在井筒周围。60°射孔裂纹当中的流体压强超过30°射孔裂纹当中的流体压强。该数据直接证明了射孔入射角越大，地层产生破裂所需要的应力也就会越大。

2.2.2 射孔长度对对裂缝延展规律的影响分析

合理的射孔长度能够帮助其穿越污染区域，降低井筒效应对裂缝延伸所产生的影响。选择射孔长度和井筒半径之间的比例值，计算射孔长度对裂纹延展所造成的影响。在该实验当中，工开展了6个计算模型的模拟，其比例值以此为1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0射孔入射角均为45°。实验结果显示，射孔长度和井筒半径之间所呈现的比例值越高，需要重新进行定向的距离就会越长。同时在转向位置产生直径较大的裂缝，能够帮助工作人员进行压裂液流入以及支撑剂的补充。

2.2.3 射孔相位角对裂缝延展规律的影响分析

在开展压裂施工作业时，为了让压裂效果得到保障，通常会选择相对较小的相位角。例如在本实验当中，若相位角为30°，先延伸的裂缝会对之后延伸的裂缝产生极强的抑制效果，逼迫射孔位置较大的裂缝出现无规律性的方向变化，由此使其无法产生有效的裂缝。若射孔相位角为45°，那么该裂缝的干扰效果便会明显减小。在同样的施工作业周期当中，射孔方位角更低的裂缝延伸长度超过射孔相位角相对更大的裂纹。凭借上述分析后不难发现，在针对压力进行设计的过程中，必须要基于工程的实际情况进行射孔相位角的选取。若相位角过大或者过小，都会产生极强的摩擦阻力，不利于接下来施工作业的顺利开展。