基于高能CT扫描的煤岩水力压裂裂缝扩展研究

水力压裂是提高煤层气产量的关键技术,但由于煤岩力学性质的特殊性,使其裂缝扩展规律十分复杂,掌握水力压裂裂缝的形成机制对煤层气开发有着重要的意义。在开采沁水盆地南部区域的大型天然煤岩时,将真三轴水力压裂装置和高能工业CT扫描成像技术相结合,研究了天然裂缝、割理发育情况和地应力对水力压裂裂缝起裂和扩展特征的影响。结果表明:天然裂缝和割理在井筒周围的发育程度决定了水力压裂裂缝的起裂位置和破裂压力,裂缝在基质处起裂的破裂压力显著高于在天然裂缝和割理处起裂的破裂压力;在低水平应力差条件下水力压裂裂缝易沿着天然裂缝和割理随机扩展,随着水平应力差增大,地应力对水力压裂裂缝扩展的控制作用增强,合理的水平应力差范围为2～6 MPa,在此条件下易形成一条水力压裂裂缝为主、连通多条天然裂缝为辅的复杂裂缝系统。研究结果可为国内煤储层的水力压裂裂缝预测和压裂设计提供一定的理论参考和设计指导。     

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.     

多级压裂水平井试井理论及产能评价

为实现油田的高效开发,需要对储层的产能进行评价。根据井筒结构、压裂裂缝形态和裂缝距离,结合渗流力学理论,在考虑井筒储集和表皮系数的条件下,建立了多级压裂水平井试井数理模型,得出无量纲拟压力及其导数曲线拟合图版,根据理论图版编制出试井解释软件系统,利用多级压裂水平井试井解释软件,绘制出IPR曲线和产量递减曲线。结果表明,在生产条件相同的情况下,裂缝距离和裂缝表皮系数对产能的影响小于裂缝半长对产能的影响,通过不同流压下产量随生产时间的变化曲线,以及不同生产时期下产量与井底流压之间的关系曲线,对压裂水平井不同生产阶段进行产能预测评价,为实现多级压裂水平井高效开发提供了有力保障。     

水压裂缝缝内流场的理论研究

水力压裂过程就是地层在受到压裂液作用后裂缝向前延伸扩展的过程。水力压裂过程中，缝内流体的流动特征对裂缝的延伸和形态具有很大的影响。要确定水力压裂过程中的缝宽变化，首先应根据流体力学理论，找出缝内流体压力的分布规律，得出它与裂缝宽度的关系，再根据岩石力学和断裂力学理论，寻求二在裂缝宽度或压力方向的流固耦合，从而科确定出裂缝的几何形态。通过缝内流场的理论研究，推导出了一个新的描述缝内流场的理论模型，为求解全三维裂缝几何形态打下了理论基础。     

晋城矿区煤层气井连续多次压裂裂缝展布特征

以0.5m为间隔,对晋城矿区煤储层段宏观煤岩类型、煤岩裂隙参数进行精细描述,结合水力压裂时形成新缝的临界夹角数理模型,计算得出煤层段裂隙面与最大主应力方向的夹角;根据水力压裂技术工艺特点,分析得出一次压裂后煤层段横、纵剖面上存在未改造区、改造未有效支撑区等;根据损伤力学理论,结合一次压裂后裂缝展布特征,得出一次压裂后不同方向上的应力释放量;在此基础上,分析得出二次压裂后裂缝分布特征.结果表明:裂缝既可在原有基础上进一步拓展,使有效支撑区增加,同时又会营造出新的裂缝,部分裂缝发生转向.晋城矿区马必区块一次压裂和二次压裂井实测产气量对比结果表明:连续多次压裂技术对裂隙改造效果显著.     

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.     

致密油层压裂过程中裂缝延伸对地应力的影响

水力压裂技术是开发致密油层的主要方式.为了研究人工裂缝延伸过程中对地应力的影响,采用弹性力学理论中的平面应变问题和力学叠加原理,运用有限元分析方法对压裂过程中裂缝延伸对地应力的影响进行模拟研究和分析.结果表明:随着裂缝的不断延伸,其对地应力的影响变大;随着压裂时间的增加,裂缝在达到一定长度后,其增长幅度逐渐减缓;裂缝不断延伸是导致诱导应力不断增大的主要因素,而诱导应力的增加将使天然裂缝开启变得困难.因此,为了减小对后续压裂施工的影响,在不影响储层改造效果的基础上,可人为控制压裂时间以及裂缝长度,从而减小裂缝对地应力的影响.     

体积压裂裂缝网络对导流能力的影响

体积压裂产生的裂缝网络不同程度地影响裂缝的导流能力,从而影响油气井的产能。把体积压裂产生的裂缝看做是一个矩形凹槽,利用带有不同连接方式凹槽的模板来模拟经过体积压裂产生的裂缝网络,其凹槽的截面形状、大小相同,连接方式不同。把储层经过体积压裂产生的裂缝网络看做有若干个凹槽相互并连或串连而成。用实验方法测量每个模板凹槽的总长度以及通过凹槽的流体流量和模板两端流体的压力差。结果表明,通过不同连接方式凹槽的流体流量相同时,模板两端的压力梯度不同;说明体积压裂产生的裂缝网络不同程度的影响到流体的导流能力。建立了在达西渗流条件下的裂缝网络导流能力计算模型,并用实验方法回归出不同连接方式裂缝的导流能力经验公式,从而得出体积压裂产生的裂缝网络的导流能力的计算公式,为油气井的产能预测提供理论基础。     

重复压裂前储层几种应力场计算模型研究

考虑初次裂缝和注采生产诱导应力对重复压裂应力场重定向的影响,根据势的叠加原则,建立重复压裂井周围孔隙压力诱导模型;引入流体影响因子系数,建立初次人工裂缝诱导应力场模型．对重复压裂前诱导应力应力的计算提供了可靠的理论计算依据．     

致密油层体积压裂非线性渗流模型及产能分析

针对致密油非线性渗流特征和储层压敏特性,建立了致密油储层体积压裂非线性渗流模型,基于树状分叉分形理论表征体积压裂复杂裂缝形态,根据致密油在体积压裂改造区内不同流动形态,划分为3个区域,推导出了致密油层体积压裂直井三区耦合产能公式,分析了变形系数、分形维数、压敏效应、改造区大小、裂缝导流能力等参数对直井产能的影响.研究结果表明:体积压裂直井产能与变形系数呈非线性递减关系,且生产压差越大,产能下降越多,下降幅度达到70%;体积压裂形成的裂缝条数越多,体积改造区等效渗透率越大;储层压裂改造体积越大,主裂缝越长,直井产能越高;主、次裂缝导流能力越大,直井产能也越高,主裂缝导流能力15~20D·cm,次生缝导流能力在6~10D·cm效果较好.     

扩展裂纹的动态COD

利用文献「１」给出的扩展裂纹与路径地匀的Ｊ积分,该积分适用于以任意可变速率扩展的裂纹动力学问题,并推导了Ｊ积分与动态ＣＯＤ及动应力强度因子Ｋ（ｔ）之间的关系,利用Ｊ积分有可能建立适用于裂纹扩展全过程,起裂、失稳扩展及止裂阶段的断裂准则。     

类裂纹缺口断裂准则综述

阐述了缺口断裂力学应力强度因子、COD和J积分概念的三类宏观力学模型和失效评定图方法,介绍了各种模型的基本假定、分析方法、以及最后提出的断裂准则适用的范围。此外,还概述了作者本人的进一步研究。     

微型可调式长骨骨折外固定器

介绍了一种新型常规骨折外固定器，具有体积小，重量轻，操作方便，复位准确，安全可靠等优点，是目前较为理想的一种多功能外固定器，文中对其结构，性能及主要特点进行了分析。     

电成像测井资料裂缝识别技术及其应用

利用裂缝图像的颜色（或灰度）和产状特征,结合岩芯标定和常规测井资料,可以有效地识别裂缝,定量判断出裂缝位置、发育程度及裂缝性质,进而定量求取裂缝参数,为探索充填缝的纵横向变化规律奠定基础。     

岩石、混凝土类材料复合裂纹断裂准则的探讨

本文对岩石与混凝土类脆性材料的强度和断裂机理进行了简要分析。在最大分离位移(MAXSD)屈服准则的基础上,建立了三维复合型裂纹的断裂准则。并与混凝土材料的三维复合裂纹和Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹的断裂试验结果进行了比较。     

油气井压裂裂缝高度分析

按二维线弹性断裂力学理论,分别用解析法及有限元法分析了水力压裂过程中,原地应力、岩层性质和压裂液密度等因素对裂缝扩展的影响,提出了预测裂缝高度的方法和计算程序。     

纤维增强陶瓷基复合材料的强化、韧化机制

在陶瓷材料中加入纤维，来改善陶瓷材料的脆性，增强陶瓷材料的韧性和强度。通过对陶瓷基复合材料应力、临界纤维长度的讨论可知，复合材料的强度应考虑纤维取向和纤维长度。阐述了几种纤维增韧的机理，用断裂功来评价断裂韧性已得到广泛应用。     

裂缝伤害对套管射孔压裂井产能影响分析

在套管射孔压裂井中,存在影响井生产动态的裂缝伤害:瓶颈裂缝和压裂液滤失形成的滤失带伤害.运用分析方法研究了上述伤害对井产能的影响.分析结果表明两种类型的裂缝伤害都会降低压裂井产能,与滤失带伤害相比,瓶颈裂缝大幅度地降低了井产能,最大降幅达7倍.虽然压裂液滤失对井产能的影响没有瓶颈裂缝那么大,但也降低多一半.在实际施工中,应采用各种措施消除瓶颈裂缝和减小压裂液滤失.     

一种考虑滤失的水平裂缝延伸新模型

为满足工程设计的需要,以缝中流体单元的受力分析为基础,综合流体力学理论,弹性力学理论和物质平衡原理,重新建立了水平裂缝中压力分布,水平裂缝宽和水平裂缝延伸半径等数学模型以及用差分法离散后的数值模型,并用牛顿迭代方法进行数值求解。