与有色金属矿山共生的气油田水力压裂优化设计的研究

由于传统水力压裂技术在应用上具有一定难度,对具有自然裂缝的低渗透率金属矿层气藏需要进行水力压裂设计优化。本文对特定气田水力压裂设计优化进行讨论,实现油层气产量最大化。通过对之前水力压裂优化设计方案进行分析,发现有以下几点不足之处:很难发现有文献记录的控制摩擦因子获得最佳水力裂缝的案例;很难发现有文献记录的对水力压裂设计进行风险分析的案例;很难发现有文献记录的基于应力分析在水力压裂时调整裂缝方向的案例。因此,在本研究中需要对水力裂缝设计进行改进,考虑额外的风险分析,实现产量最大化,减少各种不确定性。本设计分为四个部分,包括预压裂数据分析、水力压裂优化、压后地质建模以及生产动态建模。通过对不同工况不同因素的测试,获得最优的水力压裂施工方案。     

低透气性煤层井下分段点式水力压裂增透

通过数值分析和现场试验的手段分析了井下低透气性煤层分段点式水力压裂的原理和过程.井下分段水力压裂意在改变传统压裂的受力方式,使煤体多点受力,相互作用,最后产生压裂的效果.经过在城山煤矿西二采区水力压裂孔的试验,在压裂半径为5~7m条件下,得出了试验地点临界注水压力为14MPa,水压在14~20MPa进行分段点式水力压裂较为适宜,试验过程简单易行,在现有条件下压裂可在5 min内完成,试验地点压裂后钻孔平均抽放瓦斯流量和体积分数明显提高.      

定向水力压裂软化岩体过断层技术研究

以杜家沟煤矿2-105工作面过断层为工程背景,探究水力压裂技术在软化岩体方面的作用。基于工作面地质构造的条件来进行理论计算,从而得出水力压裂起裂压力与裂缝扩展半径,确定钻孔布置参数,现场实施钻孔压裂。结果表明：水力压裂技术可以促进岩体内部裂缝扩展,降低岩石完整度,提高采煤机破岩效率,缩短工作面过断层时间。     

油、气井用压裂支撑剂的研制

水力压裂中支撑剂的作用在于充填压裂产生的水力裂缝，使之不再重新闭合，从而形成一个具有高导流能力的通道。本文主要从研究材料的物相理论、新的生产工艺入手，研制出具有生产工艺简单、强度高、导流能力好的特点的压裂支撑剂。     

低、特低渗透油藏压裂水平井产能计算方法

考虑低、特低渗透油藏裸眼压裂水平井流体从基质-裂缝-水平井筒及基质-水平井筒的耦合流动,以等值渗流阻力法及叠加原理为基础,将裸眼压裂水平井渗流区域划分为三个流动区域:流体在水平井压裂裂缝内的达西线性流动区域、水力压裂裂缝泄流引起的非达西椭圆渗流区域和流体在地层中的径向渗流区域.建立裸眼水平井水力压裂多条横向裂缝相互干扰的非达西产能预测模型,分析水力裂缝参数对产能影响,揭示裸眼压裂水平井开采变化规律.模拟结果表明:裂缝条数越多,裂缝干扰越强,水平井压裂存在一最优裂缝条数;裂缝沿水平井筒排布靠近两端、中间相对较稀,且两端长、中间短的开发效果最好.      

水力压裂技术在地下资源开采中的应用

水力压裂是一项多学科交叉的复杂工程技术,是利用液体的传压作用,经地面设备将压裂液注入地下煤层或岩层,压开煤层或岩石的裂缝,形成多条具有高导流能力的渗流带,沟通储层的裂隙,达到高效开采资源的目的。论文在总结水力压裂技术在开采低渗透储层的煤层气和石油过程中应用的基础上,分析了该技术在应用过程中存在的裂缝监测困难、数学模型不合理等一系列问题,提出了水力压裂技术发展的一些积极建议。     

不同压裂参数下水力压裂效果分析

为提升水力压裂在坚硬顶板问题治理过程中的应用效果,利用数值模拟软件对不同压裂参数下的裂缝扩展情况进行研究。对水力压裂过程进行模拟,发现随着注浆压力的增大,在预制裂缝角位置出现应力集中,当应力值超过单元的抗拉强度时裂缝起裂,并向着最大主应力方向偏转扩展;对不同应力差及压裂液黏度下的裂缝宽度及压裂液流速进行分析,发现裂缝宽度及液体流速随着应力差的增大均呈现逐步减小的趋势,而裂缝宽度及液体流速随着压裂液黏度的增大均呈增大趋势。此研究结果为水力压裂技术应用、参数设计提供了一定的参考。     

裂隙性储层水平井起裂行为的控制

针对裂隙性储层水力压裂行为中出现的围岩维护、增透效率与地下水害防治等实际问题，本文对多场多相耦合作用下起裂压力控制机制，以及压裂性评价展开了深入研究。首先分析了射孔集中力对原始应力场的改造作用；其次，考虑压裂液在储层原生裂隙中的渗透作用；最后，基于断裂力学强度准则建立了水平井起裂压力计算模型。根据模型分析了储层裂隙场几何参数对起裂压力的控制作用，提出了裂隙场特征参数的概念。研究结果表明，水平井水力压裂是流固多相在射孔应力场、压裂液渗流场以及储层裂隙场耦合空间内相互作用过程，裂隙场特征参数对起裂压力的大小起着主导控制作用，其中最大控制因素为储层隙宽，且当储层隙宽在200～700 μm区间内时，水力压裂对改善其渗透性能才有实际意义，从而解决了裂隙性储层起裂压力的定量化与压裂性评判问题。经实例计算与对比发现，苏里格气田东区H8段的砂岩储层，起裂压力的理论值与实测值契合度较高，压裂后的产能也十分理想，从而验证了模型的正确性，可以为水平井压裂施工提供理论依据。      

N80-1油管在水力压裂作业过程中开裂原因分析

N80-1油管在进行油层水力压裂作业过程中发生脆性开裂,采用断口宏观分析、断口微观分析、金相检验等方法,对其开裂原因进行了系统的分析。结果表明,失效油管理化性能均符合API SPEC 5CT—2011标准规定值。该油管内壁存在一条深0.2~0.8 mm的缺陷是导致该油管在压裂过程中发生开裂的主要原因。经对失效油管实物以及金相组织形态观察,初步认定缺陷为芯棒划伤。另外,N80-1油管的断裂韧性KIC值较低亦加速该油管发生脆性开裂。改选用断裂韧性KIC值高的油管进行压裂作业将会降低压裂过程中油管发生脆性开裂的概率。     

压裂用支撑剂的现状与展望

水平井和水力压裂的技术突破,决定了美国页岩气革命的成功,在当时极大缓解了美国的能源危机.随着全球非常规页岩气和致密油的开发日渐风靡,作为压裂技术中不可忽略的支撑剂的相关选择、携带和运移等问题,也得到越来越多的关注.本文回顾支撑剂的发展历史,综述常用支撑剂的种类、优缺点和研发趋势,结合实例对包覆类、超高强、超轻、自悬浮、新型棒状等新型支撑剂进行介绍,并展望其发展和应用趋势.我国非常规油气资源丰富,但低渗、低压且低丰度的储层特点对压裂开采技术提出新挑战.未来支撑剂材料的研发将面向高性能、多功能、小尺寸和智能化四个大方向.      

基于最小应变能密度因子断裂准则的岩石裂纹水力压裂研究

建立了考虑裂纹尖端非奇异项T应力的最小应变能密度因子断裂准则, 研究了不同裂纹类型条件下T应力和泊松比对起裂角的影响, 结果表明裂纹起裂角不仅与奇异项应力强度因子有关, 而且还需要考虑非奇异项T应力和泊松比的影响作用.同时计算了含井筒对称双裂纹水力压裂模型的起裂角和临界水压, 表明依据本文断裂准则计算得到理论解与实验结果吻合良好.在此基础上, 利用该准则从理论上分析了临界裂纹区尺寸、T应力、比奥系数、侧压系数、泊松比等因素对水力压裂裂纹起裂特性的影响.参数分析表明: 临界裂纹区尺寸、T应力和侧压系数对临界水压和临界起裂角有显著影响.临界水压随着泊松比增大而减小, 而临界起裂角呈现相反变化趋势.比奥系数对临界起裂角没有影响, 但是在高水压条件下对起裂角具有显著影响.      

巢湖地区二叠系孤峰——大隆组页岩脆性特征

页岩气开发的首要技术手段是对页岩储层的压裂改造,而脆性是压裂设计的重要参考因素。本文以安徽巢湖地区二叠系孤峰组-大隆组页岩为研究对象,在野外剖面观察、典型样品采集的基础上,利用X-射线衍射技术(XRD)进行矿物组成分析,研究样品矿物特征,在此基础上选取石英、白云石、黄铁矿作为研究区脆性矿物,对孤峰组-大隆组页岩进行脆性评价。结果表明:巢湖地区孤峰组-大隆组页岩以石英含量最高,平均40.1%;黏土矿物其次,平均34.41%;碳酸盐矿物最低,平均4%。经脆性公式计算得,三个组的脆性指数较高,约0.39-0.64,平均0.46,利于后期水力压裂。     

单孔岩石水压致裂过程的数据模拟分析

应用岩石损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统F-RFPA^2D，模拟分析了含单孔岩石试样的水压致裂过程。通过对水力压裂过程中裂纹的萌生、扩展、渗透率演化规律及渗流——应力耦合机制的模拟分析，初步揭示了岩石水压致裂过程的失稳力学行为。进一步对比分析不同围压作用下的岩石裂纹的渐进扩展和破裂过程，数值模拟结果和实验结果具有较好的一致性。     

近距离煤层坚硬顶板巷道围岩支护技术实践

针对13号煤层开采过程中遇到的坚硬顶板巷道围岩支护难题,运用钻孔窥视技术和水力压裂法顶板岩性和围岩力学强度进行测试分析,结合现场数据和理论计算,确定了锚杆+钢带+锚索补强的巷道联合支护方式和支护参数,并以巷道表面位移和顶板离层值为主要监测指标,对该联合支护方式的有效性效果进行验证。实践应用效果检验,支护效果显著,具有良好的推广应用价值。     

单孔岩石水压致裂过程的数值模拟分析

应用岩石损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统F-RFPA2D,模拟分析了含单孔岩石试样的水压致裂过程。通过对水力压裂过程中裂纹的萌生、扩展、渗透率演化规律及渗流—应力耦合机制的模拟分析,初步揭示了岩石水压致裂过程的失稳力学行为。进一步对比分析了不同围压作用下的岩石裂纹的渐进扩展和破裂过程,数值模拟结果和实验结果具有较好的一致性。     

裂缝网络支撑剂非均匀分布对开采动态规律的影响

水力压裂过程中支撑剂的注入是为了防止地应力将已压裂出的裂缝重新闭合。为了研究复杂裂缝网络中支撑剂的运移分布规律,及支撑剂非均匀分布对开采动态规律的影响,基于作者之前提出的数个数学模型,建立了致密储层压裂注砂开发耦合计算模型。通过计算结果可以得知:裂缝网络中,支撑剂会在裂缝交汇处大量堆积,砂堤高度高于缝网其他部分。次级裂缝中的支撑剂更多的处于悬浮状态,且支撑剂沉降堆积高度相较于主裂缝小25%～50%,相互沟通的次级缝具有更高的支撑剂沉降程度。缝网中支撑剂非均匀分布对模拟计算结果具有较大影响,当储层渗透率为0.05 mD时,忽略支撑剂非均匀分布计算出的产量高出实际值41.7%,因此在进行低渗透率储层模拟时,支撑剂非均匀分布状态不可忽略;当基质渗透率为5 mD时,产量计算差异在5%以内,此时不考虑支撑剂非均匀分布相对合理。      

俄美制裁战有可能会给美国的钛产业带来风险

<正>美国在水力压裂法上的技术进步,使其摆脱了对中东地区石油的绝对依赖。虽然美国在能源市场上获得独立,但是其金属产业对其他国家的依赖程度正在增加,尤其是重要工业及国防需要的金属。举例说,美国现在民用及军用飞机以及其他重要工业中,79%的钛是靠进口,这是十分可怕的。俄罗斯VSMPO公司是美国波音及联合技术公司的主要钛供应商,意味着这两家国防公司正受制于俄罗斯总     

复杂压裂缝网页岩气储层压力传播动边界研究

页岩气储层中存在大量的纳微米孔隙，且孔隙裂缝结构复杂，气体渗流阻力大，存在多尺度渗流的问题；页岩气储层压力扰动随时间向外传播并非瞬时到达无穷远，其渗流规律就是一个压力扰动边缘动边界的问题。基于对以上问题的研究，本文建立了渗透率分形分布和高斯分布的渗透率表征模型，对不同形态缝网压裂特征就渗流规律进行了描述，并利用稳态依次替换法，考虑页岩储层中扩散、滑移及解吸作用，进一步研究了多级压裂水平井不稳定渗流压力扰动的传播模型，得到不同压裂条件下压力扰动边界随时间变化的关系，并结合我国南方海相龙马溪组页岩气藏储层参数，应用MATLAB编程。研究表明:压力传播动边界随时间增加逐渐向外扩展，渗透率越小，压力传播越慢；未压裂储层压力传播速度<渗透率分形分布压裂储层传播速度<渗透率高斯分布压裂储层传播速度。对于渗透率极低的页岩气储层，压力传播慢，气井自然产能低，必须对页岩气储层进行大规模的储层压裂改造，并控制压裂程度，以提高页岩气开发效果；基于压力传播动边界的扩展优化页岩储层压裂井段间距90 m，优化渗透率分形分布压裂井井间距318 m，渗透率高斯分布压裂井井间距252 m。因此应合理控制页岩储层压裂改造规模，实现优产高产。模型模拟结果与实际生产数据拟合较好，验证了本研究理论模型的适用性。      

压裂泵阀箱强度研究及寿命分析

为提升压裂泵箱体的强度,延长压裂泵箱体寿命,针对当前已知的超高压自增强技术,分析并研究压裂泵的相关内容,根据现有技术增强超高压,对液力端阀箱内腔中的关键工艺进行分析,优化液力端阀箱内腔位置,延长压裂泵液力端寿命。基于此,从压裂泵阀箱强度研究和寿命分析两个角度出发,提出了超高压自增强过程中需要关注的重点问题。     

页岩气开采致水污染的途径及污染物特点

针对水平钻井和水力压裂技术开采页岩气所产生的水污染问题,基于水文地质学原理,对美国页岩气开采导致水污染的实例及压裂液成分等方面的文献予以分析,对页岩气开采导致水污染的途径及污染物的特点进行研究。结果表明:页岩气开采导致地下水及地表水污染的途径主要包括越流、井筒泄漏及地表人类活动等。页岩气开采长期持续产生水污染物,水污染物种类多、总量大、危害大,某些水污染物难以监测。该研究可以为我国页岩气开采水污染防治标准等规则的制订提供参考。