水力压裂技术是改造低渗透储集层,使其达到工业性开采最经济有效的增产措施之一。地应力场作为影响水力压裂缝起裂和扩展的主要因素,对水力压裂缝的起裂和扩展有着不可忽视的作用,它控制着裂缝的起裂位置和裂缝的扩展过程。同时,射孔和天然裂缝也是影响油田水力压裂过程中水力压裂缝起裂和扩展的主要因素,射孔和天然裂缝的存在,将改变近井筒地带的水力压裂缝的起裂位置和裂缝的扩展过程。鉴于此,本文综合考虑地应力场、射孔工况、天然裂缝及孔隙压力等影响因素,研究水力压裂过程中裂缝起裂压力和裂缝扩展过程。本文以滨南油田地质背景及地应力测量为基础,开展了水力压裂过程中射孔及初始裂缝对压裂起裂压力和裂缝扩展的数值模拟和物理模拟试验研究,并将损伤力学理论引入到水力裂缝模型中,使裂缝模拟更加接近实际,重点开展了以下几个方面的工作:1.开展了油田地质背景和开发现状资料的收集工作,了解了区块成藏规律及演化过程以及区块目前的开发现状,参与了油田现场压裂施工,了解了井网布置及目前的注采情况,现场的施工流程及施工参数;2.通过声发射法、波速各向异性法、钻孔崩落法、水压致裂法、微地震法和电位监测等多种方法相结合进行区块地应力测量,从总体上把握了区块的地应力状态,为现场压裂施工,井网部署提供了根据,同时为后续的水力压裂数值模拟和物理模拟试验提供了边界条件;3.在进行岩石力学试验的基础上,应用ANSYS有限元软件进行了水力压裂中起裂压力的模拟试验研究,定量分析了地应力状态、射孔方位、射孔密度、射孔直径和深度对裂缝起裂压力的影响,并以滨660和利853块为例进行了模拟计算,为现场压裂设计、施工提供了基础数据;同时基于FEPG有限元软件平台及流固损伤耦合模型,进行了孔隙压力和损伤作用影响下,压裂过程的裂缝扩展规律研究,并实现了裂缝的动态扩展模拟。4.为验证数值模拟试验方法的有效性,根据现场的压裂参数和相似理论,进行了室内水力压裂物理模拟试验,真实恢复了现场水力压裂过程中的压裂曲线,并通过观察压裂后的裂缝扩展方向,证明了数值模拟试验的有效性,为现场施工提供了参考。5.对数值模拟试验和物理模拟试验结果进行对比分析,揭示了地应力场状态、定向射孔和预制裂缝对压裂缝起裂和裂缝扩展方向之间的内在联系,加深了对水力压裂过程的了解和认识,并结合现场情况,优选压裂井位,实践证明效果较好。