王志荣等：裂隙性储层水平井起裂行为的控制 1453 表1焦作矿区裂隙场特征参数统计表 Table 1 Characteristic parameter statistics table of fracture field in Jiaozuo mining areas Number Crack half length, Average crack width,Crack average distance, Crack surface roughness, Rock permeability Fracture toughness constant, a/m b/m s/m 网 coefficient, K/(m's) Kic /(MPa'mC) 1 0.01 4.0×10 5.26×103 1/12 1.24×102 0.118 2 0.018 2.3×10- 1.22×103 1/12 1.02×10 0.212 3 0.004 3.8×10 3.85×103 1/12 1.46×102 0.047 0.015 4.0×10 5.88×103 1/12 1.11×102 0.175 0.025 3.0×10 2.17x103 1/12 1.27x102 0.295 均值作为基准值，即为342,1.44,3.676)，在计算 原生裂缝对起裂压力的影响极小，即完全可以不 由于某个因素的变动而产生的不同影响度时，保 考虑地层原生裂缝的影响；当b>700m时，地层 证其他因素的基准值不变 原生裂缝对起裂压力的贡献值超过50MPa,表明 (3)在设定的波动区间内，计算由于各影响因 该地层原生裂缝极其发育，大大减小了所需要的 素发生不同幅度变动而导致的不同临界起裂压 起裂压力，甚至在不需要压裂施工的情况下，地层 力，并建立起一一对应的数量关系 原始渗透率已经满足开采要求；只有当200um<b 从表2和图3可以看出，水平井起裂压力的最 <700m时，才需要对目标层进行压裂改造且改 敏感指标为裂缝宽度b.当b<200um时，压裂层 造效果最好 表2裂缝控制参数影响度分析表 Table 2 Sensitivity analysis table of crack control parameter influence Reference value Fluctuation range of uncertainties b/um 342 -100% -80% -60%-40% -20% 0 20% 40% 60% 80% 100% De/(N-m-) 100 0 0 0.41 4.67 26.2100299 753 16793403 6403.2 a/cm 1.44 -1009% -80% -60% -40% -20% 0 20% 40% 60% 809% 100% D./(N'm) 100 2501.3625.3277.9152.610069.5 51.1 39.1 30.9 25.1 s/mm 3.676 -100% -80% -60% -40% -20% 0 20% 40% 60% 80% 100% D./(N.m-) 100 500 250166.7125.010083.371.4 62.555.6 50.0 Note:DD and Dare crack control parameters related tob,aands,respectively 力产气层，具有典型的致密砂岩储层特征.钻井穿 7000 越的目的层厚度为60~100m,砂体厚度为10~ ◆-Crack width.b 6000 Crack half length,a 30m,砂地比0.2~0.72，平均渗透率大约为2.43× 5000 -Crack average distance,s 102um2,致密砂岩储层断裂韧性常数由经验法得 4000 出为1.2MPam,岩石重度为2.7×10Nm-3,压裂 3000 液黏滞系数为8.0×10Pas,密度为1000kgm3. 2000 该区储层原生裂隙较为发育，裂隙平均半长 1000 为0.01m,宽度一般在300~500um2,因而砂岩 储层需要水力压裂改造.运用所本文建立的起裂 -100-80-60-40-20020406080100 Fluctuation range/% 压力计算模型，结合储层相关参数，即可求出相应 图3裂隙场特征参数(D)影响度分析图 储层的起裂压力（表3） Fig.3 Analysis chart of crack control parameter influence 由表3可知，理论值与实际值基本一致，二者 最大误差为9.44%，平均误差5%.表明误差在实际 4 工程实例计算 允许范围之内，从而验证了裂隙性储层起裂压力 苏里格气田东区H8段P]位于著名的鄂尔多 模型的正确性（图4）.苏里格东区气田根据储层裂 斯盆地，下二叠系石盒子组和山西组是该区的主 隙发育特征对其进行了超前压裂评判，并且对起均值作为基准值，即为 i(342，1.44，3.676)，在计算 由于某个因素的变动而产生的不同影响度时，保 证其他因素的基准值不变. （3）在设定的波动区间内，计算由于各影响因 素发生不同幅度变动而导致的不同临界起裂压 力，并建立起一一对应的数量关系. 从表 2 和图 3 可以看出，水平井起裂压力的最 敏感指标为裂缝宽度 b. 当 b < 200 μm 时，压裂层 原生裂缝对起裂压力的影响极小，即完全可以不 考虑地层原生裂缝的影响；当 b > 700 μm 时，地层 原生裂缝对起裂压力的贡献值超过 50 MPa，表明 该地层原生裂缝极其发育，大大减小了所需要的 起裂压力，甚至在不需要压裂施工的情况下，地层 原始渗透率已经满足开采要求；只有当 200 μm < b < 700 μm 时，才需要对目标层进行压裂改造且改 造效果最好. 4    工程实例计算 苏里格气田东区 H8 段[23] 位于著名的鄂尔多 斯盆地，下二叠系石盒子组和山西组是该区的主 力产气层，具有典型的致密砂岩储层特征. 钻井穿 越的目的层厚度为 60～100 m，砂体厚度为 10～ 30 m，砂地比 0.2～0.7[24] ，平均渗透率大约为 2.43× 102 μm2 ，致密砂岩储层断裂韧性常数由经验法得 出[25] 为 1.2 MPa·m1/2，岩石重度为 2.7×104 N·m–3，压裂 液黏滞系数为 8.0×10–4 Pa·s，密度为 1000 kg·m–3 . 该区储层原生裂隙较为发育，裂隙平均半长 为 0.01 μm，宽度一般在 300～500 μm[26] ，因而砂岩 储层需要水力压裂改造. 运用所本文建立的起裂 压力计算模型，结合储层相关参数，即可求出相应 储层的起裂压力（表 3）. 由表 3 可知，理论值与实际值基本一致，二者 最大误差为 9.44%，平均误差 5%. 表明误差在实际 允许范围之内，从而验证了裂隙性储层起裂压力 模型的正确性（图 4）. 苏里格东区气田根据储层裂 隙发育特征对其进行了超前压裂评判，并且对起 表 1 焦作矿区裂隙场特征参数统计表 Table 1 Characteristic parameter statistics table of fracture field in Jiaozuo mining areas Number Crack half length, a / m Average crack width, b / m Crack average distance, s/m Crack surface roughness, λ [22] Rock permeability coefficient, K/ (m·s–1) Fracture toughness constant, KIC / (MPa·m1/2) 1 0.01 4.0×10–4 5.26×10–3 1/12 1.24×10–2 0.118 2 0.018 2.3×10–4 1.22×10–3 1/12 1.02×10–2 0.212 3 0.004 3.8×10–4 3.85×10–3 1/12 1.46×10–2 0.047 4 0.015 4.0×10–4 5.88×10–3 1/12 1.11×10–2 0.175 5 0.025 3.0×10–4 2.17×10–3 1/12 1.27×10–2 0.295 表 2 裂缝控制参数影响度分析表 Table 2 Sensitivity analysis table of crack control parameter influence i Reference value Fluctuation range of uncertainties b / μm 342 –100% –80% –60% –40% –20% 0 20% 40% 60% 80% 100% Db / (N·m–1） 100 0 0 0.41 4.67 26.2 100 299 753 1679 3403 6403.2 a / cm 1.44 –100% –80% –60% –40% –20% 0 20% 40% 60% 80% 100% Da / (N·m–1） 100 –– 2501.3 625.3 277.9 152.6 100 69.5 51.1 39.1 30.9 25.1 s / mm 3.676 –100% –80% –60% –40% –20% 0 20% 40% 60% 80% 100% Ds / (N·m–1） 100 –– 500 250 166.7 125.0 100 83.3 71.4 62.5 55.6 50.0 Note：Db , Da and Da are crack control parameters related to b, a and s, respectively. Crack width, b 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 −100 −80 −60 −40 −20 Fluctuation range/% 0 20 40 60 80 100 Crack field characteristic parameters, D/(N·m−1 ) Crack half length, a Crack average distance, s 图 3    裂隙场特征参数（D）影响度分析图 Fig.3    Analysis chart of crack control parameter influence 王志荣等： 裂隙性储层水平井起裂行为的控制 · 1453 ·