[发明专利]一种促进裂隙错动提升自支撑能力的水平井施工方法

权利要求书

1.一种促进裂缝错动提升自支撑能力的水平井施工方法，其特征在于步骤为：

a首先获取储层目标开采层段的岩石力学参数、地应力参数，所述岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力，所述地应力参数包括垂直主应力、最大水平主应力和最小水平主应力的大小与方向；

b在地面打设竖井至储层目标开采层段，竖井井段轴向垂直于最大与最小水平主应力方向所在平面；

c在竖井的端部转向施工水平井，水平井轴向与最大水平主应力方向呈夹角；

d下放射孔枪于水平井段，利用射孔枪在水平井的上下分别垂直布置两排聚能射孔，射孔的方向垂直于水平井轴线且与垂直主应力方向平行，并通过聚能射孔造缝在水平井的上下产生对称式的纵向双翼裂缝簇；

e回收射孔枪并对水平井进行封孔，利用水力压裂技术向水平井段中注入压裂液进一步对射孔造缝形成的裂缝簇进行扩缝压裂，使相邻射孔裂缝之间互相连通，构成一个过水平井轴线且与最大、最小水平主应力所在平面相垂直的平面，此平面即为纵向裂缝面，即裂缝长度方向平行于水平井轴线方向；

f裂缝错动自支撑：用高能气体燃爆压裂技术促进裂缝剪切错动滑移，构建出立体自支撑裂缝网络；

射孔孔径为5-7cm，产生射孔间距为20cm的裂缝簇；

所述转向施工水平井步骤中水平井轴向角度的选择以及射孔扩缝步骤中射孔方向的选择过程如下：

裂缝的张开程度为：

式中e₀为人工压裂措施作用下裂缝长短轴之比；e为人工压裂措施撤去后，原岩地应力作用下压缩后的裂缝长短轴之比，完全闭合时取0；υ为泊松比；E为弹性模量；σ_ep为裂缝有效压应力；

由式(1)可知，e₀-e越大，意味着裂缝在σ_ep的作用下更易闭合，在原岩地应力场中，有效压应力为：

式中σ_H为最大水平主应力；σ_h为最小水平主应力；σ_v为垂直主应力；α为裂缝面与最大水平主应力的夹角，α∈[0°，90°]；β为裂缝面法向与垂直主应力的夹角，β∈[0°，90°]；

已知f(α)＝cos2α在区间[0°，90°]上单调递减，分别将区间左右端点值代入式(1)，可得

由于σ_H﹥σ_h，所以有(e₀-e)_90°﹥(e₀-e)_0°，

所以α＝0°时，裂缝张开程度最大，即沿着最大水平主应力方向最不易闭合；此时式(2)化简为：

σ_ep＝σ_h sin²β+σ_vcos²β (4)

在σ_Hv型、σ_v型原岩地应力场中，有σ_v﹥σ_h，所以当β＝90°时，σ_ep取最小值，数值上等于最小水平主应力；

综上，由式(1)、式(2)可知，裂缝的张开程度与有效应力σ_ep存在线性负相关关系，而有效应力σ_ep又与主应力和裂缝面角度有关；

在剪应力作用下，裂纹表面互相滑移产生剪切型裂纹，采用摩尔-库伦破坏准则研究剪应力作用下的裂缝面的错动，当某一面上的剪应力τ超过其所能承受的极限剪应力τ_f，岩石便发生剪切破坏，即破坏准则为：

τ≥τ_f (5)

极限剪应力τ_f是关于有效压应力σ_ep的函数，公式为：

式中τ_f为极限剪应力；为岩石内摩擦角；c为岩石黏聚力；

根据线弹性理论，平面应力状态下，岩石受最大水平主应力σ_H和最小水平主应力σ_h，作用在裂缝面上的有效压应力σ_ep和剪应力τ分别为：

式中，σ_ep为最大、最小水平主应力在裂缝平面上产生的法向应力，即β＝90°时的有效压应力；τ为最大、最小水平主应力在裂缝平面上产生的剪应力；

联立式(5)(6)(7)(8)，则：

令δ＝τ-τ_f，可知δ越大表示剪切破坏越易发生，裂缝面错动滑移量越大；

由于最大水平主应力σ_H、最小水平主应力σ_h、岩石内摩擦角岩石黏聚力c是可测得的参数，故定义错动滑移量δ关于夹角α的函数关系式δ(α)：

其中，常量常量α表示水平井轴向与最大水平主应力方向夹角，

由辅助角公式可得，

其中，常量

由正弦函数性质，当k∈Z时，函数δ(α)取得最大值；

因为α∈[0°，90°]，故当水平井轴向与最大水平主应力方向夹角α满足：

时，裂缝面错动程度最大。

2.根据权利要求1所述的一种促进裂缝错动提升自支撑能力的水平井施工方法，其特征在于，所述步骤f中的高能气体为甲烷气体。