页岩弹性模量非均质性对地应力及其损伤的影响

页岩的应力非均质性对钻完井、压裂改造和气藏开发动态等过程具有显著影响,目前未给出合理的表征方法来刻画页岩水力压裂过程中力学非均质性引起的岩石损伤/破裂及"应力阴影"效应。采用Galerkin有限元数值方法,通过COMSOL Multiphysics求解器,利用Matlab脚本语言进行了二次开发;采用Weibull概率密度函数表示页岩力学非均质性,数值模拟了水力压裂过程中流固耦合条件下非均质性对页岩地应力分布、应变能密度、流压和损伤因子等因素的影响规律。当地层完全为均质时,Von-Mises应力、应变能密度和损伤因子递减分布曲线特征明显,随着地层非均质增强,它们的分布曲线呈现起伏波动的规律,且Von-Mises应力、应变能密度与损伤因子相关性较好。据此提出了二维平面应变条件下力学非均质性引起的岩石损伤/破裂及"应力阴影"效应表征方法,即用单点线处的Von-Mises应力或应变能密度刻画岩石的局部破裂程度或应力阴影效应的强弱,用单位面积的平均应变能密度刻画岩石整体的破裂程度或应力阴影效应的强弱。该研究对进一步改进页岩体积压裂设计和提高气井产能具有重要指导意义。     

CFD-DEM耦合的干热岩人工裂隙内暂堵剂运移规律研究

暂堵转向压裂技术是提高干热岩采热能力的最具潜力技术之一,现有的针对暂堵剂在裂缝内运移过程的数值模拟研究模型相对简化,难以对暂堵剂在裂隙内复杂流动过程进行精准的刻画,无法捕捉颗粒在裂隙内的真实运动及其相互作用.为了准确捕捉暂堵剂在干热岩人工裂隙内的运移规律及颗粒间相互作用机理,本文对裂隙内的颗粒运动和流体流动采用基于欧拉...     

一种确定控制缝高的人工隔层剂最优用量方法

针对油(气)水互层压裂改造,当油气层距离水层较近时,为了防止压裂沟通水层导致改造失败,研发了人工隔层控制裂缝延伸的工艺技术。该工艺的核心技术之一是确定人工隔层剂的用量。从线弹性断裂力学理论出发,推导出人工隔层剂的理论模型,使用拟牛顿算法并通过编制程序确定了人工隔层剂的最优用量。应用实例表明,施工过程转向压力明显,且压后井温测井表明施工时未沟通到含水层,结合压后日产油83m3且不含水,说明该人工隔层优化设计方法实用可靠。     

应用灰色关联法分析影响酸岩反应速率的主次因素

利用灰色关联分析法,以长庆油田高桥区块下马家沟组白云岩岩心的酸岩反应动力学实验数据为基础,对碳酸盐岩反应速率的4个影响因素：酸液浓度、地层温度、酸液黏度和圆盘转速进行了分析评价,结果表明,四个因素的灰色关联度大小顺序依次为：转速〉温度〉浓度〉黏度。进一步明确了各相关性状对反应速率影响的大小与主次关系。     

多裂缝“应力阴影”的有限元数值模拟

“应力阴影”效应对压裂人工裂缝扩展具有重要影响,目前对多缝内压力变化对应力干扰影响的研究较少。以弹性力学虚功原理为基础,利用有限元法自行编制程序模拟得出,在给定裂缝尺寸、缝内流压等条件下最优裂缝间距为140 m,模拟了最优裂缝间距的应力阴影分布状态,两裂缝尖端处主方向变化较大;在两缝之间存在特定的区域主应力值较小,并根据缝内压力反求出在排量约为4.8 m3/min下,可利用此区域的“应力阴影”促使两主裂缝沟通,形成复杂缝网。最后分析了各条裂缝内的流压比值及每条裂缝流压等因素对应力阴影的影响规律,可通过多级交替改变排量、液体黏度及加人工转向剂暂堵裂缝等措施实现多缝内流压变化,控制两缝流压比值在0.5~2.0区间内,增强缝间应力干扰,促进水力压裂过程中复杂缝网的形成,因此细致研究复杂裂缝间压力分布对“应力阴影”的分析非常关键。     

单轴加载页岩破坏全过程的声发射特征

借助MTS岩石力学实验系统和PAC声发射仪,开展页岩单轴加载破坏全过程的力学特征和声发射特征研究。根据页岩应力—应变曲线、声发射事件数等资料,研究了页岩声发射事件数(AE数)、累计声发射率与应力和时间之间的关系。研究表明:页岩存在一定的各向异性和非均质性,在初始压密阶段,若页岩中存在微裂隙,就会产生声发射事件;在弹性阶段的后期,随着应力水平的增加,岩石声发射显著增加,特别是快到破坏应力时,岩石声发射事件增长迅速;在破裂阶段,页岩接近峰值强度时,单位时间内的应力增长速度减小,声发射事件数出现明显下降。研究结果可为页岩压裂施工参数的优化设计,特别是页岩气的水力压裂、开采提供技术支持。     

干热岩人工裂隙三维流动传热的数值模拟研究

干热岩流动换热模型主要以二维模型假设为主,不能全面反映人工裂隙内的三维流动传热物理过程.利用ANSYS Fluent商业软件建立了单裂隙三维流动换热数值模型,并开展了相关数值模拟计算,分析了不同因素下对于干热岩裂隙内流体温度的影响,获得了裂隙内流体在不同条件下的传热规律.数值模拟结表明:影响干热岩人工裂隙换热的主要因素包括工质注入速度、人工裂隙宽度、人工裂隙长度和流体初始温度.在给定裂隙长度及流入速度的条件下,人工裂隙宽度越小,出口处流出的流体温度越高,流体流经的裂隙长度越长,热突破时间越长.在裂隙宽度、长度相同时,工质流速越小,流体出口处温度越高,流入速度越慢,热突破时间就更长,传递的热量就越多.对于不同的裂隙宽度及流入速度,裂隙长度达到一定程度后,水温才能升高到与基岩一致.     

增强型地热系统关键技术研究现状及发展趋势

增强型地热系统（EGS）是开发干热岩型地热资源的主要手段,但其目前存在高温作用下人工压裂缝网不合理、多尺度多场耦合规律不明、井内闪蒸流动造成采热效率低下、地热流体热电转换效率低等关键问题,不利于地热资源的大规模商业化开发。围绕上述重大瓶颈问题,针对EGS开采干热岩型地热资源涉及的4大关键技术,系统梳理和分析了各项技术的研究进展及发展趋势。主要内容包括：(1)在干热岩储层人工压裂技术方面,详述了储层改造方法、人工缝网形成机制和裂缝扩展预测模型等方面的研究进展;(2)在干热岩开采数值模拟技术方面,分别从岩心尺度多场耦合模型、储层尺度多场耦合模型和尺度升级方法 3个角度,阐述了裂缝表征方法、数学模型及求解方法的研究进展;(3)在井筒热流体高效提取技术方面,讨论了井筒内流体闪蒸的原理、闪蒸流动特性研究的实验和数值模拟方法 ;(4)在干热岩地热发电技术方面,介绍了地热发电原理、发电系统类型和主要的应用市场。结论认为,EGS是一个技术密集型系统,但由于地下储层工况的复杂性和地面设备的不稳定性,机理研究往往与实际脱节,需与先导试验项目密切结合、互相指导,开展产—研结合模式,在不断往复中提高认知、突破...     

注入流体诱导应力场模拟计算

对油气井压裂改造时,向井眼内注入大量流体,井筒周围应力场重新分布,主要通过积分形式求解,过程繁杂,且对应力场的影响因素分析较少.利用拉氏变换,以流固耦合控制方程和应力平衡方程等为基础,结合注入流体诱导应力场的积分形式解,在定压条件下推导内、外边界拉氏变换解;利用Stephfest拉氏数值反演方法对变换解进行数值求解.数值模拟结果表明,切向应力场在最小水平主应力方向上变化较大,距离井壁越近,注入流体诱导的切向应力场值越大,随着距离增加,其值变小;在一定条件下(如地应力差较小),切向应力场发生反转,使得压裂裂缝转向.切向应力场与注入时间、流体黏度和地层渗透率等因素有关:延长注入时间、增加注入体积、较低的液体黏度和较高地层渗透率有利于使切向应力场增加,诱导切向应力场发生反转,有利于人工裂缝转向.     

迫使碳酸盐岩油气藏裂缝向下延伸的酸压技术

碳酸盐岩油气藏非均质性强,受钻井工艺和地质条件的限制,井眼距下部储集体较远时,常规酸压工艺难以沟通下方的储集体。从人工隔层控制裂缝延伸方向机理出发,提出上浮转向剂形成人工高阻隔层迫使酸压裂缝在纵向上向下延伸的思路,研发了一种超低密度耐高温高承压的特殊上浮转向剂TBA,其密度为0.37 g/cm3,承压140 MPa,260 ℃高温下稳定,并对上浮转向剂TBA进行了上浮规律研究,使用数模的方法对上浮转向剂TBA的上浮时间、用量进行优化,获取了有效迫使裂缝向下定向酸压控制参数,使裂缝尽可能向下延伸沟通储集体。该技术已在塔里木盆地碳酸盐岩油气藏进行了4口井酸压试验,取得了很好的效果。