34. Образование вертикальных и горизонтальных трещин при гидроразрыве пласта

Процесс образования и распространения в горных породах единичных «длинных» трещин при вводе в эти трещины жидкости. Процесс образования и развития трещин в горных породах путем закачки в них жидкости, а потом твердого материала с целью удержания трещин от смыкания после прекращения закачки жидкости известен в технике как гидравлический разрыв пласта. Процессы, аналогичные гидравлическому разрыву, могут протекать и в природе, без вмешательства человека, в результате внедрения магмы и других разжиженных веществ в породы при вулканической деятельности и тектонических движениях земной коры. Трещины, образующиеся в горных породах таким путем, обычно бывают длинными и узкими, так что деформация пород при этом проявляется слабо, поэтому для ее вполне можно считать упругой.

В механизме распространения трещин в упругих материалах важное значение имеет условие конечности напряжений в концах трещины. Для того чтобы лучше понять смысл этого условия, рассмотрим в качестве примера остроконечную трещину, образовавшуюся в бесконечной упругой плоскости под действием равномерной нагрузки р, приложенной к внутренней поверхности трещины. В концах такой трещины напряжения неограниченно возрастают.

Рис. 1. Образование вертикальной трещины под воздействием давления, изменяющегося по параболическому закону

Поскольку ни один реальный материал не может выдержать бесконечно больших напряжений, трещина, находящаяся только под действием сил, стремящихся ее расширить, будет распространяться неограниченно. Когда же на хрупкий материал, содержащий одну или несколько трещин, действуют две системы сил, одна из которых стремится расширить трещину, а другая — ее сомкнуть, то между размерами трещины и величиной действующие на материал сил может установиться строго определенное соотношение, причем напря-жения на концах трещин не будут бесконгчно большими, а поверхности трещин будут плавно смыкаться.

Рассмотрим теперь образование осесимметричных трещин. Пусть в упругом материале, занимающем все пространство, находит-ся горизонтальная трещина круговой формы и к внутренней поверхности трещины симметрично относительно оси z приложено постоянное давление Р на участке от z = 0 до величины радиуса, рав-ного аR (R — радиус трещины). На бесконечно большом расстоянии от конца трещины материал сжат горным давлением.

Метод гидроразрыва пласта заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида к забою скважины. Технология осуществления гидроразрыва включает в себя закачку в скважину с помощью мощных насосных станций жидкости разрыва (гель, в некоторых случаях вода, либо кислота) при давлениях выше давления разрыва нефтеносного пласта. Для поддержания трещины в открытом состоянии в терригенных коллекторах используется расклинивающий агент – проппант (обработанный кварцевый песок), а в карбонатных – кислота, которая разъедает стенки созданной трещины. В пластах, залегающих менее глубоко, обычно возникают горизонтальные разрывы, а в пластах, залегающих более глубоко, — вертикальные разрывы. После проведения гидроразрыва дебит скважины, как правило, резко возрастает – метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти традиционными способами уже невозможна или малорентабельна..