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本文根据有效应力的概念,将应力场方程和渗流场方程联立起来,应用有限元方法进行求解,并编写了计算机软件。数值模拟结果表明,与一次压裂裂缝方向平行的水平应力分量递减较快,而垂直应力分量递减较慢。如果二次压裂过程中诱发的应力变化足以克服地层中水平应力分量的影响,那么在井筒和原始裂缝周围的椭圆形区域内,原始最小水平应力方向则成为重复压裂时的最大主应力方位。这样,二次压裂裂缝将朝着与一次压裂裂缝方位垂直的方向伸展,一直延伸到椭圆形的应力异常区的边界处。定义这个边界为等水平应力点,它与井点的距离在本文称为转向半径。
本文对影响储层应力变化的各种因素也进行了深入研究。研究表明:强制转向的重复压裂裂缝的转向半径主要由地应力场决定,因此当复压前的差应力越小,转向半径越大,增产效果也就越好。而影响储层地应力变化的因素主要有:1)油水井采注量,采注量越高,则越容易诱发地应力方位的改变。2)原始地应力场的各向异性及渗透率的各向异性,各向异性程度越小,越容易改变地应力的方位。3)油水井的投产、投注时间,投产、投注时间越长,越容易诱发地应力场的变化。因此,对重复压裂而言,尤其要研究时间对地应力场的影响。4)第一次压裂的裂缝越长、越宽、有效期越长,则越容易改变重复压裂前的就地应力场。
在上述研究的基础上,本文也对重复压裂裂缝转向条件下裂缝长度及导流能力进行了优化研究。研究表明转向条件下的裂缝优化结果与不存在转向时的优化结果不同。
在室内研究的同时,应用这一理论,在大庆和吉林两个油田优选了5口井进行重复压裂,施工过程的裂缝监测和施工后的生产动态历史拟合均表明,重复压裂施工产生了转向,并取得了很好的增产效果。