吉林大学学报(地球科学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (5): 1425-1430.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20180204

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

青海共和盆地干热岩地热储层水力压裂物理模拟和裂缝起裂与扩展形态研究

周舟1, 金衍1, 曾义金2, 张旭东2, 周健2, 汪文智1, 孟翰1   

  1. 1. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249;
    2. 中国石化石油工程技术研究院, 北京 100101
  • 收稿日期:2018-07-27 出版日期:2019-09-26 发布日期:2019-10-10
  • 通讯作者: 金衍(1972-),男,教授,主要从事油气井岩石力学与工程方面的研究,E-mail:jiny@cup.edu.cn E-mail:jiny@cup.edu.cn
  • 作者简介:周舟(1985-),男,副教授,主要从事非常规储层岩石力学与水力压裂方面的研究,E-mail:zhouzhou@cup.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目（2018YFB1501802-03）；中国石油大学（北京）科研基金项目（2462016YJRC017）

Experimental Study on Hydraulic Fracturing Physics Simulation, Crack Initiation and Propagation in Hot Dry Rock Geothermal Reservoir in Gonghe Basin, Qinghai

Zhou Zhou1, Jin Yan1, Zeng Yijin2, Zhang Xudong2, Zhou Jian2, Wang Wenzhi1, Meng Han1   

  1. 1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;
    2. Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100101, China
  • Received:2018-07-27 Online:2019-09-26 Published:2019-10-10
  • Supported by:
    Supported by National Key R & D Program of China (2018YFB1501802-03) and Research Foundation of China University of Petroleum (Beijing) (2462016YJRC017)

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摘要： 水力压裂是青海共和盆地干热岩地热资源开发的难点技术问题之一。本文基于升级改造的大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统模拟干热岩储层高温高压环境，利用青海共和盆地露头岩心进行水力压裂物理模拟实验，揭示干热岩储层水力裂缝的起裂和扩展规律。通过物理模拟实验发现：干热岩储层裂缝起裂可以通过文中提出的起裂模型判断起裂方式和预测起裂压力；水力裂缝在岩石基质中的扩展形态简单，仅沿最大主应力方向延伸；但是水力裂缝会受到岩石中弱面的影响，发生转向沿弱面延伸，形成较复杂的裂缝形态。因此，建议在干热岩储层实际施工中，在天然裂缝发育较丰富的层段开展水力压裂，以实现复杂裂缝网络提取地热能。

关键词: 干热岩, 水力压裂, 起裂模型, 扩展形态, 共和盆地, 储层, 地热

Abstract: Hydraulic fracturing is one of the most important technical challenges in the development of hot dry rock geothermal reservoirs in Gonghe basin, Qinghai. Based on the advanced large-scale true triaxial hydraulic fracturing simulation experimental system, the authors studied the hydraulic fracture initiation and propagation in hot dry rock geothermal formations with high temperature and high pressure. The samples were from the outcrop core of Gonghe basin. According to the experimental result, the hydraulic fracture initiation and pressure could be predicted by the crack initiation model proposed in this paper. The propagation in the hot dry rock matrix has a simple extension along only with the direction of the maximum horizontal stress. The hydraulic fractures, however, are affected by natural fractures to achieve larger stimulation reservoir volume. Therefore, it is suggested that in the field, the hydraulic fracturing treatment should be in the formations rich in natural fractures so as to get a complex fracture network for geothermal energy extracting.

Key words: hot dry rock, hydraulic fracturing, initiation model, fracture propagation, Gonghe basin, reservoirs, geotherm

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[1] 陈勉,陈治喜,黄荣樽.大斜度井水压裂缝起裂研究[J].石油大学学报(自然科学版),1995,19(2):30-35. Chen Mian, Chen Zhixi, Huang Rongzun. Research on Hydraulic Fracture Cracking in High Angle Wells[J]. Journal of the University of Petroleum (Natural Science Edition), 1995, 19(2):30-35.
[2] Ishida T, Chen Q, Mizuta Y. Effect of Injected Water on Hydraulic Fracturing Deduced from Acoustic Emission Monitoring[J]. Pure and Applied Geophysics, 1997, 150:627-646.
[3] 金衍,陈勉.天然裂缝地层斜井水力裂缝起裂压力模型研究[J].石油学报, 2006,27(5):124-126. Jin Yan, Chen Mian. Hydraulic Fracturing Initiation Pressure Models for Directional Wells in Naturally Fractured Formation[J]. Journal of Petroleum, 2006, 27(5):124-126.
[4] Hunt S P, Morelli C P. Cooper Basin HDR Seismic Hazard Evaluation:Predictive Modelling of Local Stress Changes Due to HFR Geothermal Energy Operations in South Australia[R]. Adelaide:University of Adelaide, 2006:50.
[5] Zhou J, Chen M, Jin Y. Analysis of Fracture Propagation Behavior and Fracture Geometry Using a Tri-Axial Fracturing System in Naturally Fractured Reservoirs[J]. International Journal of Rock Mechanics Mining Science and Geomechanics, 2008, 45:1143-1152.
[6] Reinicke A, Rybacki E, Stanchits S. Hydraulic Fracturing Stimulation Techniques and Formation Damage Mechanisms-Implications from Laboratory Testing of Tight Sandstone-Proppant Systems[J]. Chemie der Erde-Geochemistry, 2010, 70(Sup. 3):107-117.
[7] 卢运虎,陈勉,金衍.各向异性地层斜井井壁稳定性研究[J]. 石油学报, 2013, 34(3):563-568. Lu Yunhu, Chen Mian, Jin Yan. Borehole Instability Mechanism of a Deviated Well in Anisotropic Formations[J]. Journal of Petroleum, 2013,34(3):563-568.
[8] Frash L P, Gutierrez M, Hampton J. True-Triaxial Apparatus for Simulation of Hydraulically Fractured Multi-Borehole Hot Dry Rock Reservoirs[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2014, 70:496-506.
[9] 许天福,张延军,于子望. 干热岩水力压裂实验室模拟研究[J].科技导报, 2015,33(19):22-27. Xu Tianfu, Zhang Yanjun, Yu Ziwang. Laboratory Study of Hydraulic Fracturing on Hot Dry Rock[J].Technology Review, 2015, 33(19):22-27.
[10] 樊冬艳,孙海,姚军.增强型地热系统不同注采井网参数分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3):798-807. Fan Dongyan, Sun Hai, Yao Jun. Parametric Analysis of Different Injection and Production Well Pattern in Enhanced Geothermal System[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2019, 49(3):798-807.
[11] 金衍,陈勉.天然裂缝地层垂直井水力裂缝起裂压力模型研究[J].石油学报, 2005,26(7):113-114. Jin Yan, Chen Mian.Initiation Pressure Models for Hydraulic Fracturing of Vertical Wells in Naturally Fractured Formation[J]. Journal of Petroleum, 2005, 26(7):113-114.
[1] 李冠, 何文祥, 文志刚, 胡勇, 高小洋, 肖娜. 鄂尔多斯盆地陇东地区长71-2亚段不同源储组合的页岩油富集机理及富集模式[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 768-787.
[2] 陈泽熙, 徐志明, 李斌, 钟笠, 彭军, 张昆, 魏祥峰, 郝景宇. 基质型页岩甜点特征及评价方法：以四川盆地涪陵地区中侏罗统凉高山组陆相页岩为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 788-803.
[3] 王蓓东, 杨胜来 , 赵帅 , 邓惠 , 张钰祥 , 白浩言, 李沁怡, 姜艺. 高磨地区震旦系灯影组四段台内储层储集空间类型及其孔喉结构特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 804-817.
[4] 夏英杰, 陈华斌, 陈健, 姚明宇, 杨海. 不同施工参数下深层页岩水力压裂数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 924-936.
[5] 赵振, 秦光雄, 闫佰忠, 马苗苗. 青海省互助土族自治县地热田水化学特征及成因机制[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 986-1001.
[6] 张恩威, 孟庆涛, 唐佰强, 胡菲, 党微.  基于机器学习的TOC测井预测方法：以松辽盆地南部青山口组一段为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1062-1075.
[7] 丁梦颜, 冯晅, 刘财. 裂缝对岩石非线性弹性特征的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1051-1061.
[8] 唐华风, 张亚东, 邹明倬, 陆国超, 户景松, 张津铭, 卞海越. 渤海湾盆地莱州湾凹陷K油田中生界火山岩储层定量评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 739-753.
[9] 刘涛, 刘宗堡, 张可佳, 张岩, 张瑞雪, 刘晓文, 徐翠云.

基于深度学习的致密砂岩储层薄片图像生成与识别方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 724-738.
[10] 周三栋, 张伟鑫, 成巧耘, 魏佳成, 周国栋, . 深部煤储层中煤层水可动性评价方法及动力学机制研究进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 397-412.
[11] 王健, 张媛瑗, 吴楠, 徐清海, 崔子岳, 刘显凤, 付清萌. 鄂尔多斯盆地志靖—安塞地区长7段夹层型页岩油储层特征及分类评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 453-468.
[12] 王振军. 油气储层裂缝预测进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 469-482.
[13] 黄玉龙, 张皓, 郭强, 陈昌.

低阻玄武岩的矿物学特征及其油气地质意义——以辽河坳陷古近系为例 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 511-521.
[14] 陈晨, 李宏达, 姜升, 许振华, 侯星澜, 张山岭, 钟秀平. 干热岩闭环地热系统井壁稳定及热能提取方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 327-341.
[15] 蒋政, 舒彪, 路伟. 高温花岗岩张拉与剪切裂隙的渗流与传热性能试验[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 315-326.
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  Discussed   
[1] 尤敏鑫，刘建民. 同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(4): 1231 -1243 .
[2] 杨春梅, 李洪奇,陆大卫,张方礼,高 原,邵英超. 不同驱替方式下岩石电阻率与饱和度的关系[J]. J4, 2005, 35(05): 667 -671 .
[3] 祝洪臣，张炯飞，权 恒. 大兴安岭中生代两期成岩成矿作用的元素、同位素特征及其形成环境[J]. J4, 2005, 35(04): 436 -0442 .
[4] 朱建伟, 赵刚, 刘博, 郭巍, 成俊. 油页岩测井识别技术及应用[J]. J4, 2012, 42(2): 289 -295 .
[5] 陈力，梁海安，张文娟，荣帆. 模糊数学方法在城市工程地质环境区划中的应用--以抚顺市城区为例[J]. J4, 2008, 38(5): 837 -0840 .
[6] 高桂梅,苏 克,王文颖,甘树才,刘招君. 吉林省桦甸油页岩中稀土元素和微量元素的研究[J]. J4, 2006, 36(6): 974 -0979 .
[7] 吴孔运，蒋忠诚，叶 晔. 不同植物群落对灰岩试块溶蚀速率的影响[J]. J4, 2007, 37(5): 967 -0971 .
[8] 周彦章，迟宝明，刘中培. 山东夏甸金矿床充水机理构造控制模式[J]. J4, 2008, 38(2): 255 -0260 .
[9] 张渊，刘连登，孙景贵，陈国华，张洪喜，闫复传,杨开春. 胶东西北部黄埠岭金矿床两期次叠加成矿[J]. J4, 2008, 38(1): 21 -0026 .
[10] 鲁程鹏, 束龙仓, 苑利波, 张蓉蓉, 黄币娟, 王彬彬. 基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数[J]. J4, 2009, 39(4): 717 -721 .
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