水力压裂支撑剂嵌入深度计算方法

针对水力压裂支撑剂嵌入问题,基于支撑剂嵌入岩体的力学过程,建立支撑剂嵌入岩体的本构方程,并结合岩体-支撑剂体系的接触应力分析,提出考虑弹塑性变形的支撑剂嵌入深度计算方法,基于该方法分析了嵌入深度的影响因素。相对于弹性模型,新方法计算结果更接近于实验测量结果,预测更加可靠,且更便于进行理论计算和分析。研究表明:支撑剂嵌入岩体的过程主要发生弹塑性嵌入;支撑剂单层铺置条件下铺置浓度越高嵌入深度越小,多层铺置条件下增大支撑剂铺置浓度不会改变嵌入深度;支撑剂嵌入比例越大,承压支撑剂越多,支撑剂嵌入深度越小;高闭合应力情况下支撑剂嵌入更加显著,流体压力下降会显著增大支撑剂嵌入深度;增大支撑剂粒径或岩石与支撑剂弹性模量比值,会减小支撑剂嵌入深度。     

页岩储层水力压裂优化设计

含气页岩由间隙气和吸附气组成,水力压裂是提高这类储层有效动用的唯一手段.本文在分析研究页岩储层特征的基础上,对适合于页岩的水力压裂模型和工艺参数优化进行了分析研究.页岩储层天然裂缝和层理发育,储层流体主要是在层理及天然裂缝系统中进行,针对砂泥岩地层的水力压裂数值模型(包括全三维模型)不适用于页岩储层水力压裂分析.DFN离散裂缝压裂模型是基于连续均匀介质和多孔不连续非均匀介质力学理论的3D压裂数值模型,可用于模拟页岩和煤岩水力压裂中多裂缝、非对称缝和不连续缝,也可用于天然裂缝和断层发育地层中的不连续缝的模拟.在压裂工艺方面,对射孔方式、压裂液、支撑剂等进行了优选.研究结果也可用于裂缝性砂岩储层改造.     

页岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力影响因素

支撑裂缝的导流能力是评价页岩储层水力压裂施工效果的一项重要参数,其大小受到多种因素影响。文中开展了支撑剂类型、颗粒大小、铺砂浓度等对支撑裂缝导流能力影响的室内实验研究。结果表明:陶粒的导流能力明显高于石英砂和覆膜砂,在低闭合压力条件下,20~40目陶粒的导流能力最大,在高闭合压力条件下,组合支撑剂的导流能力明显高于单一支撑剂;铺砂浓度越大,裂缝导流能力越大;循环应力加载模式下,裂缝导流能力比稳载时下降了31.7%,经过滑溜水和胍胶压裂返排液污染后,裂缝导流能力分别下降了33.9%和76.5%。研究成果指导了X-4井的现场压裂施工,该井措施后产气量较高且稳定生产,压裂增产效果较好。     

支撑剂嵌入对水力压裂裂缝导流能力的影响

根据室内实验,对蒙纳尔钢片、砂岩岩心板和泥岩岩心板在相同的铺置浓度和相同的裂缝闭合应力下的缝宽、渗透率以及导流能力进行了比较,就支撑剂嵌入对于裂缝宽度、渗透率以及导流能力的伤害等影响做了详细的研究。研究发现,支撑剂在裂缝闭合后将不可避免的嵌入到岩层中,砂岩纯度越高,其嵌入越小,从而对于支撑裂缝缝宽和导流能力影响越小,泥质含量越高,则其嵌入越严重,支撑裂缝的导流能力损失就越大;而对于蒙纳尔钢片几乎没有嵌入,其导流能力跟嵌入几乎没有关系。     

水力压裂支撑剂铺置形态影响因素研究

为改善支撑剂在裂缝中的铺置形态和提高压裂增产效果,采用实验模拟方法,应用可视化裂缝平板装置开展压裂液携砂实验,结合支撑剂颗粒的微观运动轨迹和砂堤的宏观形状,描述缝内砂堤的形成过程,分析黏性和非黏性压裂液携砂方式的区别,研究射孔孔眼间干扰、压裂液排量、压裂液黏度和施工砂比对缝内砂堤形态的影响规律。结果表明:支撑剂在裂缝中的运移是流化和沉积共同作用的结果,以流化拖拽和输送为主;黏性压裂液中流化层和砂堤之间可形成不流动的液体薄层,对颗粒具有托举作用,减小流体和颗粒间的摩擦和碰撞;砂堤的形成过程共经历砂堤形成、生长、平衡状态和活塞状推进4个阶段,在射孔孔眼干扰和液体冲蚀的共同影响下,形成的砂堤形态可由堆积角、平衡高度和前进角表征,裂缝内存在近井筒和缝高方向的无砂区;砂堤的平衡高度主要取决于支撑剂颗粒的运动速度,与施工排量和压裂液黏度成反比,与砂比成正比。该研究可为压裂施工参数优化提供参考。     

页岩储层水力压裂裂缝相互作用分析研究

水平井分段压裂是对页岩进行储层改造和增产的一项工艺技术,在进行体积压裂过程中,裂缝尖端产生应力集中,并且人工裂缝之间也会因为应力干扰而产生相互作用,对于延长陆相页岩储层,结合线弹性断裂力学理论,运用有限元方法对裂缝之间的相互作用进行了研究,结果表明:裂缝扩展以张开型为主,裂缝之间存在应力干扰作用,进行单井压裂时,裂缝会相互排斥,随着间距的增加,排斥作用降低,为页岩储层压裂改造提供参考和依据。     

影响支撑剂嵌入的因素研究

运用FCES-100裂缝导流仪,进行了大量地层岩心的支撑剂嵌入实验研究.通过对比导流能力,全面考察了不同类型、不同铺砂浓度、不同粒径及不同常规性能的陶粒支撑剂在不同岩心和闭合压力条件下的嵌入程度.通过实验发现:支撑剂的嵌入使导流能力大幅度降低;不同类型的支撑剂在相同条件下嵌入程度不同,嵌入程度从大到小依次为石英砂、陶粒...     

页岩储层水力压裂裂缝相互作用数值模拟研究

在大多数的低渗透油气藏中,特别是页岩储层中,通常发育着丰富的天然裂缝。所以在页岩储层水力压裂的过程中,人工裂缝与天然裂缝之间所存在的关系以及相互作用,是很有必要对其进行探索及研究的。本文应用Franc2D/L软件,进行了模拟试验,目的是分析出在水力压裂过程中,人工裂缝与天然裂缝有什么样的相互影响。从得出来的数据可以得到它们相互作用的结果,这一结论的获得能够为体积压裂效果评价打下基础。     

页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展

页岩储层低孔低渗,水平井多级压裂、重复压裂和多井同步压裂为主要的增产措施,压裂缝扩展和展布对于页岩压裂设计和施工、裂缝监测、产能评价至关重要。对大量相关文献进行了调研和分析,得出以下结论：①水力压裂室内实验是评价页岩复杂裂缝形态最直接的方法,但难以真实地模拟实际储层条件下的水力压裂过程;②扩展有限元、边界元、非常规裂缝扩展模型、离散化缝网模型、混合有限元法及解析和半解析模型为页岩气常用的复杂裂缝扩展模拟 方法,但各种方法都有其优缺点和适用性,需要进一步改进和完善才能真实地模拟页岩复杂裂缝扩展;③天然裂缝分布和水平主应力差共同决定页岩复杂裂缝网络的形成,天然裂缝与水平最大主应力方向角度越小、水平主应力差越大,复杂裂缝网络形成难度越大;天然裂缝与水平最大主应力方向的角度越大、水平主应力差越小,越容易形成复杂裂缝网络。研究结果可以为页岩储层缝网压裂裂缝扩展模拟和水力压裂优化设计提供借鉴。     

水力压裂支撑剂现状及展望

综述了国内外油气井水力压裂用支撑剂的发展状况，对目前现场应用的支撑剂进行了性能对比分析，就适应不同闭合压力地层压裂用支撑剂提高导流能力的途径和选型进行了阐述，重点分析了国内陶粒支撑剂的技术现状，并提出了今后支撑剂技术的发展趋势。     

水力压裂水平裂缝支撑剂回采预测模型

针对大庆油区聚合物驱油井压裂后裂缝支撑剂回采严重的问题，基于1164个水力压裂油层的裂缝支撑剂回采资料，研究了聚合物驱油井压裂裂缝支撑剂回采机理及影响因素，并利用灰色关联分析方法，计算了影响支撑剂回采的36个因素的关联度，确定了19个因素为主要因素；同时，运用多元二次非线性回归方法建立了水力压裂水平缝支撑剂回采预测模型。研究结果表明，模型拟合结果总符合率为98．80％，模型预测结果总符合率为93．81％，证明了模型具有较高的精度，能够满足油田生产对油井压裂裂缝支撑剂回采状况的预测需要。     

页岩储层压裂裂缝扩展规律及影响因素研究探讨

油气勘探开发领域从常规油气向非常规油气跨越,是石油工业发展的必然趋势.全球"页岩气革命"推动页岩气勘探开发技术得到了迅速发展,水力压裂成为页岩气高效开发的关键技术之一.为了实现致密页岩储层的商业开采,必须通过大规模全井段储层缝网体积改造才能获取经济产能.目前复杂裂缝网络的形态和扩展规律仍是压裂施工中面临的关键难题,严重...     

页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律

为了研究页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律,构建了大尺度复杂裂缝支撑剂运移与展布评价实验系统,测试了次裂缝角度、注入排量、加砂浓度、支撑剂粒径、压裂液黏度等对支撑剂运移与展布的影响,研究了主/次裂缝中支撑剂的运移与展布规律。结果表明:(1)裂缝中流体流态随裂缝支撑高度增加逐步由层流向紊流转变;(2)支撑剂在裂缝中的运移方式主要包括悬浮运移和滑移运动;(3)分支前主裂缝的支撑剂展布形态与次裂缝角度、注入排量、加砂浓度和支撑剂粒径等参数相关,其中注入排量为最主要的影响因素;(4)分支后主裂缝的支撑剂质量比与次裂缝角度、注入排量、液体黏度、加砂浓度和支撑剂粒径呈正比,同次裂缝与主裂缝的流量比呈反比;(5)分支后次裂缝的支撑剂质量比与注入排量、次裂缝与主裂缝的流量比、压裂液黏度呈正比,与次裂缝角度、加砂浓度和支撑剂粒径呈反比;(6)分支后主裂缝的砂堤前缘角度同加砂浓度、支撑剂粒径、次裂缝与主裂缝的流量比呈正比,与次裂缝角度、注入排量和压裂液黏度呈反比;(7)次裂缝的砂堤前缘角度同次裂缝角度、加砂浓度与支撑剂粒径呈正比,和注入排量、压裂液黏度、次裂缝与主裂缝的流量比呈反比。结论认为,该研究成果可以为页岩储层体积压裂支撑剂的优选和压裂方案设计提供理论支撑。     

压裂支撑剂导流能力影响因素新研究

水力压裂效果的好坏在一定程度上取决于裂缝的导流能力,影响支撑剂导流能力的因素很多,在压裂设计中必须加以考虑.开展了时间、压裂破胶液等因素对导流能力影响的实验研究,并首次开展了纤维的加入对支撑剂导流能力的影响研究和地层水浸泡条件下支撑剂导流能力的影响实验研究.实验结果表明,100h的导流能力曲线可以作为支撑剂长期导流能力实验的参考数据,纤维的加入对导流能力影响不大,但破胶液对支撑剂导流能力影响达到了50％～60％,地层水的浸泡对支撑剂导流能力影响达到了10％～40％.压裂设计中更应考虑这些因素的影响.     

水力压裂支撑剂性能对导流能力的影响

为了研究支撑剂的基本性能与导流能力之间的关系,对大量不同种类和规格的支撑剂室内评价测试数据进行了支撑剂性能和短期导流能力分析.结果 表明:1)影响支撑剂充填层导流能力的主要因素为平均直径、闭合应力以及破碎率.2)平均直径与导流能力呈正相关关系,支撑剂粒径越大,其导流能力越大;可采用二次多项式拟合方法拟合不同闭合应力条件...     

压裂支撑剂破碎率测试影响因素分析

破碎率是压裂支撑剂性能评价的关键技术指标,是选择和使用支撑剂的重要依据。按照SY／T5108—2006标准,从测试步骤和所用仪器方面,对陶粒支撑剂破碎率测试过程中的影响因素进行分析。研究结果表明：测试中分样、过筛、称量、加压等过程及产品本身质量都将影响产品破碎率,其中顶筛孔径偏大,振筛时间过长,破碎室内径过大、硬度偏高都将导致破碎率值偏大。     

页岩储层体积压裂综述

随着页岩气的大量开采,与页岩储层压裂相关的各项技术在近几年有了突飞猛进的发展。本文基于对目前体积压裂相关的文献调研,综述了与页岩储层体积压裂相关的概念和技术的研究进展。并对各项技术的发展前景做了简要评估。     

水力压裂中支撑剂输送的数值模拟研究

通过研究支撑剂在受力平衡时的沉降运动,综合分析固一液两相流中颗粒受力情况及其非平衡状态下的运动机理,推导出支撑剂在压裂液中的沉降公式,在此基础上建立了裂缝内支撑剂输送的数学模型。该模型在已知裂缝几何尺寸的情况下,考虑了颗粒的二维流动以及剪切作用对液体粘度的影响下,应用有限差分方法模拟了水力压裂过程中支撑剂的输送过程;并采用预测一校正方法对模型求解,能提高计算的速度及精度,使得数值模拟的结果与输送过程中的实际情况更加接近。     

致密气藏水力压裂支撑剂运移规律实验研究

以苏里格致密砂岩气藏储层为研究对象,基于水力压裂支撑剂运移物理模拟实验,通过描述不同压裂液泵注排量、砂比、黏度、支撑剂粒径和密度等条件下砂堤的铺置形态,分析了支撑剂的运移展布规律。研究结果表明,单一粒径不能满足裂缝内导流能力的均匀分布,组合加砂的方式可有效提高人工裂缝的导流能力,同时采用满足携砂性能要求的较低黏度压裂液（≥10 mPa·s）与低密度支撑剂作为组合,可满足支撑剂远距离铺置的目标,获得较长的有效支撑裂缝,后续再采用高密度支撑剂或者降低施工排量使近井地带的裂缝得到有效支撑。研究结果可用于分析苏里格致密砂岩气藏水力压裂砂堤形态,确定合理的施工参数,提高该类气藏水力压裂的成功率。     

支撑剂嵌入对煤岩水力裂缝导流能力的影响

为了研究煤层气井压裂中支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响,应用FCES-100裂缝导流仪,针对不同类型支撑剂嵌入对煤岩裂缝导流能力的影响进行了测试.实验表明,与砂岩地层不同,煤层的硬度较小,在较小的闭合压力下压裂中支撑剂嵌入情况较严重,导致导流能力降低.10 kg/m2铺砂浓度下,闭合压力为35 MPa时石英砂嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降36.4%,闭合压力为25 MPa时核桃壳嵌入对导流能力的影响最大,此时导流能力下降34.8%.当煤层闭合压力低于20 MPa时,应该优先选择核桃壳作为支撑剂;当煤层闭合压力高于25 MPa时,应优先选择石英砂作为支撑剂.所得出的结论对今后煤层气的研究工作及现场施工具有一定的指导意义.