煤层气直井地层破裂压力计算模型

为了高效开发煤层气、成功实施水力压裂作业,针对射孔完井条件下,对水力压裂时煤层的破裂压力进行预测。提出将套管、水泥环的影响纳入到井筒周围应力场计算中,运用坐标转换和线性叠加原理,建立了考虑套管、水泥环影响的煤层直井井周应力场解析模型。结合最大拉应力、张性破坏、剪切破坏3种破裂准则,建立了考虑套管、水泥环影响的煤层气直井破裂压力预测模型,分析了射孔径向深度、割理走向倾角、地应力差对破裂压力的影响。以云南地区X井为例,模型计算结果误差在7%以内,证明了该模型的正确性。研究结果表明：套管、水泥环会引起应力集中效应,使得破裂压力降低;在最大水平主应力方向射孔时,煤层更容易本体破裂;射孔周向角在一定区间时,本体破裂和割理张性破裂同时发生;中等割理走向倾角有较低的张性破裂压力,地应力差较小时,不易发生剪切破裂。     

气相色谱—红外激光光声检测器的研究

研制了用于色谱检测的流动气体光声池。用CO_2激光光源,不锈钢填充色谱柱,得到乙烯的光声—色谱图。乙烯的最低检测限为50ng。结果表明,光声检测得到的色谱峰高是热导法的7倍。     

中国煤层气地面井开采储层改造技术现状与展望

中国煤层气勘探开发面临资源探明率低、单井平均产气量低等挑战,建立与中国煤层气地质特点相适应的勘探开发技术体系,是解决这些问题的必由之路,其中储层改造技术是该技术体系的关键。为此,在系统梳理中国煤层气地面井开采储层改造技术现状的基础上,剖析了煤层气开发面临的科学问题与技术挑战,并对储层改造技术的发展方向进行了展望。研究结果表明 ：(1)国内煤层气产量规模尚未达到国家需要,在能源安全与低碳发展背景下,突破当前储层改造技术瓶颈是促进煤层气大规模增产的关键;(2)目前,中国煤层气地面井开采储层改造技术的代表性技术为水力压裂、电脉冲增透、微波加热 3 大类,下一步需持续攻关液压致裂、电脉冲致裂、微波致裂等不同破岩方式下的煤岩裂缝扩展规律 ;(3)需攻关压裂液、酸液、微生物、CO₂、N₂等不同外来介质对煤岩的作用机理,以及储层改造后煤层气传质与产出机理等科学问题。结论认为,单一技术进步基础上的融合发展是煤层气地面开采储层改造技术的发展趋势,其中研发适合不同煤层特点的储层改造技术“组合拳”是实现煤层气开发的关键。     

基于改进云模型的致密砂岩气层分类方法

针对油气藏储层分类存在模糊性和随机性导致难以准确分类定级的问题,提出一种基于改进云模型的致密砂岩气层分类方法。根据致密砂岩储层特点优选出5个评价参数,确定了各参数分类定级界限值,运用改进云模型计算云数字特征并生成云图,分析各参数隶属于不同储层的确定度,结合参数的权重系数形成储层综合评价分类模型。将该方法应用于苏里格临兴区块样本井评价,分类结果显示:Ⅰ、Ⅱ类优质储层均有较高的无阻流量,而Ⅲ、Ⅳ类储层无阻流量相对较低,验证了所建立的储层分类方法的可行性和有效性。研究成果兼具模糊性和随机性,提高了储层分类定级的精确度,对现场勘探开发具有重要指导意义。     

椭圆形井筒破裂压力预测模型

水力压裂是油气藏增产的一项重要技术手段,准确预测破裂压力是水力压裂成功的关键。目前的破裂压力预测模型假设井筒为圆形,但测井数据表明井筒为椭圆形。因此,运用复变函数理论和弹性力学理论,推导出椭圆形井筒井周应力场计算解析表达式,建立椭圆形井筒破裂压力预测模型,通过公式蜕化和数值计算检验证明本文模型的正确性。分析椭圆长短轴比和地应力差对破裂压力的影响,研究表明:(1)以我国西部地区某井为例,本文模型计算的破裂压力与现场实际的误差在4%以内;受井筒形状的影响,最小水平地应力方向有应力集中效应,裂缝沿着该方向起裂。(2)当长短轴比较大时,裂缝在最小水平地应力方向起裂,将会发生近井筒裂缝弯曲现象;当长短轴比较小时,小范围的井壁坍塌会引起破裂压力有较大提升。(3)平衡曲线有y(28)ax(10)1的表达形式,当参数点落在区域I内时,破裂压力受地应力差影响大,井筒沿着最大水平地应力方向起裂;当参数点落在区域II内时,破裂压力受井筒形状影响大,井筒沿着最小水平地应力方向起裂;当参数点落在平衡线及其附近区域时,井筒各个方向的破裂压力相近,井筒内多裂缝同时起裂。     

致密油藏水力裂缝层内爆燃压裂非线性渗流模型

利用树状分形理论表征多尺度爆燃次生裂缝的复杂形态,针对致密油藏非线性渗流特性,建立致密油藏水力裂缝层内爆燃压裂非线性渗流模型。根据改造后致密油在地层中的不同流态,将渗流区域分为3个区,推导出3区耦合产能公式。产能影响因素分析结果表明:水力裂缝层内爆燃压裂获得的单井产能约为常规水力压裂的1.5倍;爆燃次生裂缝缝宽分形维数和迂曲度分形维数越大,爆燃次生裂缝面积百分数和爆燃次生裂缝波及区有效渗透率越大,单井产能越高;爆燃次生裂缝分叉角度越小,储层改造体积越大,单井产能越高。在选用爆燃药剂时,应选择能量释放率低或具多级反应速率的药剂,以减小爆燃次生裂缝分叉角度,增大储层改造体积,进而提高单井产能。     

横观各向同性地层水平井井壁拟三维应力场计算模型

 针对横观各向同性地层,基于各向异性材料力学理论,运用应力叠加原理和坐标变换方法,考虑井筒流体压力、最大水平主应力、最小水平主应力和上覆岩层压力作用,推导横观各向同性地层中,水平井沿任意方向钻进时井壁应力场的拟三维解析解。进而分析了页岩和砂岩水平井井壁上任意岩石质点3个主应力的分布规律,分析表明,与地层力学性质各向同性条件相比,力学性质各向异性时,井壁上任意岩石质点的第一主应力 没有改变,而第二主应力 和第三主应力 发生了改变,岩石力学性质各向异性度越大,主应力 和 改变越大,岩石力学性质高各向异性度增加了井壁可能发生张性破裂的点数。研究成果可为横观各向同性地层水平井水力裂缝起裂以及井壁稳定性分析提供参考。     

裂缝扩展与输砂动态耦合的缝内支撑剂铺置特征

裂缝扩展与支撑剂运移动态耦合是目前水力压裂数值模拟技术面临的挑战之一。为了探究页岩动态裂缝缝内支撑剂铺置特征，基于三维离散元方法，建立考虑层理的页岩储层裂缝扩展与支撑剂运移动态耦合数值模型，分析了不同支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液黏度和支撑剂注入方式下的裂缝扩展与支撑剂铺置规律。研究表明：粒径越小，支撑剂铺置范围越广，铺置越均匀，粒径为150μm的支撑剂的铺置面积与铺置效率是粒径为600μm的支撑剂的1.8倍；支撑剂密度不是影响裂缝扩展和支撑剂运移的主要因素；压裂液黏度越高，裂缝面积和铺置面积越小，铺置效率越高，黏度从1 mPa·s增至15 mPa·s,裂缝面积减少45%,铺置面积减少34%,铺置效率增大12%;支撑剂注入方式为阶梯注入时，压裂液造缝与携砂效果最好。该研究成果可为页岩储层有效改造提供理论指导。     

页岩层理弱面对裂缝穿层扩展的影响数值模拟研究

层理弱面是影响页岩油气水力裂缝穿层扩展的关键因素之一，而层理弱面强度主要由黏结强度、内摩擦角以及抗张强度决定。为探究层理弱面对水力裂缝穿层扩展的影响机理，基于三维块体离散元法建立了含层理弱面页岩压裂数值模型，研究了黏结强度、抗张强度以及内摩擦角对水力裂缝穿层和裂缝扩展形态的影响。数值模拟结果表明：层理黏结强度对水力裂缝穿层扩展存在显著影响，黏结强度较低时水力裂缝主要为横向扩展，并伴随着较大的层理激活程度；而高黏结强度下水力裂缝穿层能力较强，主要呈近圆形扩展；层理激活主要为剪切破坏，即层理抗张强度对水力裂缝扩展无明显影响，在实际工程中可忽略不计；水力裂缝的穿层能力随内摩擦角的增大而增强，在低内摩擦角下水力裂缝易沿层理扩展。