水力压裂支撑剂输运室内模拟方法研究进展与展望

水力压裂过程中支撑剂在水力裂缝内的输送情况对裂缝的导流能力具有显著影响,通过室内实验装置模拟支撑剂在裂缝中的输送对实现支撑剂的高效铺置,降低水力压裂施工风险、提高压裂施工效果具有重要的意义。本文详细介绍和评述了研究支撑剂输运的室内模拟方法、装置以及研究成果对现场的指导作用。研制具有分支缝的耐高温高压可视化大型室内实验模拟装置是未来支撑剂输运模拟研究领域的重要发展方向。     

煤层气物性参数随埋深变化规律研究

针对深部煤层煤层气的"高地应力、低渗透性"特性导致开发难度大的问题,分析了沁水盆地南部煤层气井岩心试验数据和测井、试井、压裂、生产等实际资料,研究了主要储层物性参数与埋深的关系。研究结果表明:不同储层物性随埋深变化规律各不同,具有跃变式变化特征;拐点变化值并不是一个确定埋深。利用BP神经网络模拟物性参数变化拐点的结果表明:选取的关键参数不同,得到的物性随埋深变化拐点值是不一致的。以力学参数为关键参数的深部煤层埋深拐点为1 043 m;侧重物性参数的埋深拐点为659~950 m;以产能因素为关键参数的埋深拐点为927~1 171 m。     

基于煤系渗透率各向异性测试的水平井穿层压裂效果模拟

应用自主研发的真三轴渗透仪,开展了煤样及顶、底板岩样的三轴渗透率测定。基于实验结果,通过有限元三维数值模拟方法,研究了渗透率各向异性对深部煤层顶板水平井穿层压裂裂缝扩展的影响。模拟结果表明:①真三轴渗透仪可以实现三轴差异化应力加载,突破了常规拟三轴渗透仪无法分别加载水平最大主应力和水平最小主应力的瓶颈,可以使实验条件与地层条件更为接近。②高阶无烟煤与顶板粉砂岩的真三轴渗透率测试结果都呈现出明显的各向异性特征。无论是高阶无烟煤,还是顶板粉砂岩,垂直层理方向的渗透率都小于平行层理方向者。对于无烟煤,平行层理方向的渗透率也存在明显差别,垂直端割理方向的渗透率大于垂直面割理方向渗透率值。③考虑渗透率各向异性模型与均质模型相比,压裂模拟过程中,破裂压力和施工压力增高,孔隙压力叠加程度增大;模拟最终时刻的整体裂缝形态更加短宽,且缝高增大。     

割理对煤岩加载过程能量演化特征影响数值模拟

能量是导致岩样破坏的本质因素,割理发育是煤岩的显著特征,为分析割理对煤岩加载过程能量演化特征的影响,使用RFPA软件对不同割理数量、不同割理密度及不同割理角度3类二维数值模型开展单轴压缩数值模拟试验,使用MATLAB软件计算了数值模型的分形维数用以表征割理结构复杂性,分析了割理数量、割理密度及割理角度对能量应变曲线及破坏点能量的影响,探讨了割理结构复杂性对煤岩能量演化特征的影响。研究表明:以弹性能曲线从"下凹"变为"上凸"的"拐点"为1个分界点,以应力曲线及弹性能曲线的最高点(即试样破坏位置)为另外1个分界点,可将整个加载过程可分为能量聚集、能量耗散与能量释放3个阶段;无论割理在煤岩内部的分布均匀与否,随着试样内部割理总量增多,总能量曲线及弹性能曲线随着加载过程进行而上升的速度越慢,耗散能随轴向应变增大而增大的速度相近,外力只需对试样做功较少即可使得试样破坏,岩石弹性变形所具有势能降低,但用于破坏试样内部结构、产热以及岩石发生运动所消耗的能量基本保持不变;割理角度为0°和90°两种情况下总能量和弹性能随着轴向应变增大而增大的速度最快,60°时总能量和弹性能增大速度最慢,不同割理角度情况下耗散能增大速率无显著规律;随着割理角度逐渐增大,样品总能量及弹性能均先降低后升高,呈现为近似的"U"字型,耗散能先基本保持不变,而后出现小幅增大;总能量及弹性能随着割理结构复杂性增强而减小,耗散能随割理结构复杂性的变化无显著变化;煤岩内割理角度的对其压缩过程能量存储影响最大,割理集中分布对压缩过程能量存储的影响较割理均匀分布显著。     

基于模糊数学方法优化煤层气井底流压下降制度

合理的煤层气井井底流压初期下降制度是决定煤层气井高产和稳产的重要因素,应用模糊数学的基本方法分析柿庄南区块煤层气排采初期高产井井底流压下降制度,将影响煤层气排采初期井底流压下降制度的因素记作一个模糊集合,确定其权重分配并构造隶属函数,为调整煤层气低产井的井底流压压降制度或为未投入运行井制定合理的井底流压下降制度提供依据.通过某高产井L-1的验证,该方法确定的压降制度在区域7内与实际压降制度符合较好,压降特征参数的相对误差均小于20％,说明模糊数学方法能够用以优化煤层气排采初期井底初期流压下降制度.