Геометрия трещины

Существует множество зависимостей в механике трещины, влияющих на характер развития трещины в реальных геологических условиях. Понимание этих взаимосвязей очень важно для моделирования трещины и компьютерного дизайна.

Ориентация трещины

На начальном этапе применения ГРП было сделано допущение, что создаваемая трещина горизонтальная, так как полагали, что наиболее вероятно развитие трещины между плоскостями напластования. Ранняя диагностика скважины, проводимая в начале 1960-х годов совместно с лабораторными исследованиями, показали, что большинство трещин вертикально. Напряжение горных пород определяет ориентацию создаваемой трещины, а также влияет на азимут трещины.

Для анализа влияния горных напряжений на развитие трещины их можно разбить на три основных составляющих: два горизонтальных напряжения (σ_x и σ_y) и одно вертикальное (σ_z) как показано на рис.14. Результирующим напряжением является сумма трех составляющих и порового давления (или пластовое давление p_r). Давление в поровом пространстве компенсирует горные напряжения. Давление обусловлено присутствием в порах флюидов (в основном нефти и газа) и давлением вышележащих пород. Поровое давление компенсирует каждую из основных составляющих горного напряжения.

σ_z

σ_y

σ_x

Рис.14. Основные напряжения горных пород

Для создания трещины при проведении ГРП необходимо преодоление предела прочности породы на разрыв. Направление и развитие трещины зависит от естественных напряжений горных пород. Развитие трещины будет происходить в направлении, перпендикулярном минимальному горному напряжению. Например, если σ_x – наименьшее горное напряжение, то развитие трещины будет происходить в плоскости, перпендикулярной этому напряжению, как показано на рис.15.

σ_x σ_x < σ_y < σ_z

σ_z

σ_y

Рис.15. План вертикальной трещины, перпендикулярной σ_x

Если вертикальное напряжение σ_z наименьшее, то создаваемая трещина развивается в горизонтальной плоскости. Опыт показывает, что горизонтальные трещины имеют место на небольших глубинах, где давление вышележащих толщ σ_z минимально. Конечно же, в регионах с аномальными горными напряжениями вследствие складкообразования и образования взбросов и сбросов возможно создание наклонных трещин и других отклонений. Однако в большинстве случаев мы имеем дело с вертикальными трещинами. Многие технические достижения в разработке моделей и анализе поведения трещины и давлений разрыва основаны на системе вертикальных трещин.

Азимут трещины

Основные напряжения горных пород влияют не только на горизонтальное или вертикальное развитие трещины, но и на ее азимут (при вертикальном развитии трещины). Знание азимута трещины важно по следующим причинам: 1) вследствие минимизации интерференции скважин и 2) вследствие использования преимущественного расположения азимутов скважин при вторичной и третичной добыче. На рис.16 представлен случай интерференции двух скважин. Знание азимута трещины может быть использовано на практике

Рис.16. Схема интерференции двух скважин

Несмотря на то, что тенденции образования трещин в данном геологическом регионе известны, в некоторых скважинах должны быть рассмотрены предполагаемые азимуты трещин. Существует несколько методик для определения или приблизительной оценки азимута трещины. Некоторые методы для точного определения азимута трещины включают в себя:

• наклономеры

• лабораторные исследования профиля напряжений и анизотропии направленных кернов

• глубинная сейсморазведка

• измерение эллиптичности диаметра скважины