地應(yīng)力和壓裂力學(xué)水力壓裂

地應(yīng)力與壓裂力學(xué)主要參考書目《油氣藏現(xiàn)今地應(yīng)力場評價方法及應(yīng)用》，地質(zhì)出版社，2007《地應(yīng)力與油氣勘探開發(fā)》，石油工業(yè)出版社，1997《采油工程》，石油工業(yè)出版社，2001《油井增產(chǎn)技術(shù)》（中文版），石油工業(yè)出版社，2003《巖石力學(xué)在石油工程中的應(yīng)用》，石油工業(yè)出版社，2006《油藏增產(chǎn)措施（第三版）》（中文版），石油工業(yè)出版社，2002《水力壓裂新進(jìn)展》（中文版），石油工業(yè)出版社，1995《油藏增產(chǎn)技術(shù)》（中文版），石油大學(xué)出版社，1991《水力壓裂原理》，石油工業(yè)出版社，1987

水力壓裂概念

水力壓裂：利用地面壓裂車組將一定粘度的液體以足夠高的壓力和足夠大的排量沿井筒注入井中。由于注入速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油氣層的吸收速度，所以多余的液體在井底憋起高壓，當(dāng)壓力超過巖石抗張強(qiáng)度后，油氣層就會開始破裂形成裂縫。當(dāng)裂縫延伸一段時間后，繼續(xù)注入攜帶有支撐劑的混砂液擴(kuò)展延伸裂縫，并使之充填支撐劑。施工完成后,由于支撐劑的支撐作用，裂縫不致閉合或至少不完全閉合，因此即可在油氣層中形成一條具有足夠長度、寬度和高度的填砂裂縫。此裂縫具有很高的滲濾能力，并且擴(kuò)大了油氣水的滲濾面積，故油氣可暢流入井，注入水可沿裂縫順利進(jìn)入地層，從而達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。壓裂第一步就是造縫一地應(yīng)力研究地應(yīng)力概述地應(yīng)力在水力壓裂施工中的應(yīng)用地應(yīng)力大小的確定地應(yīng)力方向的研究方法1地應(yīng)力概述

基本概念地應(yīng)力分類地應(yīng)力來源地應(yīng)力計算模型一地應(yīng)力研究1地應(yīng)力概述=+

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z地層巖石處于三維應(yīng)力狀態(tài)+壓應(yīng)力為正，拉張應(yīng)力為負(fù)有效應(yīng)力與孔隙壓力有效應(yīng)力：沉積巖石骨架所“承受”的地應(yīng)力?？紫秹毫Γ毫黧w所“承受”的力，也稱為地層壓力。

Tetzaghi:S=σ+Pb

Handin：S=σ+αPb

α——孔隙彈性系數(shù)；反映地層孔隙壓力對骨架應(yīng)力的影響程度。

Cb——地層體積壓縮系數(shù)；Cm——骨架體積壓縮系數(shù)古地應(yīng)力與現(xiàn)今地應(yīng)力古地應(yīng)力是地質(zhì)歷史時期中某時間的應(yīng)力狀態(tài)?，F(xiàn)今地應(yīng)力是指目前的地應(yīng)力狀態(tài)，是巖層再地質(zhì)歷史中經(jīng)過多期變形、破裂后（應(yīng)力集中、釋放）到目前還“剩余”的應(yīng)力。（工程研究主要應(yīng)用現(xiàn)今應(yīng)力）

基本概念垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力

基本概念

垂直地應(yīng)力主要與埋深有關(guān)。實測垂直應(yīng)力分量隨深度呈線性增加，其量值隨不同地區(qū)而有所差異。

根據(jù)H.K對世界上許多礦山和盆地的實測地應(yīng)力結(jié)果分析認(rèn)為，在25~2700m范圍內(nèi)，垂直應(yīng)力與隨深度線性增加，其增加率與一個地區(qū)巖層的平均密度相當(dāng)。

沉積盆地的水平地應(yīng)力分布具有如下特點（1）水平應(yīng)力隨埋深增大而增大；（2）兩個水平方向在無重力以外的其他來源時，兩者相同。當(dāng)增加了構(gòu)造應(yīng)力后，兩者存在差別，并具有方向性；（3）構(gòu)造活動區(qū)及淺層，水平應(yīng)力一般大于垂直應(yīng)力，而穩(wěn)定地臺區(qū)和深層，水平應(yīng)力小于垂直應(yīng)力，每個地區(qū)因構(gòu)造、地質(zhì)條件的不同，變化也不同。重力應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力與熱應(yīng)力

基本概念重力應(yīng)力（gravitystress）：指由于上覆巖層（overburden）的重量引起的地應(yīng)力分量，特別指由于上覆巖層的重量產(chǎn)生的水平應(yīng)力（horizontalstress）大小。構(gòu)造應(yīng)力(structuralstresses)：由構(gòu)造運(yùn)動在巖體中引起的應(yīng)力叫構(gòu)造應(yīng)力。在地質(zhì)力學(xué)中常把構(gòu)造應(yīng)力叫做地應(yīng)力，是指導(dǎo)致構(gòu)造運(yùn)動、形成各種構(gòu)造形跡的那部分應(yīng)力。

構(gòu)造應(yīng)力只有兩個水平主應(yīng)力，屬于水平的平面應(yīng)力狀。擠壓構(gòu)造力引起擠壓構(gòu)造應(yīng)力，張性構(gòu)造力引起拉張構(gòu)造應(yīng)力。彈性模量高的地層有較高的構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力在傳播過程中逐漸衰減。

熱應(yīng)力：熱應(yīng)力是指由于地層溫度發(fā)生變化在其內(nèi)部引起的內(nèi)應(yīng)力增量，熱應(yīng)力主要與溫度的變化和巖石剛度和熱學(xué)性質(zhì)有關(guān)。分層地應(yīng)力與地應(yīng)力場狀態(tài)殘余應(yīng)力指除去外力作用以后，尚殘存在巖石中的應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力很小，往往只有零點幾兆帕，所以常忽略不計。分層地應(yīng)力：是指按地層分層分別給出不同層位的地應(yīng)力值，非常重要的是給出相鄰地層的應(yīng)力差。地應(yīng)力場：地應(yīng)力在空間的分布情況。殘余應(yīng)力

基本概念

地應(yīng)力分類1971年加拿大第七屆巖石力學(xué)討論會上，對地應(yīng)力從礦山應(yīng)用的角度進(jìn)行了分類表6-1地應(yīng)力分類(據(jù)李志明，張金珠)分類依據(jù)分類定義地質(zhì)年代古地應(yīng)力泛指燕山運(yùn)動以前的地應(yīng)力，有時也特指某一地質(zhì)時期以前的地應(yīng)力現(xiàn)今地應(yīng)力目前存在或正在變化的地應(yīng)力成因原地應(yīng)力重力應(yīng)力指由于上覆巖層的重力引起的地應(yīng)力分量，特別指由于上覆巖層的重力所產(chǎn)生的應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究中，構(gòu)造應(yīng)力是指導(dǎo)構(gòu)造運(yùn)動、產(chǎn)生構(gòu)造變形、形成各種構(gòu)造行跡的那部分應(yīng)力；在油田應(yīng)力場的研究中，構(gòu)造應(yīng)力常指由于構(gòu)造運(yùn)動引起的地應(yīng)力的增量。構(gòu)造應(yīng)力是導(dǎo)致水平方向兩個主應(yīng)力不相等的根本原因熱應(yīng)力由于地層溫度發(fā)生變化在其內(nèi)部引起的內(nèi)應(yīng)力增量，熱應(yīng)力主要與溫度的變化和巖石熱學(xué)的性質(zhì)有關(guān)擾動應(yīng)力是指由于地表和地下加載或減載及開挖等，引起原地應(yīng)力發(fā)生改變所產(chǎn)生的應(yīng)力。在油田應(yīng)力場的研究中，是指鉆井、油氣開采、注水、注氣等在地層中產(chǎn)生的地應(yīng)力增量應(yīng)力方向垂向主應(yīng)力地殼中主要由重力應(yīng)力構(gòu)成、基本上呈垂直向的主應(yīng)力水平主應(yīng)力主要由地殼中巖石側(cè)向應(yīng)力和水平向構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)成，基本上呈水平向的主應(yīng)力

地應(yīng)力分類

地應(yīng)力來源

地應(yīng)力來源復(fù)雜，一般認(rèn)為主要由通常認(rèn)為上覆巖層重力、孔隙壓力、構(gòu)造活動等多方面構(gòu)成。地應(yīng)力上覆巖層重力（垂向應(yīng)力）主要取決于埋深和巖石的體積密度：上覆巖層重力應(yīng)力

由于受到垂向“擠壓”作用，使得巖石要發(fā)生橫向變形，在地層中巖石變形受限，垂向應(yīng)力“誘導(dǎo)”出橫向的水平應(yīng)力：由廣義虎克定律:總應(yīng)變:由于周圍巖石的圍限作用:考慮孔隙流體壓力后的地層水平應(yīng)力:上覆巖層重力應(yīng)力

構(gòu)造應(yīng)力多次復(fù)雜的地殼運(yùn)動，使地下產(chǎn)生了極其復(fù)雜的不同形態(tài)、不同方位、不同性質(zhì)、不同等級以及不同次序的構(gòu)造形跡，就是說構(gòu)造應(yīng)力場實質(zhì)上是隨時間演化的、非穩(wěn)定應(yīng)力場。按時期，構(gòu)造應(yīng)力場可劃分為古構(gòu)造應(yīng)力場和現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場。就其研究范圍而言，構(gòu)造應(yīng)力場又可分為局部構(gòu)造應(yīng)力場（某一構(gòu)造單元的應(yīng)力分布規(guī)律）、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場（某一地區(qū)的應(yīng)力分布規(guī)律）及全球構(gòu)造應(yīng)力場。由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，使得原地應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生很大的變化，最大水平地應(yīng)力有可能超過上覆巖層壓力。

地應(yīng)力來源構(gòu)造應(yīng)力的作用效果高構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境

地應(yīng)力來源

油田斷塊處于板塊內(nèi)部，其應(yīng)力場受到板塊構(gòu)造運(yùn)動的控制，這種由區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生和控制的應(yīng)力場稱之為區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場。區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動具有較強(qiáng)的方向性，并以產(chǎn)生水平附加應(yīng)力為主，它使大范圍的應(yīng)力場的方向趨于一致并增大兩水平應(yīng)力之間的差值。構(gòu)造運(yùn)動越強(qiáng)烈，平面應(yīng)力場的分布規(guī)律性越強(qiáng)，方向越穩(wěn)定。同時，局部地質(zhì)構(gòu)造可對區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場產(chǎn)生較大的改造作用，局部地質(zhì)構(gòu)造的作用越強(qiáng),局部應(yīng)力場與區(qū)域應(yīng)力場之間的差異越大，方向變化也越大

局部應(yīng)力場與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的關(guān)系

地應(yīng)力來源

地層彎曲派生的應(yīng)力

由于構(gòu)造應(yīng)力作用，巖層彎曲，在中性面上派生拉張應(yīng)力，中性面以下為擠壓應(yīng)力，應(yīng)力大小與巖層彎曲程度有關(guān)。評價巖層彎曲程度的指標(biāo)為曲率。曲率與派生應(yīng)力的關(guān)系：

構(gòu)造主曲率與井所處的位置有關(guān)?？梢酝ㄟ^趨勢面分析法，利用構(gòu)造圖上的各點x，y坐標(biāo)及高程數(shù)據(jù)，可建立正歸方程來求取。

地應(yīng)力來源熱應(yīng)力

盆地中因侵入體的局部熱作用、斷裂帶的熱液影響及地層中礦物轉(zhuǎn)化過程中的熱釋放等，能夠引起局部應(yīng)力的增加。工程因素：鉆井泥漿循環(huán)、注水等也可以誘導(dǎo)產(chǎn)生熱應(yīng)力使得井眼附近的應(yīng)力發(fā)生變化。其它應(yīng)力

塑性泥巖、鹽巖、石膏的“流動”可能使地應(yīng)力“軟化”，造成地應(yīng)力狀態(tài)“趨同”，并有可能達(dá)到與巖層靜壓力相當(dāng)。巖石中的礦相變引起的局部應(yīng)力變化，如礦物體積的改變等。

地應(yīng)力來源地應(yīng)力計算模型

對于構(gòu)造平緩地區(qū)，其水平主地應(yīng)力主要來自于上覆地層壓力，另一部分來源于地質(zhì)構(gòu)造力，此時分層地應(yīng)力計算模型為：對于構(gòu)造運(yùn)動比較劇烈地區(qū)，水平主地應(yīng)力的很大部分來源于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生的構(gòu)造地應(yīng)力，不同性質(zhì)的地層由于其抵抗外力的變形特點不同，因而其承受的構(gòu)造力也是不同的，根據(jù)組合彈簧的構(gòu)造運(yùn)動模型推導(dǎo)出的分層地應(yīng)力計算模型為：對于大多數(shù)地層均為傾斜地層，其地層具有一定傾角和方位角。此時，考慮地層傾角和上傾方位角的地應(yīng)力計算模型為：黃氏模型

微分模型

地應(yīng)力計算模型2地應(yīng)力在壓裂施工中的應(yīng)用一地應(yīng)力研究

地應(yīng)力與壓裂施工設(shè)計地應(yīng)力剖面與射孔方案地應(yīng)力與壓裂增產(chǎn)效果及施工規(guī)模地應(yīng)力場與整體壓裂最小水平主應(yīng)力剖面與壓裂方式的選擇地應(yīng)力的值與壓裂施工壓力和破裂壓力

地應(yīng)力與壓裂液的選擇

主要表現(xiàn)在對壓裂液的摩阻和壓裂液的流變性要求上。地面施工泵壓恒定時，最小主應(yīng)力越大，要求摩阻壓力越小。降低施工摩阻，一是降低施工排量，二是進(jìn)一步降低壓裂液的粘度。施工摩阻的降低是有一定限度的：排量太低，增加脫砂風(fēng)險；降低壓裂液粘度，懸砂性會降低，閉合裂縫得不到很好支撐，增產(chǎn)效果將變差。

壓裂液的流變參數(shù)中，壓裂液在水力裂縫內(nèi)流動時剪切速率γ及流動粘度μ的設(shè)計與地應(yīng)力大小有關(guān)：

地應(yīng)力與壓裂施工設(shè)計

地應(yīng)力與支撐劑的選擇

當(dāng)?shù)貞?yīng)力(尤其是最小主應(yīng)力值)較高、地層較硬(即巖石楊氏模量高、泊松比小)時，人工裂縫中的支撐劑容易被壓碎。當(dāng)?shù)貞?yīng)力較高，而地層較軟(巖石楊氏模量小、泊松比大)時，人工裂縫中的支撐劑容易被嵌入地層。延長常用石英砂導(dǎo)流能力測試延長常用陶粒導(dǎo)流能力測試

支撐劑嵌入后顯微鏡成像支撐劑嵌入破碎

地應(yīng)力與壓裂施工設(shè)計

施工排量Ｑ必須大于地層吸液速度Ｑ′，即最小極限排量又因為Pf≥σh，所以

地層破裂前，施工排量與最小主應(yīng)力成正比，破裂后施工排量增加幅度減緩，基本上程平緩狀態(tài)。

地應(yīng)力與施工排量

地應(yīng)力與壓裂施工功率

施工功率與施工排量成正比，與施工壓裂也成正比，也就是說最小主應(yīng)力越大，壓裂施工所需的功率也增加。

地應(yīng)力與壓裂施工設(shè)計最小水平主應(yīng)力剖面與裂縫模擬

不同的地應(yīng)力剖面，對于壓裂縫高、裂縫是否穿層影響較大。

地應(yīng)力與壓裂施工設(shè)計地應(yīng)力剖面與地質(zhì)剖面相結(jié)合選擇合理射孔井段，確定隔層、遮擋層最大水平主應(yīng)力方向與射孔扎眼方位夾角對破裂壓力的影響夾角(度)射孔與最大主應(yīng)力夾角與破裂壓力的關(guān)系沿80°射孔時裂縫擴(kuò)展路徑破裂壓力隨孔密的變化關(guān)系破裂壓力隨射孔深度的關(guān)系地應(yīng)力剖面與射孔方案

最小水平主應(yīng)力剖面對壓裂增產(chǎn)效果的影響最小水平主應(yīng)力剖面對壓裂施工規(guī)模的影響地應(yīng)力與壓裂增產(chǎn)效果及施工規(guī)模地應(yīng)力場與整體壓裂方案

整體壓裂開發(fā)技術(shù)是把具有一定縫長、導(dǎo)流能力和方位的裂縫團(tuán)置于油藏模型中，預(yù)測其在生產(chǎn)開發(fā)過程中對產(chǎn)量、掃油效率等發(fā)生的一系列動態(tài)變化，研究其與不同地層條件的相互協(xié)調(diào)、相互匹配問題，找出其最佳狀態(tài)。油氣藏整體壓裂時，人工裂縫的走向、長度、形狀對開發(fā)方式、開發(fā)井網(wǎng)、井網(wǎng)密度等參數(shù)均有較大影響；而人工裂縫的走向、長度、形狀以及壓裂施工工藝參數(shù)的確定就取決于地應(yīng)力的大小和方向，所以如何根據(jù)地應(yīng)力布置油水井網(wǎng)在提高油井產(chǎn)能同時，最大可能提高油藏?zé)o水采收率及最終采收率非常重要。最小水平主應(yīng)力剖面與壓裂方式的選擇分層壓裂限流法壓裂合層壓裂3地應(yīng)力大小的確定

基本分類礦場測定方法巖心室內(nèi)實驗測定方法地應(yīng)力計算一地應(yīng)力研究按獲取原理分

直接法:

地應(yīng)力可以通過測量巖石的破裂壓力直接測量。

間接法:

通過測量巖石的變形和物性變化來反演地應(yīng)力.按測量內(nèi)容分

絕對值測量:

巖層實際承受地應(yīng)力大小與方向。

相對值測量:

測量固定地點巖石應(yīng)力狀態(tài)隨時間變化?；痉诸惏囱芯糠椒ǚ?/p>

礦場應(yīng)力測量方法：水力壓裂、井壁崩落、長源距聲波、地面電位法、井下微地震波法和套心應(yīng)力解除等。

可得到較準(zhǔn)確的地應(yīng)力測量結(jié)果，定量描述應(yīng)力場。

利用地質(zhì)和地震資料進(jìn)行定性分析的方法：如火山頸、斷層類型、油井井眼穩(wěn)定情況、取心收獲率、地形起伏、地質(zhì)構(gòu)造、震源機(jī)制等。

可定性給出大范圍應(yīng)力場的分布，很難進(jìn)行精確的應(yīng)力場描述。

巖心測量：差應(yīng)變分析，波速各向異性測定，滯彈性應(yīng)變分析，聲發(fā)射（Kaiser效應(yīng)）測定等。該類方法只能給出地應(yīng)力相對于巖心的方位，難以給出巖心在地下原位；巖心測量時很難完全模擬井下條件，而且?guī)r心采樣深度也不太精確。

地應(yīng)力計算：地應(yīng)力場有限元數(shù)值模擬、地應(yīng)力剖面解釋、鉆進(jìn)參數(shù)反演和長源距聲波測井自適應(yīng)方法計算等?；痉诸愃毫汛_定地應(yīng)力

水力壓裂法是目前最準(zhǔn)確的地應(yīng)力測試方法(主要是指最小水平主應(yīng)力和地應(yīng)力方向)，它的結(jié)果往往作為檢驗其他方法精度的標(biāo)準(zhǔn)。礦場測試確定地應(yīng)力大小

水力壓裂壓力典型曲線

破裂壓力Pf

：壓力最高點，反映液柱壓力克服地層的強(qiáng)度使其破裂，形成裂縫，壓裂液向裂縫(crack)中充填，其后壓力下降。

延伸壓力Ppro：壓力趨于穩(wěn)定，使裂縫向遠(yuǎn)處延伸。

瞬時停泵壓力Ps：當(dāng)裂縫延伸到離開井壁應(yīng)力集中區(qū)（6倍井眼半徑）以外時進(jìn)行瞬時停泵。記錄下停泵時瞬時停泵壓力Ps。由于此時裂縫仍張開，應(yīng)與最小地應(yīng)力值相平衡，即Ps=。

裂縫重張壓力Pr：使閉合的裂縫重新張開的壓力與破裂壓力Pf相比不需要克服巖石抗拉強(qiáng)度，因此可以近似認(rèn)為破裂層抗拉強(qiáng)度等于這兩個壓力的差。即：地層存在大量微裂隙時，地層破裂壓力并不比延伸壓力有明顯升高。礦場測試確定地應(yīng)力大小

井壁崩落法確定地應(yīng)力典型“井壁崩落”照片

鉆井過程中，井壁出現(xiàn)的應(yīng)力崩落和應(yīng)力培塌都是由于井壁附近應(yīng)力集中產(chǎn)生剪切破壞的結(jié)果，應(yīng)力崩落和應(yīng)力垮塌的方向與區(qū)域最小水平主應(yīng)力方向一致。崩落方向與地應(yīng)力關(guān)系礦場測試確定地應(yīng)力大小井徑測井曲線與井眼幾何形態(tài)井壁崩落時的實測測井曲線礦場測試確定地應(yīng)力大小根據(jù)井眼幾何形態(tài)計算地應(yīng)力大小礦場測試確定地應(yīng)力大小

滯彈性應(yīng)變恢復(fù)法滯彈性應(yīng)變恢復(fù)法是利用巖石的彈性后效，從現(xiàn)場取出巖心后，當(dāng)巖心的恢復(fù)應(yīng)變穩(wěn)定后，測量巖心不同方位的應(yīng)變釋放量，這種應(yīng)變增加可以延續(xù)幾十個小時，被稱為滯彈性應(yīng)變恢復(fù)。根據(jù)滯彈性應(yīng)變恢復(fù)曲線，可以反演地應(yīng)力的大小和相對于巖心的地應(yīng)力方向。實驗室測確定地應(yīng)力

差應(yīng)變分析法地層中巖石處于三向地應(yīng)力作用下，為壓縮狀態(tài)。進(jìn)行取心時巖心產(chǎn)生彈性應(yīng)力釋放，從而在應(yīng)力最大方向上變形最大，而在應(yīng)力最小方向上變形最小。把已發(fā)生應(yīng)力釋放的巖心，在垂直平面和兩個水平平面上貼上應(yīng)變片，并放置于高壓容器中，在三向應(yīng)力相等的條件下，進(jìn)行恢復(fù)性的加載。在加載過程中，三個方向的應(yīng)變量出現(xiàn)差異。在原始應(yīng)力最大的方向上應(yīng)變量最大，在原始應(yīng)力最小的方向上應(yīng)變量最小。通過測試上述巖心各方向的應(yīng)變之差，就可以知道這塊巖心在地層中所受的應(yīng)力狀態(tài)。

聲發(fā)射法聲發(fā)射是一種巖石內(nèi)部缺陷或潛在缺陷在外部條件作用下改變狀態(tài)而自動發(fā)聲的現(xiàn)象。巖石的聲發(fā)射現(xiàn)象最重要的特征是其對受過的應(yīng)力履歷的一種“記憶”效應(yīng)，這種效應(yīng)被稱作巖心的凱塞爾效應(yīng)。當(dāng)巖石受力變形時，巖石中原來存在的或新產(chǎn)生的裂紋周圍地區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)變能較高，當(dāng)外力增加到一定大小時，在有裂縫的缺陷地區(qū)發(fā)生了微觀屈服或變形，裂縫擴(kuò)展，從而使應(yīng)力松弛，儲藏的一部分能量將以彈性波(聲波)的形式釋放出來?？梢越邮者@種彈性波，結(jié)合加載資料來分析巖心的原地應(yīng)力狀態(tài)。這種測量方法不僅可以測得地應(yīng)力的大小，而且還可以通過定向取心或用古地磁等方法對巖心進(jìn)行定向來獲取原地應(yīng)力方向。

實驗室測確定地應(yīng)力圍壓下聲發(fā)射法測量地應(yīng)力流程圖實驗室測確定地應(yīng)力

聲發(fā)射試驗巖心取樣示意圖聲發(fā)射測試曲線實驗室測確定地應(yīng)力用測井資料估算應(yīng)力

利用聲波時差及密度測井資料計算地層的泊松比、楊氏模量、剪切模量、體積模量等力學(xué)參數(shù)，帶入相應(yīng)的地應(yīng)力計算模型，可以間接確定地應(yīng)力值。但是與實際值有一定偏差，需在應(yīng)用中修正。地應(yīng)力計算確定地應(yīng)力大小

巖體結(jié)構(gòu)及礦物組分不同，彈性波的傳播速度也不同。而不同礦物組分和不同結(jié)構(gòu)的巖石，其強(qiáng)度特性也不同。因此，聲波速度的快慢能反映出巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。綜合利用巖心實驗結(jié)果、測井資料、壓裂資料計算分層地應(yīng)力利用測井資料獲取地應(yīng)力、大量巖石力學(xué)動態(tài)參數(shù)室內(nèi)實驗獲取巖石力學(xué)靜態(tài)參數(shù)建立巖石力學(xué)參數(shù)的動靜態(tài)相關(guān)關(guān)系大量巖石力學(xué)靜態(tài)參數(shù)測井資料、試井資料獲取的儲層參數(shù)建立分層地應(yīng)力解釋校核模型，獲取單井縱向應(yīng)力剖面地應(yīng)力計算確定地應(yīng)力大小

巖石力學(xué)靜態(tài)參數(shù)測定利用高溫高壓巖石三軸試驗儀器測定靜態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)。靜態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)剖面獲取實驗獲取的靜態(tài)力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)點有限測井所得的動態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)連續(xù)、不能用于工程計算地應(yīng)力計算確定地應(yīng)力大小

利用測井資料獲取動態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)地應(yīng)力計算確定地應(yīng)力大小樊學(xué)區(qū)塊巖石動、靜態(tài)力學(xué)參數(shù)相關(guān)性

樊學(xué)區(qū)塊巖石靜態(tài)力學(xué)參數(shù)剖面地應(yīng)力計算確定地應(yīng)力大小定邊樊學(xué)分層地應(yīng)力計算模型

認(rèn)為在一個區(qū)塊內(nèi)，構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)是一個恒定值，不與位置相關(guān)。應(yīng)用組合彈簧的地應(yīng)力模型

模型中：孔隙壓力Pp、巖石靜態(tài)泊松比、巖石靜態(tài)彈性模量E可以通過室內(nèi)實驗和測試資料得到；只有最大水平方向上的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)KＨ和最小水平主應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)Kｈ與具體的區(qū)塊有關(guān)的未知數(shù)。

關(guān)鍵：利用壓裂施工的監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定最大水平主應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)

KＨ、最小水平主應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)

Kh。

地應(yīng)力計算確定地應(yīng)力大小通過擬合,樊學(xué)區(qū)塊最大水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)為3.281×10-7m-1，最小水平主應(yīng)力方向的構(gòu)造系數(shù)為8.474×10-8

m-1，代入模型公式，即得到該區(qū)塊的地應(yīng)力模型：地應(yīng)力計算確定地應(yīng)力大小典型井地應(yīng)力剖面

定4991-1WJ井地應(yīng)力剖面定4835井地應(yīng)力剖面

產(chǎn)隔層的應(yīng)力差不大，縫高不容易控制。4地應(yīng)力方向研究方法

水力壓裂法井壁崩落法波速各項異性發(fā)測井法粘滯剩磁法一地應(yīng)力研究

水力壓裂法地應(yīng)力方向的研究方法

裂縫方向總是垂直于最小主應(yīng)力，確定了水力壓裂裂縫的方位就可以確定地應(yīng)力的方向。

x

z

y

y

x

z

x

z

y——當(dāng)

z最小時，形成水平裂縫?！?dāng)

x或

y<

z，形成垂直裂縫。井壁崩落橢圓法確定地應(yīng)力方向

主要利用油田四臂井徑測井得到的大量測井曲線，解釋井壁崩落形成的橢圓井眼的方位而確定地應(yīng)力方向。

波速各向異性

當(dāng)巖心從地下取出時，應(yīng)力釋放會在巖石中產(chǎn)生許多微小的裂隙，由于在最大水平地應(yīng)力方向上巖心的松弛變形最大，因此，這些小裂隙將趨向于垂直最大水平主應(yīng)力方向。微小裂隙的存在使得聲波在巖心的不同方向上傳播的速度不同，有明顯的各向異性特征。巖石在原地層中所受應(yīng)力大的方向上聲波傳播速度慢，反之在所受應(yīng)力較小的方向上，聲波傳播速度則較快，據(jù)此判定地應(yīng)力方向。地應(yīng)力方向的研究方法

粘滯剩磁法確定主應(yīng)力方向

巖石中往往含有鐵磁性礦物，因而巖石剩余磁特征及其變化嚴(yán)守鐵磁學(xué)的一般規(guī)律。任何巖心所處的地層或巖石在其形成時或稍后,都會受到地球偶極子場引起的(它的磁軸線與地理軸呈11.5°)磁場磁化,且與當(dāng)時的古磁場方向一致,此即原生剩磁。隨著地層的變遷和時間的推移,巖心所處的地層或巖石又受到新的地磁場磁化,這時巖心及所處的地層或巖石又具有了次生的剩磁或叫粘滯剩磁(VRM)。

古地磁巖心定向方法就是利用古地磁儀來分離和測定巖心的磁化變遷過程,用Fisher統(tǒng)計法確定與巖心對應(yīng)的不同地質(zhì)年代的磁北極與地理北極的方向,以便恢復(fù)巖心在地下所處的原始方位。地應(yīng)力方向的研究方法

根據(jù)測井資料確定地應(yīng)力方向

地應(yīng)力方向的研究方法

采用地層微電阻率掃描（STAR-II）及井周聲波電視（CBIL）測井技術(shù)對產(chǎn)層段進(jìn)行裂縫測井，獲得地層及裂縫的產(chǎn)狀、井眼的橢圓變形情況，進(jìn)而研究地應(yīng)力方向。圖6-18

計算模型及模擬效果圖地應(yīng)力場的模擬計算破裂壓力裸眼井破裂理論水平井以及斜井的破裂理論射孔對壓裂的影響天然裂縫發(fā)育儲層破裂壓力儲層傷害對破裂壓力影響酸處理對水力壓裂的影響2.裂縫形態(tài)二壓裂力學(xué)

人工裂縫方位顯裂縫地層很難出現(xiàn)人工裂縫。微裂縫地層—垂直于最小主應(yīng)力方向；—基本上沿微裂縫的方向發(fā)展，把微裂縫串成顯裂縫。裂縫方向總是垂直于最小主應(yīng)力1裸眼井破裂理論裂縫起裂的力學(xué)準(zhǔn)則裂縫的力學(xué)特征分類

固體中的裂縫按其受力形式可以分為三種不同的模型。如圖所示：線彈性斷裂的基本理論

Griffith斷裂強(qiáng)度理論：裂紋擴(kuò)展單位面積釋放的應(yīng)變能大于形成其自由表面所需要的能量，裂紋就會失穩(wěn)擴(kuò)張。能量釋放率斷裂理論：單位面積彈性系統(tǒng)擴(kuò)展所釋放的能量大于裂紋單位面積擴(kuò)展所需消耗的能量，裂紋就會失穩(wěn)擴(kuò)張。應(yīng)力強(qiáng)度因子理論：裂紋尖端實際的應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展時材料的臨界值時，裂紋就會失穩(wěn)擴(kuò)展。復(fù)合型裂縫的脆性斷裂理論

最大拉應(yīng)力理論：裂縫的初始擴(kuò)展方向?qū)⑹侵芟蛘龖?yīng)力σθ的最大值方向；裂縫擴(kuò)展是由于最大周向應(yīng)力達(dá)到了臨界值。

能量釋放率理論：裂縫沿著能產(chǎn)生最大能量釋放率的方向擴(kuò)展；裂縫擴(kuò)展是由于最大能量釋放率達(dá)到了臨界值而產(chǎn)生的。

最小應(yīng)變能密度因子理論：裂縫沿著應(yīng)變能密度因子最小的方向開始擴(kuò)展；裂縫擴(kuò)展是由于最小應(yīng)變能密度因子達(dá)到了材料相應(yīng)的臨界值。

破裂壓力梯度定義

理論計算礦場統(tǒng)計當(dāng)αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂縫當(dāng)αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂縫

破裂壓力

儲層破裂時對應(yīng)的井底壓力。y井壁最終應(yīng)力分布rxr

Rw

x

y井筒及原地應(yīng)力壓裂液內(nèi)壓壓裂液濾滲井壁受力1裸眼井破裂理論井筒以及原地應(yīng)力引起的應(yīng)力分布

x、

y—x方向和y方向上應(yīng)力，Pa；

r、

—徑向和周向（切向）應(yīng)力，Pa；

，r—任意徑向與x軸的極角和極徑，m；

r

—計算點剪切應(yīng)力，Pa。1裸眼井破裂理論當(dāng)r=rw，＝0及180時，

＝3y－

x當(dāng)r=rw，＝90及270時，

＝3x－

y1裸眼井破裂理論當(dāng)

x=

y

＝2y=2

x

說明周向應(yīng)力相等，與無關(guān)當(dāng)

x>

y(

)0,180=(

)min(

)90，270=(

)max分析隨r增加，

迅速降低(平方次)

應(yīng)力集中(周向應(yīng)力在井壁處最大,這是破裂壓力大于延伸壓力的根本原因.)PF>PE對稱雙翼裂縫1裸眼井破裂理論向井筒注液產(chǎn)生的應(yīng)力分布當(dāng)re

，Pe

=0且re>

rw于是r=rw時，

＝-Pi彈性力學(xué)拉梅公式(拉應(yīng)力為負(fù))壓裂液滲入地層引起的井壁應(yīng)力1裸眼井破裂理論井壁上的總周向應(yīng)力(應(yīng)力迭加原理)

＝地應(yīng)力+井筒內(nèi)壓+滲濾引起的周向應(yīng)力根據(jù)最小主應(yīng)力原理

—當(dāng)

z最小時，形成水平裂縫;—當(dāng)

Y或

x>

z，形成垂直裂縫。

z

x

y

y

x

z1裸眼井破裂理論

破裂壓力形成垂直縫

巖石破壞條件－最大有效周向應(yīng)力大于水平方向抗拉強(qiáng)度有液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF無液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF

破裂壓力1裸眼井破裂理論形成水平縫巖石破壞條件－最大有效周向應(yīng)力大于垂直方向抗拉強(qiáng)度有液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：當(dāng)破裂時，Pi=PF1.94

破裂壓力無液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：當(dāng)破裂時，Pi=PF0.94

破裂壓力井軸方位及原地應(yīng)力坐標(biāo)變換σhψβzxσHyσvσHσxyxyzσzyσzzσzxσxxσyyσyzσyxσxz原地應(yīng)力狀態(tài)與井眼空間產(chǎn)狀井眼坐標(biāo)與原地應(yīng)力坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前后的原地應(yīng)力狀態(tài)與井眼空間產(chǎn)狀的示意圖2水平井及斜井破裂理論井壁處的應(yīng)力σvσHσhσzψββψz123x1y1z1yxrθAAPwrwrσyyσxxθσzσrσθσθ井筒A-A截面建立直角坐標(biāo)系（x，y，z）和柱坐標(biāo)系（r，θ，z）。oz軸對應(yīng)于大位移井井軸，ox和oy軸位于與井軸垂直的平面內(nèi)，應(yīng)力變換

主地應(yīng)力坐標(biāo)系（1，2，3）按圖所示的方式旋轉(zhuǎn)到坐標(biāo)系（x，y，z），兩個坐標(biāo)系之間存在以下應(yīng)力轉(zhuǎn)換關(guān)系坐標(biāo)系（x，y，z）中正應(yīng)力和剪應(yīng)力分量為井孔應(yīng)力分布井筒內(nèi)壓引起的應(yīng)力壓裂液滲濾效應(yīng)引起的應(yīng)力

井壁處總應(yīng)力分布起裂壓力yzxr

圖3-3

裂縫起裂方位和起裂角破裂壓力初始斷裂應(yīng)處于z-

平面內(nèi)且最大拉伸應(yīng)力為：

滿足下式的

0就是井壁發(fā)生拉伸破裂時的裂縫方位角，如圖所示。

根據(jù)裂縫起裂準(zhǔn)則:

裂縫在井壁上的起裂角γ與最小拉伸主應(yīng)力方向相同。如上圖所示，裂縫起裂角γ為：

裂縫起裂角γ存在兩個可能解：

顯然其中之一才是產(chǎn)生最小拉應(yīng)力的方向?？紤]最大拉應(yīng)力函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)：

根據(jù)函數(shù)極值定義，與F>0相對應(yīng)的

就是裂縫起裂角的真實值。起裂角井筒壓力Pw賦初值根據(jù)式（3-3），計算坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換應(yīng)力分量根據(jù)式（3-9），計算裸眼井筒周圍總應(yīng)力分布利用式（3-12），計算最大拉應(yīng)力

max根據(jù)式（3-13），二分法確定起裂方位角

0數(shù)據(jù)準(zhǔn)備Pw＝Pw＋

P滿足式（3-14）？確定起裂壓力Pw、起裂角

結(jié)束NY不同應(yīng)力比下的起裂壓力與井斜角的關(guān)系

起裂壓力隨井斜角的增大而下降，水平應(yīng)力差越大，起裂壓力越高。水平井和垂直井起裂壓力比較

水平井隨著方位角的增加，破裂壓力增加。存在一個臨界方位角，當(dāng)超過該值以后，水平井的起裂壓力高于直井的起裂壓力。

通常斜井井筒與地層最大主應(yīng)力方向不一致，井筒方向與裂縫方位不符，壓裂初始裂縫從多個射孔處起裂，形成多裂縫，加上射孔相位及地層存在的天然微裂縫，斜井壓裂在近井筒處形成多裂縫是普遍存在的情況。由于井筒附近的裂縫與遠(yuǎn)離井筒的裂縫延伸方向不一致，從而使近井地帶壓裂通道產(chǎn)生彎曲，因此產(chǎn)生迂曲裂縫和多裂縫是斜井壓裂的常態(tài)。裂縫形態(tài)3射孔對破裂壓力的影響

假設(shè)在井筒和射孔孔眼之間有良好連通，井筒和孔眼通道有相同的流體壓力，認(rèn)為射孔井筒是兩個不同尺寸的孔眼垂直相交，射孔井筒幾何模型及其應(yīng)力重新分布如下圖所示。射孔井井周應(yīng)力井壁處的最大有效拉伸應(yīng)力達(dá)到巖石的抗拉強(qiáng)度σt時，巖石發(fā)生斷裂，即直井破裂壓力

斜井射孔井起裂壓力和起裂角的控制方程

射孔井與裸眼井不同在于射孔使得在射孔孔眼處的井壁應(yīng)力集中，在求初始斷裂z-

平面內(nèi)的最大拉伸應(yīng)力時，要用射孔孔眼切向應(yīng)力

’

來代替

。

對一射孔方位

，對上式求導(dǎo)得出裂縫的起裂方位：

對于任一給定的射孔方位

，總可以確定出在給定射孔方位下的井筒裂縫起裂壓力和起裂角。

射和孔起井裂起角裂計壓算力框圖結(jié)束根據(jù)式（2-5），計算坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換應(yīng)力分量數(shù)據(jù)準(zhǔn)備給定射孔方位下限值

井筒壓力Pw賦初值根據(jù)式（2-37），計算射孔井筒周圍總應(yīng)力分布利用式（3-11），計算最大拉應(yīng)力

max根據(jù)式（3-12），二分法確定起裂方位角

ˊ0Pw＝Pw＋

P滿足式（3-4）？確定較優(yōu)的起裂壓力Pw、起裂角

NY是否達(dá)到射孔方位上限值YN

＝

＋

確定最優(yōu)的射孔方位

及其起裂壓力Pw、起裂角

布孔方式對地層破裂壓力的影響地層破裂壓力與射孔密度的關(guān)系斜井裸眼和射孔起裂壓力與井斜較的關(guān)系水平井和垂直井，裸眼井與射孔井起裂壓力比較沿天然裂縫張性破裂的準(zhǔn)則為：

對于存在天然裂縫的地層，水力裂縫起裂形式可能是以上三種形式中的一種：水力裂縫在地層本體起裂；水力裂縫沿天然裂縫剪切破裂；水力裂縫沿天然裂縫張性破裂。對于特定的天然裂縫地層，水力裂縫的起裂方式和起裂壓力pf的判別方法為：沿天然裂縫剪切破裂準(zhǔn)則在巖石本體起裂準(zhǔn)則天然裂縫儲層起裂壓力4天然裂縫發(fā)育儲層破裂壓力

儲層受到傷害后巖石力學(xué)性質(zhì)受到影響，影響破裂壓力。

儲層傷害后形成的表皮效應(yīng)，影響了泵注過程中壓裂液向地層的滲濾能力，從而影響破裂壓力。5儲層傷害對破裂壓力的影響

修正壓裂液向地層濾失的數(shù)學(xué)模型，將傷害后的儲層參數(shù)、力學(xué)參數(shù)帶入相應(yīng)的破裂壓力求取模型中就可以計算儲層受到傷害后的破裂壓力。

z

z

p

l

t

x

z

y5酸處理對破裂壓力的影響

解除井筒附近污染，提高地層吸液能力；溶解儲層中的膠結(jié)物，與礦物成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低巖石強(qiáng)度；降低破裂壓力；提高壓裂施工排量，提高裂縫寬度；有利于壓后殘酸的返排和進(jìn)一步降低壓裂液在裂縫中造成的二次傷害，提高裂縫的導(dǎo)流能力。

酸巖反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，酸化預(yù)處理降破壓程度不好控制！井深(m)楊氏模量(GPa)泊松比計算的破裂壓力(MPa)酸化后楊氏模量(GPa)酸化后泊松比酸化后計算的破裂壓力(MPa)酸化后破裂壓力降低值(MPa)4876.930.460.1481.7530.080.1376.894.855175.019.280.2099.0215.170.1687.2611.754755.046.800.1785.6133.890.1476.938.684983.031.730.22100.2214.240.1684.2515.97酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理酸-巖反應(yīng)動力學(xué)HF與石英的反應(yīng)石英與氫氟酸反應(yīng)的動力學(xué)方程式：HF與硅鋁酸鹽的一次反應(yīng)一次反應(yīng)動力學(xué)方程：HF與硅鋁酸鹽的二次反應(yīng)二次反應(yīng)的動力學(xué)方程：HF與硅鋁酸鹽的三次反應(yīng)三次反應(yīng)動力學(xué)方程：

酸巖反應(yīng)與礦物組成變化的規(guī)律研究正長石酸巖反應(yīng)實驗正長石與氫氟酸、土酸反應(yīng)不同時間硅元素離子和鋁元素離子濃度變化

從硅、鋁元素離子濃度變化判斷，HF、土酸與正長石反應(yīng)速度很快，顯示出快、強(qiáng)的溶蝕特征，尤其是在前30min；隨時間的增長溶解強(qiáng)度會增強(qiáng)，但增加速率明顯變緩。HF與正長石反應(yīng)不是簡單的一級反應(yīng)。酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理斜長石酸巖反應(yīng)實驗斜長石與氫氟酸、土酸反應(yīng)不同時間硅元素離子和鋁元素離子濃度變化

從硅、鋁元素離子濃度變化判斷，HF和土酸與正長石反應(yīng)特征與正長石相似，但溶蝕速率弱于正長石；隨時間的增長溶解強(qiáng)度會增強(qiáng)，但增加速率明顯變緩。酸巖反應(yīng)與礦物組成變化的規(guī)律研究酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理蒙脫石酸巖反應(yīng)實驗

蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)中Si/Al理論比值為2.5:1，而反應(yīng)殘酸中的Si/Al比值為0.5左右。因此，酸對蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)中硅、鋁元素溶蝕程度不同，鋁氧八面體易于被強(qiáng)酸所破壞，硅氧四面體相對比較穩(wěn)定。HF與蒙脫石反應(yīng)基本復(fù)合一級反應(yīng)動力學(xué)特征。蒙脫石與土酸體系反應(yīng)硅離子濃度和鋁離子濃度變化曲線酸巖反應(yīng)與礦物組成變化的規(guī)律研究酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理伊利石酸巖反應(yīng)實驗

離子濃度曲線呈波動性變化，說明伊利石反應(yīng)機(jī)理較復(fù)雜，有多次沉淀的形成。土酸體系與伊利石反應(yīng)也顯示強(qiáng)酸、快速反應(yīng)的特點，快于蒙脫石與之的反應(yīng)速率。伊利石與土酸反應(yīng)硅離子濃度和鋁離子濃度變化曲線酸巖反應(yīng)與礦物組成變化的規(guī)律研究酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理5%HCl+7%HBF48%HBF45%HCl+1%HF5%HCl+0.5%HF1%HF0.5%HF5%HCld(001)新峰d(004)5%HCl+7%HBF48%HBF45%HCl+1%HF5%HCl+0.5%HF1%HF0.5%HF5%HCld(001)d(004)

蒙脫石反應(yīng)1小時后的衍射曲線蒙脫石反應(yīng)2小時后的衍射曲線

蒙脫石反應(yīng)12小時后的衍射曲線

蒙脫石與酸反應(yīng)后，d(001)、d(004)晶面部分消失，衍射峰強(qiáng)度降低，表明蒙脫石層間結(jié)構(gòu)受到破壞，晶體強(qiáng)度降低。酸損傷降低砂巖強(qiáng)度微觀機(jī)理分析酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理酸損傷降低砂巖強(qiáng)度微觀機(jī)理分析高嶺石與酸反應(yīng)2小時后的衍射曲線對比

高嶺石與酸反應(yīng)12小時后的衍射曲線對比

高嶺石與酸反應(yīng)后固相的d(001)、d(002)晶面衍射強(qiáng)度降低，說明高嶺石的微結(jié)構(gòu)局部遭到了破壞，反映出高嶺石晶層間作用力、強(qiáng)度降低。酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理高嶺石與土酸反應(yīng)前后能譜分析圖

高嶺石殘留物固相能譜分析表明，硅元素相對含量增大，鋁元素相對含量降低。綜合判斷，酸對高嶺石晶體中硅、鋁元素的溶蝕程度不同，對鋁氧八面體的破壞程度強(qiáng)于硅氧四面體。綠泥石與酸反應(yīng)前后能譜分析圖

綠泥石與酸反應(yīng)后，d(001)、d(002)衍射峰強(qiáng)度降低，說明有部分鐵、鎂、鋁被淋濾出水鎂石和八面體巖層，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)被破壞。酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理

損傷前：原生粒間孔大部分被伊利石、高嶺石或自生石英所充；損傷后：產(chǎn)生了很多粒間溶孔。粘土反應(yīng)完全，石英顆粒變得模糊。酸損傷前后巖石的細(xì)觀結(jié)果酸損傷前（×1000倍）

酸損傷后（×1000倍）

酸損傷前后巖石孔隙大小分布

酸損傷前：巖石致密、孔喉結(jié)構(gòu)差。

酸損傷后：孔隙結(jié)構(gòu)、連通性得到改善。酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理酸損傷前后巖石力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律不同溫度下，酸損傷后泊松比變化不同溫度下，酸損傷后楊氏模量變化不同酸類型，酸損傷后泊松比變化不同酸類型，酸損傷后楊氏模量變化酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理酸損傷前后巖石力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律

從實驗結(jié)果看出，酸處理能降低巖石抗張強(qiáng)度。隨著用酸量增加，降低程度增加，但不具有線性關(guān)系；土酸能顯著降低巖石抗張強(qiáng)度，經(jīng)過5～15PV體積數(shù)的酸溶蝕后，巖石抗張強(qiáng)度能降低6％～14％。酸損傷降低巖石強(qiáng)度的機(jī)理酸化預(yù)處理現(xiàn)場應(yīng)用中江X井酸化預(yù)處理施工曲線

施工壓力明顯低于前次測試壓裂，當(dāng)施工排量達(dá)到2.8m3/min時，地層發(fā)生二次破裂，施工壓力為60MPa左右。

施工排量1.0m3/min，施工泵壓上升緩慢，提高排量到2.0m3/min時，2.0min施工壓力上升了近10MPa，排量提高到3.0m3/min時施工壓力繼續(xù)上升到施工限壓95MPa，施工未能完成。破裂壓力2.裂縫形態(tài)水平裂縫與垂直裂縫的判斷多裂縫的形成天然裂縫發(fā)育儲層壓裂裂縫形態(tài)層狀介質(zhì)中的裂縫形態(tài)礫石對裂縫形態(tài)的影響生產(chǎn)活動對裂縫形態(tài)的影響（轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂)二壓裂力學(xué)垂直裂縫和水平裂縫轉(zhuǎn)換的臨界深度：垂直裂縫的破裂壓力等于水平裂縫的破裂壓力的這一深度垂直縫破裂壓力：水平縫破裂壓力：

裂縫形態(tài)轉(zhuǎn)換臨界深度數(shù)學(xué)模型式中：

裂縫形態(tài)變化臨界深度計算令PF1=PF2，并將應(yīng)力參數(shù)帶入得裂縫形態(tài)變化臨界深度：關(guān)鍵：求取構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)KＨ、Kｈ1水平裂縫與垂直裂縫的判斷

區(qū)塊構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)的求取

方法：利用區(qū)塊已經(jīng)壓裂的深井壓裂資料，結(jié)合室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)，帶入分層地應(yīng)力模型反求區(qū)塊構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)KＨ、Kｈ。靖邊區(qū)塊各井壓力施工數(shù)據(jù)及構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)求取結(jié)果表靖邊區(qū)塊：水平最大構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)KＨ：6.071×10-7

m-1

水平最小構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)Kｈ：2.012×10-7

m-1

區(qū)塊裂縫形態(tài)變化臨界深度的求取

方法：將求出的區(qū)塊構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)KＨ、Kｈ帶入到淺井中，結(jié)合靜態(tài)巖石力學(xué)參數(shù)確定出對應(yīng)的裂縫變化的臨界深度。靖邊區(qū)塊延9裂縫形態(tài)轉(zhuǎn)換臨界深度計算表

靖邊區(qū)塊延9裂縫變化的臨界深度為658.49