裂缝三维非对称延伸模型的建立及加砂程序的确定

油气层水力压裂时，所产生的裂缝将在长、宽、高三方向同时延伸。为了提高压裂设计的准确性和施工的成功率，本文建立了水力压裂裂缝三维非对称延伸的数学模型。该模型考虑了注液过程中的井筒温度变化和裂缝中的热交换对裂缝几何形态的影响。在此基础上，根据各段裂缝所需的导流能力，确定了各段裂缝填砂所应具有的面积浓度，以及相应的地面各注入段的砂比。     

中深层地热储层水力压裂多股裂缝扩展数值模拟研究

目前中深层地热能岩石裂缝扩展研究主要针对单一裂缝，而实际开采生产过程中，岩石裂缝多以复杂缝网为主，单一裂缝研究难以指导现场实际工程。采用Cohesive单元内聚力模型，利用大型有限元商业软件ABAQUS并通过厚壁筒膨胀致裂实验结果预制水力裂缝扩展路径，建立了中深层地热储层水力压裂多裂缝缝网扩展模型，并开展了相关的数值模拟计算，考察了地热储层水力压裂过程中裂缝起裂时间、最大主应力、孔隙压力、裂缝宽度等多种因素对水力裂缝扩展的影响规律，并分析比较了多条水力裂缝不同起裂次序、3条裂缝同时起裂情况下的人工裂缝扩展特征。结果表明：水力裂缝的起裂时间对于最大主应力和孔隙压力具有影响，但是对于裂缝宽度影响甚微。相对于裂缝同时起裂，裂缝先后起裂会使最大主应力和孔隙压力增加，有助于多裂缝缝网的形成，但是不能通过控制起裂时间使裂缝宽度增加。     

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。     

气井高能气体压裂裂缝系统动力学模型研究

结合燃爆气体动力学、岩石力学、流体动力学和渗流力学的基本原理,建立了高能气体压裂过程中气井射孔孔眼泄流、裂缝内流体压力分布、裂缝壁面流体渗漏、裂缝起裂判据以及裂缝延伸速度等相关的动力学模型,由此建立了高能气体压裂过程中裂缝系统延伸的气/液/固耦合动力学模型,为精确模拟高能气体压裂过程中的裂缝形态变化提供理论基础.     

天然裂缝对煤岩体水力裂缝扩展影响研究

为了研究煤岩体中天然裂缝的存在对水力压裂裂缝延伸及形态的影响,以人工预制裂缝相似材料试件为研究对象,采用室内模拟实验设备,通过注入定排量压裂液,在分析压裂曲线的基础上,研究了天然裂缝对水力裂缝起裂及裂缝形态的影响特征。研究表明,天然裂缝的存在降低了煤岩体的起裂压力,水力裂缝形态呈现3种情况:水力裂缝沿着天然裂缝面延伸;水力裂缝遇到天然裂缝后停止延伸;水力裂缝绕过天然裂缝接着延伸。本研究对煤层气(瓦斯)抽采影响范围的确定及产量预测具有一定的理论指导意义。     

多分支缝水力压裂暂堵起裂点位置研究

针对多分支缝压裂成缝起裂点不明确的问题,基于多孔介质流固耦合理论模型,通过Comsol Multiphysics软件进行有限元模拟分支缝压裂过程,分析不同应力差条件下缝内起裂点和井筒起裂点的集中应力变 化规律,随着缝内净压力的增加,存在一个差别点,区分起裂点起裂的优先顺序。通过控制缝内净压力变化,调整起 裂优先顺序,控制分支缝延伸条数,保证了多分支缝水力压裂缝网的复杂性。对海拉尔油田现场实例计算分析,调 整缝内净压力,施工结果与模拟结果相同,可以指导现场施工,提高多分支缝水力压裂的成功率。     

微地震方法监测水力压裂改善措施效果

微地震方法可以很好地监测水力压裂裂缝方向及长度。本文根据监测结果，分析了油田开发井网与裂缝方向的适应性，确定了水力压裂合理造缝长度并对水力压裂工艺方案进行优化，从而改善了压裂措施效果。     

水平井分段压裂射孔间距对煤储层压裂缝延伸的影响

水平井分段压裂射孔间距对煤储层渗透性能影响显著,为了探讨不同射孔间距下煤储层压裂缝延伸规律,以鄂尔多斯大宁-吉县矿区为例,采用扩展有限元法模拟射孔间距对压裂缝起裂压力、几何特征和延伸形态的影响。结果表明：当射孔间距较小时,裂缝起裂压力较高,高度与宽度较小,且延伸形态较为复杂,裂缝偏向最小水平主应力方向延伸;随着射孔间距增大,裂缝起裂压力降低,高度与宽度增加,裂缝延伸逐渐回归到最大水平主应力方向;射孔间距达到105 m时,裂缝起裂压力与几何形态基本不再发生变化,所有裂缝不再偏转,压裂效果最佳。现场验证表明,模拟结果与实测数据吻合度较高,各项参数误差仅2%～5%,从而证明所建数值模型的正确性。研究结果可为水平井分段压裂施工设计提供理论依据。     

试论自然流体压裂成藏机理

本文基于水力压裂力学和碳酸盐岩裂缝油气藏地质特征,将“碳酸盐岩——地动应力——自然流体——压裂裂缝——圈闭”当作一个系统,对自然流体压裂裂缝的起裂与油气初次运移,压裂裂缝扩展延伸与油气二次运移、压裂裂缝的形态分布与油气聚集规律及自然流体对压裂裂缝溶蚀改造作了系统研究,建立了自然流体压裂成藏机理。该机理对裂缝油气藏勘探和开发具有较高的理论意义和应用价值。     

裂缝高度影响因素分析及控缝高对策技术研究

在水力压裂和酸压过程中,裂缝会沿着缝高方向延伸.当裂缝延伸超出产层进入上下隔层时,不仅造成压裂液资源的浪费,而且难以达到设计要求.研究压裂过程中控制裂缝在高度方向上延伸的诸因素,分析了单因素条件下的裂缝高度变化趋势.针对不同因素对裂缝高度的影响,调研了针对这些因素的控缝高压裂技术.     

New P3D Hydraulic Fracturing Model Based on the Radial Flow

Pseudo three-dimension (P3D) hydraulic fracturing models often overpredict the fracture height for a poorly contained fracture. To solve this problem, a new method is presented in shaping the P3D fracture geometry on the basis of the fundamental theory and the original 1D fluid flow is replaced with a more representatively radial flow. The distribution of the fluid in the modified fluid field is analyzed and a sound explanation to the problem is given. Due to the consideration of the fluid flow in the vertical direction, the modified model can predict the fracture height much better. To validate the rationality of the radial fluid flow assumption, the distribution of the fluid in the modified fluid field is simulated with the plane potential flow by using finite element method. And the results agree effectively with those from the assumption. Through comparing with the full 3D model, the results show that this new P3D model can be used to aid the fracturing design and predict the fracture height under poorly contained situation.     

基于均匀设计法的水压致裂模拟试验优化研究

水压致裂技术作为一种绝对应力测量方法广泛地运用在原地应力测量领域,在其测量过程中影响岩石破裂值的流体力学影响因素主要是压裂液的注液速率、黏度和密度等,因此应开展流体力学影响因素的室内模拟试验,定量分析各因素对于原地应力测量准确度的影响。由于因素数量较多且该试验对于岩芯试块为破坏性试验,因此试验设计较为复杂且次数较多,全面试验或正交试验方案将严重影响试验实际操作和试验效果。本文在理论分析流体力学因素对于裂缝扩展和破裂压力影响基础上,提出一种基于混合水平均匀设计方法的水压致裂模拟试验优化方案,根据压裂液的注液速率、黏度和密度等影响因素及其参数值（水平数）构建均匀试验设计方案,利用DPS数据处理软件获取最优混合水平的均匀设计表,然后根据最优均匀设计表选择不同流体力学参数的典型点进行试验。最后将试验结果与部分全面试验结果进行对比分析,证明优化试验的岩石破裂值均处于全面试验测量区间内,印证了不同流体力学因素对于岩石破裂值的影响效应。本文中优化算法试验方案通过较少的试验次数简化了试验流程,试验次数仅为正交试验的四分之一,因此显著提高了水压致裂多影响因素模拟试验效率,对于后续建立不同流体力学影响因素的破裂压力修正公式与补偿模型提供了一种快速有效的试验方法,对原地应力进一步精确测算具有一定的积极意义。     

Characterization of Hydraulic Fracture with Inflated Dislocation Moving Within a Semi-infinite Medium

Hydraulic fracturing is accompanied by a change in pore fluid pressure. As a result,this may be conveniently represented as inflated dislocation moving within a semi-infinite medium. Theory is developed to describe the pore pressures that build up around an inflated volumetric dislocation migrating within a saturated porous-elastic semi-infinite medium as analog to hydraulic fracturing emplacement. The solution is capable of evaluating the system behavior of both constant fluid pressure and zero flux surface conditions through application of a superposition. Characterization of horizontal moving dislocation processes is conducted as an application of these techniques. Where the mechanical and hydraulic parameters are defined,a priori,type curve matching of responses may be used to evaluate emplacement location uniquely. Pore pressure response elicited at a dilation,subject to pressure control is of interest in representing hydraulic fracturing where leak-off is an important component. The effect of hydraulic fracturing on fracture fluid pressure is evaluated in a poroelastic hydraulic fracture model utilizing dislocation theory. A minimum set of dimensionless parameters are defined that describe the system. Pore fluid pressures recorded during hydraulic fracturing of a well in the San Joaquin Valley of Central California is examined using the proposed model. The estimated geometry of the hydraulic fracture is matched with reasonable fidelity with the measured data.     

二次加砂压裂裂缝延伸模型研究

二次加砂压裂工艺处于技术探索阶段,缺少相关理论研究.在考虑二次加砂前,一次加砂已经在缝中沉降并形成一定高度的砂堤,砂堤高度随时间不断变化对缝中流体流动及后续支撑剂沉降产生影响,在此基础上建立了适用于二次加砂压裂的裂缝延伸模型.包括:压裂液在缝中流动的连续性方程、压降方程、裂缝宽度方程及高度方程.其中压降方程是在平板流理论、力学平衡原理的基础上建立起来的,与常规压降方程不同的是该方程考虑了砂堤高度变化对流体流动的影响.数值模拟结果表明二次压裂和常规压裂相比压后增产效果理想,具有推广应用的价值.     

清水压裂多场耦合下裂缝扩展规律数值模拟分析

利用室内实验测试研究层段页岩储层的物性参数、岩石力学参数和天然裂缝分布特征参数,建立了清水压裂过程中缺陷性岩体应力场—损伤场—渗流场耦合本构模型和破坏准则。通过Comsol软件进行有限元数值模拟,分析地层分别在拉伸和压剪应力下裂缝的扩展规律,天然裂缝系统开启时,页岩储层水力压裂可以形成人工裂缝网络。当水力裂缝扩展至天然裂缝时,裂缝的宽度有明显的增加,且水力裂缝方向发生改变,沿天然裂缝两翼的其中一翼扩展,另外的一翼并没有扩展。天然裂缝间存在着明显的互相干扰。多裂缝产生的过程是从多个小裂缝向少数大裂缝发展的过程,最终的裂缝条数取决于裂缝之间的连接性;地应力、天然裂缝、射孔井段、射孔方式、地层倾角、施工排量与液体黏度等,是影响多裂缝形成的主要因素。     

拖市天然裂缝型低渗透油田压裂工艺及机理研究

采用岩石力学试验,可以求取拖市油田产层、隔层的物性参数,为压裂设计掌握基础资料。在生产中,用Kaiser效应测量对应地层的地应力大小,计算地应力剖面,是为了给压裂设计提供基础数据。同时,还要计算受地应力影响的近井摩阻、压裂液效率、裂缝闭合压力。计算结果与实验结果表明,拖市油田的水力裂缝在近井地带发生偏转,在这种情况下,裂缝的动态缝宽较小,水力压裂应以低砂比、长时间注入为原则,以便降低砂堵风险。     

Weakening effects of hydraulic fracture in hard roof under the influence of stress arch

For the problem of hydraulic fracture propagation when weakening the hard roof in fully mechanized top-coal caving stope of ultra-thick coal seam, based on the stress arch theory and the fracture mechanics, a two-dimensional model for hydraulic fracture of the roof in the stope was established to investigate the propagation laws of hydraulic fracture. The result shows that, after mining, the principal stress direction of overlaying rock deflects to form the stress arch, whose arrow height and arch thickness increase with the increase of the mining width and the side pressure coefficient. Within the influence range of stress arch, the hydraulic fracture in hard roof deflects towards the stope direction in the course of propagation and forms the ‘‘arch" fracture, which cuts off the roof below the fracture in a laminated way. The deflection angle of hydraulic fracture increases with the increase of the mining width, but decreases with the increase of the side pressure coefficient and the fractured horizon. This research can provide theoretical basis for the application of hydraulic fracturing method in the stope roof weakening.     

Numeric Simulation of Single Passage Ternary Turbulence Model in Hydraulic Torque Converter

Based on the renormalization group theory, a hydraulic torque converter 3-D turbulent single flow pas-sage model is constructed and boundary condition is determined for analyzing the influence of the fluid field charac-teristic and parameters on the macroscopic model. Numerical simulation of the single fluid path is processed by computational fluid dynamics and the calculated results approach to experimental data well, and especially in low transmission ratio the torque and head results are more close to experimental data than the calculated results of beam theory. This shows that the appropriate ternary analysis method and reasonable assumption of boundary condition may analyze the flow field more precisely and predict the performance of torque converter more accurately.     

压裂压后裂缝闭合模型及其应用

综合运用流体力学和岩石力学的相关理论以及物质平衡原理,建立压裂压后裂缝闭合模型.通过模型求解分析裂缝闭合过程中井口压力的变化规律,给出裂缝闭合时间和支撑剂沉降距离的计算方法.实例分析和应用表明,低渗透储层人工裂缝自然闭合时间过长,支撑剂沉降距离较大,导致压裂液对地层和裂缝的污染严重,最终影响压裂效果,因此,压裂压后合理选择液体返排时机非常重要.