薄煤层水力裂缝宽度变化对支撑剂运移的影响

水力压裂仍是低渗透性储层提高渗透性且获得经济产能的主要途径,尤其针对薄煤层,不同裂缝宽度裂缝内支撑剂运移规律受多个因素影响。文中采用数据建模、数值模拟和工程试验的方式,研究了压裂液参数、支撑剂参数对不同裂缝宽度支撑剂的铺砂面积和有效支撑裂缝长度的影响。结果表明：裂缝宽度影响和制约了支撑剂的运移,对于裂缝较发育且缝宽较宽储层,提高施工排量、压裂液黏度和优化支撑剂粒径与砂比,能有效地增大裂缝内支撑剂的铺置面积和有效裂缝长度。针对裂缝不发育且裂缝宽度较小储层,优化支撑剂的粒径和砂比,有利于增大裂缝的有效支撑裂缝长度。针对薄—中厚煤层,采用“高前置液占比、小粒径支撑剂、低砂比、短段塞式加砂方式”,能够有效提高其压裂波及范围和有效支撑效果,研究成果成功应用于贵州薄煤层煤层气开发。     

页岩压裂裂缝对油气运移影响的模拟研究

页岩储层基质孔隙度小、渗透率低,页岩油气井完井后需要经过储层改造才能获得理想的产量,而水力压裂是页岩油气藏开发的核心技术之一.已有学者对页岩沉积过程中的水力延伸裂缝进行了模拟,模拟显示,水力传导系数和抗张强度与裂缝地层深度成正比,而沉积速率和页岩厚度与裂缝地层深度成反比,同时水力裂缝可能会在油层形成以促进初次运移.尝试...     

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针对在气藏压裂改造中要求入井液低伤害、加砂规模大、压裂液返排速度快等特点，研制了压裂预前置液。文章分析了压裂改造对地层的污染因素，从众多的表面活性剂中筛选出了几种化学添加剂，经室内实验确定了压裂预前置液的配方，并重点介绍了压裂预前置液的作用机理和其破乳、低滤失性能及降低入井液表(界)面张力助排等特点。通过在白庙气藏的推广应用，预前置液对降低地层伤害、提高返排效率、提高压裂施工效果有着重要意义。     

最小主应力对水力压裂设计的影响

以一组实际数据为基础，应用全三维水力裂缝模拟软件研究了最小主应力纵向剖面对水力裂缝的高度、长度、施工压力、压裂液及支撑剂等施工材料优选等方面的影响。提出了具有实际意义的观点，对水力压裂的设计及其施工，具有一定的意义。     

支撑剂在三维裂缝中的运移分布计算

综合应用流体力学、渗流力学、输砂力学和流体热力学等理论,分析支撑剂在三维裂缝中的运移分布规律,建立了一套考虑缝高变化时支撑剂运移分布的数值计算模型,并利用该模型进行了实例计算。该模型和方法能满足三维压裂设计的工程计算需要。     

断裂力学在水力压应用的最新研究

为了分析断裂力学能否用来模拟水力压裂和注水中裂缝的产生和扩展，讨论了断裂力学的基本概念，评述了新近在裂缝产生和准平衡形成的模拟上所取得的进展，特别注意到过程 压裂中的作用。在实验室和现场的水力压裂试验中观察到的过程带，可以 解释模拟的和实测的有效破裂压力之间的差异。揭示了过程带是断裂力学常见的重要部分，可用来校准水力压理解模型。指出了压裂现象中带确定性和概率性的技巧，讨论了标度和速度效应。     

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本文给出了一种新的水力压裂裂缝的缝中温度计算公式。该公式计算简便易行,计算结果符合理论分析,可用于现场的前置液酸压和加砂压裂施工设计。     

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中原油田属于地质构造复杂的断块油气田，储层物性差，具有低渗、埋藏深、温度高、层多、层薄、跨距大、射孔井段长、非均质性严重、单井产量低的特点，大部分井层需经过压裂改造方可投入生产，水力压裂改造是中原油田油气井增产稳产的主要手段。目前油田已处于开发的中后期，为有效地开采地下剩余油，所打的新井大部分均为定向斜井，这些井也需要进行压裂改造才能投入生产。在对这些斜井进行压裂改造的初期，采用常规的工艺方法，施工过程中时而发生砂堵现象，施工成功率不高。在对砂堵的原因进行分析后，认为相对于直井来说，斜井压裂更易产生弯曲裂缝及多裂缝，而弯曲裂缝及多裂缝是造成近井地带脱砂而发生砂堵的主要原因。为解决弯曲裂缝及多裂缝造成的问题，除采用提高施工排量、适当增加前置液比例、适当提高压裂液粘度、不过分追求施工后期高砂比等工艺措施外，主要就是应用了前置液支撑剂段塞工艺，减少了斜井压裂施工过程中的砂堵现象，施工成功率得以大幅提高。     

水力压裂裂缝闭合的三维数值模拟在测试压裂分析中的应用

本文描述了一种对均质和层状油气藏条件下平面非支撑水力压裂裂缝的闭合进行数值模拟的三维数值模型。该模型可模拟在裂缝闭合时缝高从高应力区回缩情况下的双斜率测试压裂递减曲线。讨论了模拟结果在测试压裂分析中的应用。     

泡沫压裂液在三维缝中流动数值模拟

在分析泡沫压裂液流动特性以及流体重力、地应力梯度、地应力差等因素对裂缝延伸综合影响的基础上,建立了泡沫压裂液在缝中流动的裂缝三维延伸数学模型和泡沫压裂液的温度、压力、流量及泡沫质量分布数学模型,并给出了计算方法．计算表明,所提出的求解方法能较好地模拟泡沫液在缝中的流动,可用于现场泡沫压裂施工设计。     

胶结型天然裂缝对水力压裂裂缝延伸规律的影响

为确定致密砂岩储集层中天然裂缝在水力压裂裂缝网络形成中的作用,采用渗流-应力-损伤耦合方法建立数值模型,并运用Monte-Carlo模拟方法,在数值模型中生成裂隙网络模型,研究天然裂缝方向、天然裂缝强度、水平主应力差、压裂液注入速率以及压裂液黏度对水力压裂裂缝延伸规律的影响。结果表明,天然裂缝与最大水平主应力夹角为30°~60°时,形成的水力压裂裂缝最为复杂。天然裂缝强度增大不利于分支裂缝和转向裂缝的产生,低水平主应力差条件下,天然裂缝展布方向主导水力压裂裂缝的延伸;在高水平主应力差条件下,应力主导裂缝网络的延伸;当水平主应力差为3.0~4.5 MPa时,水力压裂裂缝复杂程度最高,延伸范围最大。增大压裂液注入速率,会促进复杂水力压裂裂缝网络的形成;适当提高压裂液黏度,可以促进裂缝的扩展,但是当黏度过高时,裂缝仅在射孔周围有限范围内形成复杂裂缝网络。     

液固移动床中应力分布和颗粒流动状态研究

为研究循环移动床反应器的应力分布和颗粒流动状态,建立了由流体相及固相质量连续方程和动量守恒方程组成的循环移动床反应器模型,考虑了流体质量、流体对固相产生的浮力、锥形床边壁对颗粒的支撑作用以及壁面摩擦力的影响。研究表明,循环移动床的应力集中区处于再生室和反应室连接立管的最下端,采用高径比较小的再生室可降低应力集中区的应力。提出了底部立管中流动的分区图,并可根据压力梯度来判断立管中颗粒的流动状态。     

保角变换法在水压裂缝缝内流场数值模拟中的应用研究

均匀介质中的水压裂缝是按椭圆形状向前延伸的,数值求解缝内二维流场的压力分布是水力压裂工艺的关键。水压裂缝二维流场的数值模拟分2部分进行:首先是物理域的保角变换——物理平面的椭圆域变换成计算平面上的矩形域;其次是控制方程的转换——物理平面的控制方程通过保角变换方程转换到计算平面上后,在矩形域内模拟缝内流场随裂缝几何参数的变化规律:从而求出缝内流体真实的压力分布规律。     

天然裂缝开启前后的煤层压裂液滤失计算

建立了天然裂缝开启前、后的煤层压裂液滤失数学模型，给出了模型的解析解，并进行了计算分析，对于煤层压裂设计分析具有一定的实用意义。     

流体变化对裂缝岩石弹性性质的影响

为了进一步认识流体性质对裂缝岩石弹性性质的影响规律,结合线性滑移模型和各向异性Gassmann理论研究了孔隙流体变化对裂缝岩石弹性性质的影响.数值计算结果表明孔隙度和流体体积模量较小时,纵波各向异性和裂缝软度对流体变化比较敏感.干岩石和流体饱和裂缝岩石的纵波、快横波及慢横波速度都随基质孔隙度的增加而减小,并且随着基质孔...     

重整径向反应器变况流动布气系统模拟

反应物流参数随反应历程的变化较大是石油化工催化重整过程的重要特征。本文在试验研究的基础上，建立了径向反应器气体变况流动的流体力学数学模型，并给出求解变况流动条件下布气系统流体力学数学模型的数学方法。借此模拟探讨了径向反应器在变况流动条件下主要结构参数和操作条件对轴向均匀布气的影响，为重整径向反应器的优化设计及操作提供理论依据和参考。     

Experimental and Numerical Investigation of Proppant Placement in Hydraulic Fractures

Abstract

In hydraulic fracturing treatments, a fracture is initiated by rupturing the formation at high pressure by means of a fracturing fluid. Slurry, composed of propping material carried by the fracturing fluid, is pumped into the induced fracture channel to prevent fracture closure when fluid pressure is released. Productivity improvement is mainly determined by the propped dimension of the fracture, which is controlled by proppant transport and proper proppant placement. Settling and convection (density driven flow) are the controlling mechanisms of proppant placement. In this study, proppant transport and placement efficiency of four non-Newtonian fluids with controlled density differences was experimentally investigated and numerically simulated. Small glass model was used to simulate hydraulic fracture and parameters such as slurry volumetric injection rate, proppant concentration, and polymer type (rheological properties) were investigated.

It has been observed that small glass models easily and inexpensively simulated flow patterns in hydraulic fractures and the flow patterns observed are strikingly similar to those obtained by very large flow models used by previous investigators. Convection was observed to be significant flow mechanism even with small density contrast. As viscous to gravity ratio increases, due to increasing slurry injection rate or decreasing proppant concentration, convection settling decreases and proppant placement efficiency increases. Increasing non-Newtonian flow behavior index (n) by using different types of polymers shows more gravity underrunning and less proppant placement efficiency. Therefore, larger slurry volumes are needed to be injected to prop the entire fracture height. Experiments conducted were simulated and some of the simulated experiments were presented. The simulator quantitatively replicates the experimentally observed.     

高渗透地层压裂液滤失模型研究

对于高渗透地层而言，由于压裂液滤失速度较快，滤失量较大，难以形成严格意义上的滤饼区，这时压裂液的滤失主要是受裂缝与油藏之间压力差的作用，而传统的滤失模型将裂缝到油气藏的区域分为滤饼区、侵入区和油气藏区，考虑压裂液的滤失受到压裂液黏度、地层流体压缩性和压裂液造壁性等3个因素的共同作用，但不能描述压裂液向地层作动态渗流的情况，因此，就无法用于高渗透地层压裂液的滤失计算。文章考虑压裂液为非牛顿型流体、在施工过程中向地层作平面二维流动的实际情况，利用数值模拟方法，建立了高渗透地层压裂液滤失模型，通过数值求解，验证了模型的可靠性。计算结果表明：对于高渗透地层，考虑地层未有滤饼区的形成、压裂液的非牛顿特性和压裂液向地层作二维渗流滤失的实际情况，计算结果更符合现场实际，这可以减少压裂施工的风险，提高压裂设计的准确性。     

闭式热流体循环井筒温度分布规律研究

为了合理配备闭式热流体循环降黏设备、设定循环参数,利用传热学相关理论,建立了闭式热流体循环井加热段和非加热段的井筒温度场模型,结合模型的定解条件,对井筒压力和温度进行耦合求得数值解。利用建立的模型对采用闭式热流体循环降黏4口井产出液和上返液的井口温度进行了预测,并探讨了生产参数和循环参数对井筒加热效果的影响,结果表明:预测的产出液和上返液的井口温度与实测结果相比平均相对误差分别为3.08%和1.38%,符合工程要求;产出液量每增加1 t/d,产出液温度降低0.134 5 ℃;含水率每升高10%,产出液温度降低0.161 ℃;随注入循环量的增大和注入温度的升高,产出液温度升高,但注入温度对产出液温度影响较大。利用闭式热流体循环井筒温度场模型分析井筒温度场,可以为闭式热流体循环降黏设计提供依据。