煤层顶板分段水力压裂应力及裂缝演化试验研究

煤层顶板分段水力压裂是碎软低渗煤层煤层气高效开发的有效技术，该技术应用的关键在于水力裂缝能否顺利从顶板穿层扩展至煤层并为煤层气运移提供通道.通过对煤岩组合体相似材料进行两段封孔开展了顶板分段水力压裂物理模拟试验.在试件中布置应变砖来监测两段压裂的应力时空演化全过程，获得了水力压裂裂缝附近诱导应力场特征，应用声发射技术监测水力裂缝的动态扩展过程，研究了在诱导应力影响下不同排量、不同顶板岩性、不同煤岩界面强度和不同地应力条件下的裂缝延伸形态.最后针对不同储层条件探讨了工艺参数优化方案.研究结果表明：起裂压力受岩石物理力学性质和应力环境的影响.起裂压力随着垂向地应力、泵注水压、岩体抗拉强度的增大出现上升的趋势.当裂缝扩展方向垂直于压裂钻孔时，第一段压裂产生的诱导应力会增加钻孔方向压应力从而导致第二段压裂起裂困难；当裂缝平行于钻孔方向扩展，第一段压裂裂缝会削弱第二段压裂孔附近岩体强度并降低起裂压力.3个影响因素对水力裂缝穿层扩展的影响机制不同.较大的垂向应力差能引导裂缝垂向扩展；较高的煤岩界面强度使得裂缝能够扩展穿过煤岩界面；提高泵注排量主要是增大了岩体的整体破坏范围，从而增加了裂缝扩展到煤层...     

四川泸州地区大深度页岩气水力压裂电磁监测的应用

电磁法在评估压裂液范围及裂缝形态时发挥着重要作用,在压裂监测中应用前景广泛。然而,对于川南地区的大深度页岩气水力压裂监测应用较少。为此,本文基于电磁监测理论,通过简化压裂模型进行数值模拟实验,在建立电磁监测技术的数据处理流程基础上,结合现场试验,从压裂液波及范围、用液强度、加砂强度、重复改造面积等多方面分析了压裂监测效果,进一步分析了电磁法进行水力压裂裂缝监测的有效性。其中,压裂监测段共计13段,获得各段波及面积4 700～24 042 m²,波及宽度36～182 m,平均波及长度207 m。应用实例表明,电磁监测技术能实时了解压裂波及范围与展布形态,对压裂效果评价与施工参数的优化具有一定程度的指导意义。     

压裂水平井产能计算新方法

水力压裂是水平井常见的增产措施,准确预测压裂后水平井的产能是水平井压裂设计的重点和难点工作之一。根据势的叠加和干扰理论,借用等效井径的概念,建立了压裂水平井产能计算的新公式。基于此公式,研究了存在多条裂缝时,各个裂缝长度对水平井产能的影响。研究结果表明:各个裂缝长度差异较大时,油井的增产效果较差;压裂水平井的增产效果,与外侧裂缝长度关系更大。     

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。     

立体裂缝实时监测技术在油藏水力压裂中的应用

以立体裂缝实时监测技术在克拉玛依油田J230井区石炭系火山岩油藏水力压裂过程中的应用为例，利用监测结果对压裂效果、裂缝产状、转向压裂等进行分析评价，同时结合井口压力监测可获得闭合压力、液体滤失系数、液体效率、裂缝宽度等数据，为该类油藏措施方案的优选，注采单元的整体治理及提高采收率提供了参考依据。     

水力压裂技术新进展

概括介绍了端部脱砂压裂、重复压裂、裂缝检测、缝高控制等十种国内外水力压裂新技术,在纵观水力压裂技术发展历程的基础上,对其今后的发展方向提出了自己的看法。     

电位法裂缝监测技术在浅层火山岩油藏水力压裂中的应用

以电位法裂缝监测技术在克拉玛依油田J230井区石炭系火山岩油藏水力压裂过程中的应用为例，利用监测结果对压裂效果、裂缝产状等进行分析评价，同时结合井口压力监测可获得闭合压力、液体滤失系数、液体效率等数据，为该类油藏压裂优化设计，措施方案优选，注采单元的整体治理及提高采收率提供了参考依据。     

水力压裂施工停泵卸压后裂缝闭合压密数学模型初探

在水力压裂施工完后，随着停泵卸压，已被压开的裂缝又呈闭合趋势。尽管压裂支撑剂力图阻挡着这一事件的发生，但一定的闭合压密总是存在的，这就使得水力压裂效果并不象以往计算方法各尽所能得到的那样乐观。因此，本文试图对水力压裂停泵卸压后，裂缝的闭合压密问题进行一些探讨，从对压裂裂缝中的沉砂状态分析入手，进一步把压裂裂缝闭合压密分为压裂液的继续滤失和砂堆的压实两个发展过程。从而建立起了水力压裂停泵卸压后闭合压密问题的数学模型     

油藏数值模拟在压裂先导试验参数优化中的应用

根据高尚堡深层高94断块油藏地质特征及开发要求,以高94断块注水井组为研究对象,采用数值模拟网格加密技术,对水力压裂裂缝长度和导流能力进行优化。优化结果显示注水井井排方向平行于裂缝方向最优,最佳水力裂缝半缝长65 m,最佳导流能力40μm^2·cm。现场应用取得了较好的开发效果,为高94断块及其他区块难采储量的有效开发提供了技术保证和借鉴。     

煤层气井水力压裂效果评价与消突时间预测研究

为了评价和预测高瓦斯矿区煤层气预抽工程水力压裂致裂与消突效果,以屯留井田煤层气井为例,采用微地震监测技术与基于滤失效应下的水力压裂预测模型,对煤层气井水力压裂产生的裂缝形态和几何尺寸进行了预测评价。结果显示:研究区水力压裂产生的裂缝形态以KGD型垂直缝为主,主裂缝沿着裂隙主发育方向进行扩展;水力压裂控制范围近似椭圆形,基本符合设计要求;消突预抽时间与日均抽采量之间呈指数负增长关系,据此,建立了单井压裂区消突时间预测模型,为企业合理安排预抽计划以及煤矿安全高效生产提供了保障。     

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。     

水力压裂煤层抽放瓦斯的理论分析

石油工业中的水力压裂法是提高低渗透率油、气井产量的重要措施,在国内外已经得到广泛应用。它的基本原理是通过钻孔将大量高压液体压入油层,迫使油层破裂形成垂直和平行层面的裂缝,并在压裂液中混入石英砂或其它支撑剂,使支撑剂充满裂缝,以便在停上压裂后,支撑住裂缝,防止裂缝重新闻合。由于压裂在钻孔周围造成了大量裂缝,扩大了石油流动的通道,提高了油层的渗透能力,所以可使采油量提高百分之几十到几倍,个别钻孔可达几十倍。 近20年来国内外都在研究将石油工业的水力压裂法应用于本煤层的瓦斯抽放。虽然水力压裂煤层和压裂油层的原理是相同的,但是煤层构造复杂,煤质松软,使压裂的方向不易     

基于光滑节理模型的岩体水力压裂数值模拟

水力压裂是许多工程中非常关注的问题,自然情况下的岩体由于经历反复的地质作用往往会形成大量的结构面,结构面的存在影响并制约着岩体的性质.基于颗粒离散元程序对页岩水力压裂进行了数值模拟,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型分别模拟完整岩石与节理面,对比分析了完整岩石以及存在节理面的岩体在高压水作用下的裂缝扩展及分布规律.研究发现:对完整岩石进行水力压裂可以获得较为完整的裂缝,且裂缝基本上沿着平行于最大主应力的方向扩展.节理面的存在对页岩水力压裂裂缝的扩展具有诱导作用,数值模拟结果显示除了注水孔周边,裂缝基本上沿着节理面扩展.     

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.     

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。     

复杂断块油藏水力裂缝测试方法研究

介绍了监测复杂断块油藏水力压裂裂缝扩展规律的三种技术，包括井下微地震测试技术、地面倾斜仪测试技术及地面电位法测试技术，并对方位测试技术的测试原理、应用仪器、测试程序及现场应用进行了细致分析。现场试验表明，在复杂断块油藏依靠数值软件模拟的裂缝扩展规律与实际相差较大，要想较准确认识裂缝扩展规律应该依靠水力裂缝方位测试技术。     

有限导流垂直裂缝产能及影响因素研究

从渗流理论出发,利用瞬时源、连续源的思想,结合卷积公式、Laphce变换等方法,建立了有限导流垂直裂缝井的产能计算模型,对模型导出的积分方程采用边界元方法(BEM)在Laplace空间进行了求解,利用Stehfest数值反演.获得了实空间的解,从而给出了准确计算有限导流垂直裂缝井产量的方法.此外,还通过定量计算分析了裂缝各设计参数对产量的影响方式和影响程度.通过分析可知,压裂井的日产量随裂缝长度、裂缝渗透率、裂缝宽度的增加而增大,但其产量增加的幅度随三种因素的增大而逐渐减小,因此在实际的油藏水力压裂设计时,应结合压裂成本和增益来考虑合适的设计参数.对压裂井产量预测和水力压裂油藏工程设计具有一定价值.     

斜井压裂大型真三轴模拟试验研究

通过大型真三轴模拟试验,研究了井斜角,井眼方位角、射孔方式对斜井压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝延伸规律的影响,得到了不同参数条件下裂缝起裂和延伸的直观认识.探索通过定向射孔形成一条平整大裂缝的途径,从而降低水力压裂地层的破裂压力,改善裂缝形态,提高压裂成功率,为优化斜井地层射孔方案及水力压裂设计提供依据.实验结果对于提高斜井水力压裂技术水平,改善压裂增产效果具有重要作用.     

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.     

龙马溪组页岩可压性实验评价

针对目标区块龙马溪组露头制作岩样,分别进行矿物组分测量、岩石力学测定及水力压裂实验,以验证目标区块页岩的可压性。测得储层岩样平均脆性指数为56.65,水平应力差异系数为0.11,可知该层在进行水力压裂时能形成复杂的裂缝网络。通过岩样水力压裂破坏实验,发现岩样水力压裂后裂缝条数较多,平均为38条,裂缝网络较复杂。最后验证了该层页岩良好的可压性,在水力压裂施工时可以形成复杂缝网。