作者：尹光志; 刘超; 李铭辉; 张东明; 邓博知; ...椭圆形钻孔解析解水力压裂预测
摘要：地下储层岩石在钻探之前处于原岩应力状态,钻孔成孔是在煤岩有侧限地应力下完成的。在钻孔时,孔周围应力重新分布,使圆形钻孔在地应力作用下呈椭圆状。因此,在进行水力压裂时,增压水可能作用于椭圆形孔壁。通过合理的物理假设,根据复变函数理论,求解出椭圆形钻孔在远场应力和钻孔内压(椭圆长轴两端的局部对称荷载)共同作用下的钻孔周围应力场解析解。该解析解可退化成椭圆形或圆形钻孔内受均布荷载的情况。通过给定应力场和钻孔形状,根据最大周向应力准则,得出在水力破裂时水平应力差和钻孔形状共同影响着破裂压力和水力主裂缝的起裂。当水平应力差较大时,椭圆形钻孔“越扁”,形成水力主裂缝所需的水压越高。当水平应力差为零时,椭圆形钻孔“越扁”,形成水力主裂缝所需的水压则越低;当水平应力差较小(本文为5 MPa)且钻孔越扁时,最大周向应力可能出现在平行于最大水平主应力方向上,使得水力主裂缝沿着最小水平主应力方向起裂。此外,由于物理假设的局限性,该解析解可能更适合于均质性较好的砂岩或具有横观各向同性特性的页岩。不同储层岩石(如砂岩、页岩和原煤)因地应力作用所形成的椭圆形钻孔在均布荷载作用下的破裂压力特性和水力裂缝扩展规律还需要通过实验和现场进一步验证。
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