室内水压致裂法测定岩石的断裂韧性.pdfVIP

维普资讯 第 22卷 第 5期 大庆石油地质与开发 P．G．0．D．D． 2003年 10月 ·37 · 文章编号 ：1000-3754 (2003)05-0037-03 室 内水压致裂法测定岩石 的断裂韧性 薛云飞，赵玉武，张 威，姜得英 (大庆油 田有限责任公司第九采油厂，黑龙江 大庆 163853) 摘要：水力压裂过程 中，裂纹扩展准则至关重要 。如果裂纹失稳扩展 穿过 隔层遇到水层或另一储层 。 将导致压裂失败 。为了保证裂缝在施工设计范围内扩展 ，就要考虑裂缝尖端应力场 的应力强度 因子与 隔层岩石断裂韧性的关系，进行相应施工设计 。通过室 内实验和测井资料分析 ，研究岩样断裂韧性与 其相关变量的关系，得 出岩样断裂韧性与其变量的关系是线性的。在压裂施工设计 中，预测各个层段 岩石的断裂韧性 ，比较 目的层与隔层及其非 目的层岩石断裂韧性，以便在水力压裂裂纹扩展过程 中监 测控制裂纹 的横 向扩展和纵 向扩展 ，尤其是裂纹 的纵 向扩展 ，保证水力压裂质量。 关 键 词：水力压裂 ；断裂韧性 ；实验研究 中图分类号 ：TE357．1 文献标识码 ：A 对于带裂纹的物体判断它在什么条件下失稳扩 可压缩) 以及压力与裂缝扩展的藕合关系所决定的。 展 ，这就要应用断裂判据 。在断裂力学中用应力强度 准静态的扩展过程要求裂尖应力强度因子总是与断裂 因子 ( )判断物体受力后的安全性能 ¨ 。水力压 韧性相等 。 裂模型需要一定的输入条件 ，如地层参数 、作业参数 由Clifton理论分析 ，可得具有径 向预裂纹的厚 等 ，这些参数的准确性决定了模型所得结果的精度。 壁筒承受 内压时裂尖应力强度因子的方法 。 岩石的断裂韧性是其中的重要参数之一。 设空心圆柱体 内半径为 口，外半径为b，圆柱体 在石油生产中由于井眼尺寸的限制，地层深部的 内侧径向裂纹长度为 ，内压为P，并设外径与 内径 岩样只能通过钻井取心获得。不仅尺寸小，而且很难 之 比为 R ，则裂尖应力强度因子为 得到大段完整的岩样，因此采用常规的方法测定其断 K。=K (p ) (1) 裂韧性往往存在较大的困难 ；另一方面，深部地层岩 式中 为无因次断裂韧性，它是 (b一口)和 石受到高温高压的作用 ，常规测试方法难于模拟地层 R 的函数。内置衬套的空心圆柱岩样承受均匀内压 条件。此外 ，直接测试岩样的断裂韧性费用高 、周期 时， 随 (b一口)和 R 的变化而变化 ，当外径与 长，再加上钻井取心成本高，岩心数量有限，因此有 内径之 比大于一定值后 (如单裂纹时大于 7，双裂纹 必要寻找预测深部地层岩石断裂韧性的有效方法 。 时大于 l0)， 不再是无 因次缝长 (b一口)的单 调增加的函数，而是存在一个负增长的区域 ，在该区 1 理论基础 域 内，随着裂缝的扩展 ，即缝长 的增加 ，应力强度 因子减小。根据裂缝扩展准则及应力强度因子表达式 岩石是一种特殊的主要呈脆性的材料 ，采用线弹 (1)，这时必须提高压力才能使裂尖应力强度因子增 性断裂力学理论来分析水力压裂裂缝扩展行为 。张开 大 ，从而使裂缝进一步向前延伸。这说明在该区域 内 型裂缝在水力压裂中是最常见的，但在岩石结构或者