重复压裂应力场变化规律研究与应用.ppt

三 **井应力场分布 3.2生产引起的应力变化模型 在油气开采过程中，随着油气的不断采出，导致储层孔隙流体压力的不断变化。需要考虑多孔介质变形与孔隙流体流动的耦合作用。 一方面要引起岩石骨架应力重新分布，导致储层岩石骨架的变形，体积变化，引起岩石特性发生变化，如油藏的物性参数，特别是孔隙率、渗透率和孔隙压缩系数发生变化； 另一方面，这些变化又反过来影响储层流体在孔隙空间的流动和压力的分布。 由此可以看出，流体渗流和岩石变形相互影响、相互制约，是一个有机的动态统一体，在开发生产中处于动态平衡。 三 **井应力场分布 油气井压裂后，孔隙压力在前次裂缝周围成椭圆形状分布，随着油气生产的进行，孔隙压力在裂缝周围的分布将很不均匀，从而改变了地层中裂缝周围的孔隙压力梯度，导致整个储层内的地应力重新分布。 人工裂缝 高导流能力裂缝周围的压力等值线 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 油气井生产过程中，流体从孔隙中流出，降低了地层孔隙压力，储层岩石有发生体积收缩的趋势，因此，岩石体积收缩的趋势转化为地应力减小，从而降低了地应力。 将流固耦合理论引入重复压裂井应力场的研究中，研究油井压裂后，开采过程中的流固耦合问题，分析在人工裂缝存在的情况下，储层的应力应变特征、孔渗特性变化规律、裂缝中流体压力的变化，以及对应力场变化的影响。 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 应力平衡方程（6个方程）： 应力应变模型：假设岩石为具有小变形的弹性介质，储集层和流体等温。应力—应变模型由基于弹性理论的三个基本关系式组成：应力平衡关系、应变-位移关系和应变-应力-压力关系。 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 应变-应力-压力方程（6个方程）： 应变-位移方程（6个方程）： 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 流体流动模型 ：假设储集岩石为变形多孔介质，在油藏开发生产过程中，储集层和流体等温，油水两相渗流。 得到储层中油水两相的渗流控制方程，即流动模型： 油相： 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 水相： 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 裂缝中油水两相的渗流控制方程： 油相： 水相： 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 基于位移和孔隙压力的控制方程 3.2生产引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 3.3 邻井引起的应力变化模型 油田和实验室大量测试结果表明，井间干扰是影响应力重定向的重要因素，邻井对重复压裂井应力分布的影响主要体现在三个方面： 邻井人工裂缝 邻井生产活动 邻井注入活动 三 **井应力场分布 邻井压裂后产生的人工裂缝产生的诱导应力，改变了邻井周围应力场的分布，进而影响重复压裂井中的应力场；计算模型与重复压裂井人工裂缝计算模型相同。 邻井的生产过程中，由于储层中流体流动引起储层中的孔隙压力变化，导致储层岩石收缩或膨胀，从而改变整个储层中应力场分布；邻井压裂后生产过程中孔隙压力变化引起储层中应力场变化的耦合模型及求解模型，与重复压裂井的孔隙压力变化和应力场变化的耦合模型完全相同。 3.3 邻井引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 重复压裂井周围的注水井注入也会引起地应力变化，主要体现在两个方面： 一方面是注入水进入储层，增加了孔隙压力，引起地层容胀，产生孔隙弹性应力，从而增加总应力； 另一方面，由于注入水与储层岩石之间存在温度差，冷流体注入地层导致地层温度降低，引起岩石收缩，产生热弹性张应力，降低储层中的总应力。 3.3 邻井引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 下面采用孔隙弹性模型和热弹性模型来计算孔隙压力变化引起的孔隙弹性应力和注入水引起储层温度变化产生诱导热弹性应力，其物理模型见图 。 物理模型 3.3 邻井引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 孔隙压力方程 岩石温度 线性膨胀势能 径向应力 切向应力 3.3 邻井引起的应力变化模型 三 **井应力场分布 3.4 重复压裂井总应力分布模型 垂直裂缝井重复压裂前储层应力场分布主要由以下几个部分组成：原地应力、水力裂缝诱导应力、生产过程中引起的应力变化、邻井中人工裂缝产生的诱导应力影响、邻井生产过程中产生的应力变化影响、邻井注入引起的应力变化的影响。 因此，垂直裂缝井重复压裂前储层总的应力场大小为上述各部分应力叠加。 三 **井应力场分布 从而得到垂直裂缝井重复压裂前时间和空间上（x,y,z）的应力变化 最大水平主应力变化： 最小水平主应力变化： 剪切应力变化： 3.4