水力压裂中的近井筒效应

针对目前水力压裂过程中遇到的有些井施工压力高、脱砂等一系列问题，在对近几年国外有关文献研究分析的基础上，给出了地应力和射孔对近井筒区域裂缝延伸影响的物理模拟和数值模拟研究成果。通过研究发现，水力裂缝方位不但与井筒在现场地应力场中的方位有关，而且主应力的大小也会影响到裂缝的延伸情况。研究中还给出了实际生产中如何诊断近井筒效应潜在的可能性以及应采取的措施。     

清水压裂裂缝闭合形态的力学分析

 近年来,清水压裂以其现场施工简单、压裂成本低等优点受到人们的广泛关注,并且在一些低渗透油层已经取得了明显的压裂增产效果。尽管人们已经认识到清水压裂的效果主要来源于裂缝面的粗糙性和相对剪切错动,但对于清水压裂裂缝的闭合形态等理论问题研究得不多,也缺乏有效的理论指导现场施工。在充分调研国内外相关文献的基础上,从分析清水压裂的裂缝特征入手,从力学角度就清水压裂的裂缝闭合形态等问题进行分析研究,建立清水压裂情况下局部裂缝张开、裂缝面错动和裂缝面抗剪能力的计算模型,深入揭示清水压裂油井增产的机制和原因,为今后清水压裂施工设计提供理论依据。     

压裂中天然裂缝剪切破坏机制研究

 采用理论分析、实验验证和算例分析研究裂缝性储层水力压裂过程中天然裂缝张开和剪切破坏机制。理论分析表明：水平主应力差、逼近角、裂缝面摩擦因数是影响天然裂缝剪切破坏的主要因素,在低应力差、低逼近角或者是摩擦因数较小的条件下,由于水力裂缝的影响,天然裂缝易发生剪切破坏;水平主应力差和近缝面岩石力学特性是影响天然裂缝张开程度的主要因素;试验结果表明,在低水平主应力差或低逼近角情况下,当水力裂缝与天然裂缝干扰后,闭合的天然裂缝张开,易发生剪切破坏;在高水平主应力差和高逼近角情况下,水力裂缝易直接穿过天然裂缝,天然裂缝仅仅被渗透,没有发生剪切破坏。通过算例分析,提出裂缝的张开边界和剪切破坏边界,阐述天然裂缝对流体的极限容量;分析表明逼近角越大,天然裂缝对压裂液的极限容量越小。     

定向射孔对水力裂缝起裂与延伸的影响

 射孔孔眼是沟通井筒和地层的通道,压裂施工中射孔参数影响施工效果。采用大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统,研究定向射孔方位角、水平应力差和微环隙对裂缝起裂、延伸、转向、破裂压力及形态的影响,并建立了射孔直井在地应力条件下产生垂直裂缝的破裂压力预测模型。实验结果表明：利用定向射孔压裂技术可以在地层中形成双翼弯曲水力裂缝;随着定向射孔方位角的增大,破裂压力越来越高,转向距离也越来越大;且水平最大主应力与水平最小主应力之间的应力差对裂缝的转向距离有很大影响;微环隙对裂缝形态及破裂压力也有影响,其使得破裂压力较从射孔孔眼起裂所需压力大幅降低,且裂缝形态与裸眼井起裂类似。结论对于实际的射孔参数优化设计和水力压裂施工具有参考意义。     

水平多缝间的相互干扰研究

利用大型有限元分析软件ANSYS，对薄差油层的水力压裂改造进行了研究，得出了水平多裂缝之间相互干扰的规律。裂缝的间距越大，相互之间的干扰就越小；一次改造的层数越多，相互之间的干扰就越大。所改造的裂缝间距小于1m时，几乎难以形成有效的支撑裂缝。利用此规律可优化实际压裂设计，为油田薄差油层的改造提供了理论依据。     

裂缝性地层水力裂缝张性起裂压力分析

 室内实验和矿场压裂实践表明,裂缝性地层水力裂缝在近井区域可能扩展为复杂的径向缝网,这与均质地层水力压裂产生的平面对称双翼裂缝具有巨大差异。由于水力裂缝延伸形态受起裂和延伸2个过程的控制,为此,研究裂缝性地层水力裂缝起裂机制是认识径向缝网扩展的前提。基于弹性力学和岩石力学理论,考虑天然裂缝与射孔孔眼相交,结合张性起裂准则,建立裂缝性地层水力裂缝沿天然裂缝张性起裂的起裂压力计算模型。计算结果表明：天然裂缝与孔眼相交点越靠近孔眼指端,张性起裂压力越小;天然裂缝与孔眼相交点越靠近孔眼顶部,张性起裂压力越小;受天然裂缝和水平地应力方位的影响,井眼周向上不同方位孔眼的张性起裂压力差可能急剧减小,这种作用效应将导致水力裂缝从井眼周向上不同方位的孔眼同时起裂延伸,产生径向缝网。实例计算表明,文中建立的起裂压力模型计算精度高,计算结果可靠,可用于裂缝性地层水力裂缝起裂压力计算和径向缝网扩展分析。     

地下车库混凝土裂缝综合控制技术

从材料选择、配合比设计、施工方法、施工时段的选择和测温养护等多方面采取综合措施,有效控制了地下车库混凝土底板、墙板和顶板裂缝的产生。同时不掺膨胀剂,降低了混凝土造价。     

钙芒硝水力压裂下裂缝扩展规律及影响因素研究

为实现钙芒硝原位改性流体化开采,采用了实验室真三轴压裂模拟装置,探究在不同地应力、不同水温条件下钙芒硝水力压裂裂缝扩展规律,同时利用模拟软件探究地应力差和多井压裂对水力压裂裂缝扩展的影响。结果发现：在低应力差条件下,裂缝在压裂井附近可以形成较复杂的裂缝网络,高应力差下裂缝则扩展的更远,但裂缝形态较为单一;对比不同水温下钙芒硝水力压裂曲线发现,温度越高,钙芒硝的起裂压力越小,裂缝扩展阶段压力波动现象更为明显,该现象与钙芒硝裂缝边界溶解有关;通过数值模拟发现当进行多井压裂时,水力压裂裂缝的扩展易受局部应力的改变而被抑制或者偏转。研究成果可对钙芒硝流体化开采提供实际工程指导。     

水力压裂裂缝相互干扰应力阴影效应理论分析

针对油气田水力压裂工程中多裂缝相互干扰应力阴影效应问题,引入三类断裂力学干扰因子,采用权函数理论求解有限尺度地层剖面内部裂缝尖端应力强度因子,分析裂缝干扰与竞争起裂行为。研究结果表明:(1)基于权函数理论所得应力强度因子精度高于采用传统无限大裂缝模型所得应力强度因子;(2)提高破裂压力以增大应力阴影效应作用范围受局限,破裂压力达临界值时,扰动因子出现奇异性最值;(3)应力阴影效应对裂缝间距变化非常敏感,距离直井双翼裂缝扩展总长度一半位置相互干扰行为更加显著;(4)裂缝应力阴影效应随垂直地应力增大呈线性规律增强;(5)裂缝扩展角度变化造成裂缝相互干扰规律极其复杂,并依赖于破裂压力、诱导应力及地应力变化;(6)应力强度因子为负值的特殊闭合裂缝与常规水力裂缝干扰规律明显不同,干扰因子对定量分析闭合裂缝扰动也具有作用;(7)破裂压力与诱导应力交替作用可导致非等长裂缝竞争起裂效果产生差异性转变。研究结果在页岩油气、薄差油层及干热岩等资源开发的水力压裂工程中定量分析多裂缝干扰力学行为具有参考意义。     

建筑施工中裂缝控制技术研究

从湖北省樊口鄂州市境内二站工程的实践研究中可以看出,建筑工程开裂问题较为明显,这严重影响到了该二站排涝工程的质量和安全。本文以该二站工程为例,浅谈建筑施工中的裂缝控制技术,希望可以促进我国建筑工程的裂缝控制相关问题的解决。     

水力裂缝延伸过程中的岩石断裂韧性

以断裂力学和塑性力学理论为基础，对水力裂缝端部在延伸过程中的塑性区进行了研究，并据此对地层岩石中水力裂缝附近的塑性区的范围进行了定量研究，同时，对塑性区内断裂韧性的变化对水力裂缝几何尺寸的影响进行了研究，这对水力压裂设计及压裂压力分析等具有指导意义。     

山前高陡构造节理围岩的井壁失稳机制研究

 我国西部山前的高陡构造油气蕴藏丰富,但剧烈构造运动形成的节理岩体在钻井过程中容易出现井壁失稳问题,严重制约了勘探开发效益的提高。深入研究节理岩体井壁失稳机制对解决这一难题具有重要意义。结合中国天山山脉南缘霍尔果斯构造的地质情况,利用RFPA2D-flow软件建立山前构造节理岩体的井眼模型,探讨了井眼周围应力场和渗流场的特点,模拟了井壁围岩失稳坍塌的过程,讨论了稳定井壁的对策。井壁周围的应力集中出现在水平最小主应力方位上,而渗流则主要发生在水平最大主应力方位的节理面上,随着渗流作用节理面上流体压力逐渐升高,并导致围岩在节理面上发生拉张破坏而坍塌,井壁坍塌主要出现在水平最大主应力方位上。这一结果合理解释双井径测井曲线上井眼长轴发生翻转的现象。研究结果表明,降低节理面的渗流速度能够明显地减轻节理围岩的失稳,说明加强钻井液封堵性能对稳定井壁具有针对性;过低的井眼液柱压力会导致水平最小主应力方位上井壁围岩剪切破坏,然而过高的井眼液柱压力却对水平最大主应力方位上节理围岩的稳定产生不利影响,说明控制泥浆密度上限是必要的。研究成果对山前高陡构造钻井的井壁稳定问题具有参考价值。     

压裂酸化中近缝区灰岩强度弱化效应试验研究

采用静态高温酸蚀试验和常规岩石力学试验,探讨胶凝酸对于灰岩的强度弱化效应,给出灰岩的应力-应变曲线,分析灰岩的破裂特征。试验结果表明,在与相同配方的胶凝酸反应后,灰岩弹性模量大幅降低,泊松比略有上升,单轴强度约为酸蚀前的20%,强度弱化效应明显;在反应过程中,基质型灰岩和裂缝型灰岩在反应速度、刻蚀模式上存在明显差异。在与相同配方的胶凝酸反应过程中,塔中裂缝型灰岩的反应速率约为轮古基质型灰岩反应速度的3倍。在与胶凝酸反应过程中,裂缝型灰岩的刻蚀模式为局部深度刻蚀,基质型灰岩的刻蚀模式为表面均匀刻蚀。该项研究可为现场酸压设计及优化提供有效的技术参数,具有重要的工程意义。     

测定混凝土断裂参数试验方法的研究

对卵石、碎石混凝土试件进行了三点弯曲试验和楔入劈拉试验。计算、比较了卵石、碎石混凝断裂韧度、断裂能 ,发现采用三点弯曲法和楔入劈拉法测定的断裂参数接近。     

岩石中侵彻与爆炸作用的近区问题研究

首先，从理论上分析了目前广泛使用的空腔膨胀理论在研究介质中侵彻与爆炸近区过程存在的问题及其产生的原因：然后，从近区应力与变形的实际状态出发，运用动量与质量守恒关系推得了介质近区运动学的关系式，并解决了变形波速确定的问题。运用此关系可以得到揭示侵彻、贯穿比例换算关系和爆炸近区的几何相似关系等简单实用的结果。     

地下工程三维地质力学模型制作逆向控制技术研究与应用

 地质力学模型试验是研究岩体工程和地下工程的一种重要手段,而模型的制作方法很大程度上决定试验的可行性和结果的可靠性。以2个地下工程三维模型试验为背景,对模型制作中压实密度控制问题进行研究。根据在已建实际模型不同深度取得的实测数据,对采用等容控制夯筑法制作模型时产生的同一种材料密度不能保持恒定,而是随深度的增加产生变化的现象进行分析;提出基于击实功复合作用系数、密度随填筑深度非线性逆向控制的模型制作方法,并应用于一个实际三维模型试验模型制作中。原位取样测试结果表明,按照这种方法设计制作的模型,最终能达到模型中同一类型材料所要求的密度整体相对一致的效果,从而提高了物理模型中材料力学性质的稳定性。     

西安某工程场地隐伏断裂及地裂缝勘察研究

就工程场地地裂缝和隐伏断裂的综合勘察方法进行了详尽论述,并就其地裂缝的成因进行了探讨,同时对地裂每逢写隐伏断裂生成特性提出了自己的观点,结合某工程场地给出了场地隐伏断裂和地裂缝的勘察方法、工程评介及工程措施的建议。     

岩石力学参数随钻评价模型研究

在钻井过程中，保持井眼稳定性是保证正常钻进的基础。而随钻井眼稳定性评价，由于其实时性，能够及时反映井眼情况，从而，得到越来越多的重视。岩石力学参数是随钻井眼稳定性评价的基础参数，所以，建立岩石力学参数随钻评价模型，成为此项工作的核心。利用混合理论，在充分认识岩石物理性质影响因素的基础上，通过分析微结构对岩石物理性质特别是力学、声学及电学性质的重要影响，对现场测井资料进行统计分析，得到岩石的波速与岩石不同探测深度电阻率对数的比值存在线性关系，提出了利用随钻测井的电阻率资料进行地层岩石力学参数评价的模型。并将建立的模型应用于某地区的岩石力学参数及井眼稳定性评价中，现场应用取得了很好的效果。