中原油田是地质构造复杂的断块油气田,油气藏层多、层薄且各小层之间存在岩性、物性和地应力差异,有时相距较远。通常单一的小层没有开发价值,人们期望一次性压开所有产层以减少压裂作业的次数。因此有必要研究分层的特性及多层同时改造的压裂机理与技术。能够解决多层条件下的压裂技术叫多层压裂技术。由声波测井得到参数剖面的方法是近来发展起来的主要方法,包括计算模型及动静态参数的转换方法等。由岩石力学参数计算地应力以及破裂压力是压裂设计的基础数据,研究、比较、分析其计算方法是本文的内容之一。本文分析了裸眼井、套管井、直井、斜井的多层薄层压裂的各层破裂压力计算模型,特别在对斜井的分析上,应用了岩石的弹性理论针对井周围复杂的受力状态,考虑了作业条件、压裂液渗滤效应、孔隙压力、射孔方位、井斜角等影响因素,为成功实施斜井的压裂提供理论基础。在获得地层的连续力学特性以后,用模糊聚类可方便、快捷地将地层分层。 国内在多层压裂方面开展了很多工作,但在工艺上通常使用分层压裂技术,而对于裂缝延伸的模拟一般还是使用传统的均质、等厚油层中单裂缝的延伸模拟方法,随机性和盲目性较大,不利于提高单井利用率和不利于提高最终采收率。本文在调研国内外多层水力压裂的相关文献,特别是关于多层压裂裂缝延伸模拟的有关文献的基础上,建立了一套能模拟多产层在一次压裂改造中全部被压开、多条裂缝同时延伸的数学模型,分别基于二维与三维的裂缝延伸过程,其中最重要的一个内容就是压裂液在各产层的流量分配,并分析了对流量分配起支配作用的因素。基于二维的多层多裂缝的流量的分配主要取决于孔眼摩阻的大小(净压力)、地层最小应力、每层的吸液高度、弹性模量、效率等诸多因素,不能仅靠常规限流压裂中流量分配的理论设计。在拟三维多层多裂缝压裂中某层力学性质的薄弱(应力较小、弹性模量较小、断裂韧性较小)导致某单条裂缝的高度增长对多层压裂整体的裂缝延伸状况影响很大。最后,本文在参考国内外相关文献的基础上,推导和建立结合拟三维模型的多层多裂缝同时延伸的二维延伸数学模型,给出了模型的求解方法。