考虑温差应力的干热岩压裂裂缝开启压力

作者：罗天雨; 秦大伟^*

来源：煤炭学报, 2020, 45(S2): 717-726.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2020.0627

• 干热岩
• 温差应力
• 破裂压力
• 分支裂缝
• 温度场
• 自动破裂

我国干热岩地热资源储量丰富,地壳深层岩体温度高,但在其热能开发利用方面处于探索阶段。目前,对于温差应力影响下,井壁及分支裂缝的破裂或开启压力的变化规律研究较少。采用岩石力学及热应力理论分析方法,研究井壁周围的破裂压力;采用能量守恒原理、弹性力学、水力压裂裂缝延伸理论,结合热应力理论,研究分支裂缝的开启机理。建立了以下解析模型:井壁上考虑温差应力的破裂压力模型及裂缝自动开启的温差条件;针对线性及对数2种温度变化规律,分别建立压裂过程中裂缝壁面岩石温度场的变化规律模型;考虑温差应力的分支裂缝拉张破裂或剪切破裂的计算模型;分支裂缝自动破裂的温差条件模型。通过模拟得到以下结果:(1)考虑温差应力时,破裂压力均大幅度减小。日本Hijiori干热岩,由于温差应力,破裂压力下降幅度达到51%;法国Soultz干热岩,破裂压力下降幅度达到66%;(2)在通常的地应力和温度状态下,井筒壁面由于温差应力自然破裂的条件要求比较高;(3)在裂缝延伸过程中,由于温差应力的存在,裂缝壁面上分支裂缝的破裂难度降低;越接近井筒的地方,无论张性破裂或是剪切破裂,裂缝壁面上分支裂缝的破裂净压力越低;(4)线性温度分布规律情况下,破裂压力下降幅度大;剪切破裂所需要的净压力下降幅度远远大于拉张破裂,即在温差应力的作用下,更容易产生剪切裂缝;(5)对于较高温度的热储层,在大排量施工情况下,裂缝壁面上岩石本体达到自动开启剪切裂缝所需温差条件的难度相对较小。得出如下结论:(1)所建立的系列模型,揭示了干热岩压裂过程中,裂缝在井壁及裂缝壁面破裂的机理,从而揭示了热应力作用下缝网形成的机制;(2)温差应力对于干热岩压裂而言,影响较大,对于裂缝壁面分支裂缝的起裂存在促进作用,增加了近井地带产生复杂裂缝的几率与可能性。对于高温度干热岩,裂缝不容易沿理想方位扩展,而是倾向于形成复杂裂缝,导致井间裂缝连通困难。

• 出版日期2020
• 单位广东石油化工学院