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...     

射孔对致密砂岩气藏水力压裂裂缝起裂与扩展的影响

为降低致密砂岩气藏偏高的地层破裂压力及增加储层改造体积,设计小型水力压裂实验装置,通过鄂尔多斯致密砂岩气藏钻井取心,研究不同射孔数量﹑射孔间距﹑射孔深度及水平应力差条件下水力压裂裂缝起裂与扩展规律.结果表明,射孔可以有效地降低致密砂岩气藏的破裂压力;增加射孔数量可以增加裂缝条数,并且裂缝沿射孔的方向扩展,有利于均匀布缝,提高储层的改造体积;低水平应力差和较小的射孔间距产生的缝间干扰导致裂缝在扩展的过程中发生偏转,缝间干扰随着射孔间距的增加及水平应力差的增大而减弱;射孔深度对于裂缝起裂也有一定的影响,裂缝更容易从射孔较深的区域起裂,为致密砂岩气藏压裂井射孔参数优化提供依据.     

页岩暂堵转向压裂水力裂缝扩展物模试验研究

暂堵转向压裂是提高页岩储层重复压裂缝网改造效果的重要手段，然而该压裂工艺对页岩水力裂缝扩展规律的影响机理尚不明确。因此，基于室内真三轴压裂物模试验，研究页岩暂堵转向压裂裂缝起裂与扩展规律，分析地应力及注入速率等因素对水力裂缝延伸行为的影响，并通过油藏改造面积(SRA)定量表征暂堵转向压裂缝网改造效果。结果表明，暂堵剂可有效封堵初始裂缝，憋压促使水力裂缝发生缝内转向或激活原生天然裂缝系统，提高页岩缝网复杂程度；根据最终水力裂缝形态展，可划分为4种基本类型，包括台阶状缝、激活天然弱面的横切缝、简单多裂缝以及复杂多裂缝网络；不同地应力差异条件下暂堵机理及裂缝延伸规律不同，当水平应力差小于12 MPa时，暂堵剂通过封堵近井筒初始张开的原生层理或天然裂缝，诱导产生与天然裂缝斜交的二次裂缝，当应力差高于15 MPa时，近井筒天然弱面难以激活，暂堵剂通过封堵垂直井筒的初始横切裂缝，诱发形成平行多横切裂缝；增大注液排量可以提高多裂缝形成几率及裂缝沟通面积。     

页岩水平井多级分段压裂物理模拟试验

为明确地应力差、排量以及压裂级数对页岩水平井分段压裂裂缝扩展的影响规律,基于真三轴水力压裂试验系统,以露头页岩试样(300 mm×300 mm×300 mm)为研究对象,结合分段压裂裂缝诱导应力检测和水力压裂试验后试件裂缝三维形态结构新方法,在最大水平应力>垂直应力>最小水平应力条件下,开展页岩露头水平井多级压裂试验研究,探究地应力差、泵注排量和压裂级数对页岩水平井分段多级压裂裂缝扩展的影响规律．研究表明：由于上覆应力低于最大水平主应力,且水平应力差（数值等于最大水平应力减去最小水平应力）不变,上覆应力的减小易导致层理缝的开启;水平应力差越大,产生的横切井筒水力裂缝扩展距离越远;小排量下净压力低,压裂液易滤失,不易产生深穿透的主裂缝;压裂级数少的缝间干扰弱,能够开启相应级数的水力裂缝;地应力状态影响着层理缝及岩样的压实,上覆应力低时,压裂液易渗入层理缝,诱导应力值较小,且较为波动．结合泵注压力曲线和诱导应力曲线能更准确地了解水力压裂裂缝扩展的过程,推进对水平井多级分段压裂裂缝扩展规律的深入研究．     

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.     

中深层地热储层水力压裂多股裂缝扩展数值模拟研究

目前中深层地热能岩石裂缝扩展研究主要针对单一裂缝，而实际开采生产过程中，岩石裂缝多以复杂缝网为主，单一裂缝研究难以指导现场实际工程。采用Cohesive单元内聚力模型，利用大型有限元商业软件ABAQUS并通过厚壁筒膨胀致裂实验结果预制水力裂缝扩展路径，建立了中深层地热储层水力压裂多裂缝缝网扩展模型，并开展了相关的数值模拟计算，考察了地热储层水力压裂过程中裂缝起裂时间、最大主应力、孔隙压力、裂缝宽度等多种因素对水力裂缝扩展的影响规律，并分析比较了多条水力裂缝不同起裂次序、3条裂缝同时起裂情况下的人工裂缝扩展特征。结果表明：水力裂缝的起裂时间对于最大主应力和孔隙压力具有影响，但是对于裂缝宽度影响甚微。相对于裂缝同时起裂，裂缝先后起裂会使最大主应力和孔隙压力增加，有助于多裂缝缝网的形成，但是不能通过控制起裂时间使裂缝宽度增加。     

裂缝性基岩气藏水力压裂起裂压力与近井形态研究

为了进一步明确裂缝性基岩气藏水力压裂起裂压力和裂缝起裂形态,提出了天然裂缝应力强度因子解析方法,建立了天然裂缝地层起裂压力模型。运用高斯数值积分和二分法求解非线性积分方程,编制计算程序,通过有限元分析对比验证模型的合理性。基于该模型,计算分析了天然裂缝长度、岩石断裂韧性和地应力对起裂压力的影响规律。研究表明:横切天然裂缝越长,起裂压力就越低,纵向天然裂缝起裂压力则随缝长增大而先下降后上升;天然裂缝越长,就越容易发生横切裂缝起裂,且当近井存在较短纵向天然裂缝时,纵向天然裂缝会优先起裂;岩石断裂韧性越小,横切天然裂缝起裂压力就越低,高断裂韧性有利于纵向天然裂缝起裂;纵向裂缝在高应力差时起裂压力高,难以起裂;在高垂向应力条件下,纵向裂缝起裂压力降低,近井容易形成纵向裂缝。     

天然裂缝对煤岩体水力裂缝扩展影响研究

为了研究煤岩体中天然裂缝的存在对水力压裂裂缝延伸及形态的影响,以人工预制裂缝相似材料试件为研究对象,采用室内模拟实验设备,通过注入定排量压裂液,在分析压裂曲线的基础上,研究了天然裂缝对水力裂缝起裂及裂缝形态的影响特征。研究表明,天然裂缝的存在降低了煤岩体的起裂压力,水力裂缝形态呈现3种情况:水力裂缝沿着天然裂缝面延伸;水力裂缝遇到天然裂缝后停止延伸;水力裂缝绕过天然裂缝接着延伸。本研究对煤层气(瓦斯)抽采影响范围的确定及产量预测具有一定的理论指导意义。     

射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响

利用大型真三轴压裂模拟试验系统,通过模拟地层条件,监测压裂过程及其压力情况,观察裂缝的起裂及其延伸形态,进行射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响研究.研究结果表明,在地应力的大小和分布确定的情况下,破裂压力随着射孔角度的增大而升高,随着射孔排数的增加而降低.为有效降低地层破裂压力、提高压裂成功率及效果,射孔方位应选择0°方向,射孔密度在套管强度容许的前提下越大越好;单排射孔形成的裂缝形态较为简单,多排射孔形成的裂缝形态较为复杂,裂缝条数增加且形态各异.     

致密砾岩水力裂缝扩展大型矿场实验

砾岩储层由于砾石的存在而具有极强的非均质性,砾岩压裂成缝机理复杂．受限于岩样尺寸和实验条件,室内压裂物理模拟受砾石尺寸效应影响显著,裂缝扩展时间尺度小．为真实记录裂缝动态扩展过程,反映现场实际工况条件下的压后裂缝宏观整体形态,搭建一套超大尺寸(2.0 m×2.0 m×1.0 m)真三轴水力压裂矿场实验平台,通过万吨级应力加载装置、真实管汇和压裂泵车,实现现场真实工况条件下的砾岩水力压裂模拟．基于该平台,分析了水平应力差、压裂液黏度和单孔进液速率对砾岩压裂裂缝动态扩展过程和压后裂缝宏观整体形态的影响规律．实验结果表明,砾岩压裂趋于在井筒处形成“纵向缝+横切缝”的复杂多裂缝形态,远离井筒后,横切主缝扩展优势逐步显现,局部遇砾形成分支缝;12 MPa高水平应力差条件下,压后近井区域形成多缝竞争扩展的复杂裂缝带,横切主缝向远端延伸优势减弱;压裂液黏度低于50 mPa·s时,压后横切主缝扩展优势显著,当压裂液黏度高于50 mPa·s时,近井区域形成复杂多裂缝形态;单孔进液速率超过0.3 m³/min后,井筒处趋于形成多条纵向缝,易导致段间压窜．研究成果有助于深化认识砾岩储层...     

射孔对破裂压力及裂缝形态影响数值模拟研究

针对射孔对水力压裂过程中的破裂压力以及裂缝形态的问题,通过建立不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展模型,将位移不连续方法(DDM)应用于水力压裂过程中的力学分析研究,同时在裂缝扩展准则上运用修正了的G准则-F准则并进行裂缝扩展规律研究.根据不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展的模拟计算,在地应力大小和方位确定的情况下,破裂压力随着射孔方位的增大而升高,并且随着方位角的增大,裂缝形态会发生转向,而且裂缝壁面粗糙,会增大压裂液摩阻.对于实际的射孔参数优化设计和压裂施工具有参考意义.     

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。     

水平井多级脉冲气体加载压裂及产能评价

基于三向地应力和气体压力作用下水平井筒周围围岩的受力特点,通过引入加权函数,并采用与时间相关的爆生气体压力分布方程,应用弹性力学、断裂力学理论给出了多级脉冲气体加载压裂水平井裂缝尖端应力强度因子计算式,建立了多裂缝起裂扩展准静态方程,该方程可以模拟爆生气体驱动下缝长、缝宽的变化过程。根据产能方程分析了不同裂缝参数对产能的影响。结果表明,多级脉冲气体加载压裂可沿着水平井筒轴线产生多条径向裂缝,裂缝沿着与射孔相位一致的方向延伸直到止裂,止裂后裂缝会发生一定程度的闭合形成残余缝宽;不同的裂缝条数会产生不同的最终缝长;多级脉冲气体加载压裂水平井能够显著增加油井产量,裂缝的长度对油井产量的增加起决定作用,在现场施工中应对此压裂工艺进行优化设计与控制,增加裂缝长度,减少裂缝条数。     

鄂西渝东东岳庙段页岩储层水力裂缝扩展形态与影响因素研究

页岩储层压裂的核心是形成复杂缝网,因此,水力裂缝的起裂、扩展及各工程条件等对压裂缝网的形成都有着重要的影响。对建南气田页岩天然露头展开真三轴物模实验,并对试验结果进行定量分析与表征。分析认为:东岳庙段页岩储层可压性较好,通过水力压裂能形成复杂裂缝系统;东岳庙段页岩储层存在3种裂缝延伸模型,并以模型Ⅲ为最主要的裂缝延伸扩展模型;高角度缝、压裂液粘度和排量是决定压后裂缝形态的主要因素。     

脉动水力压裂频率与流量对裂隙演化的作用

脉动水力压裂能够通过强化煤体的疲劳损伤破坏有效改善煤层渗透特性,脉动频率和流量是影响脉动水力压裂煤岩致裂效果的关键参量,但是针对脉动频率和流量对煤岩水力压裂裂隙演化的影响机制研究还不够充分.依托研制的可以持续产生一定频率脉动压力波的脉动水力压裂实验系统,开展了不同脉动频率和流量的脉动水力压裂物理相似实验,分析了静压压裂与脉动压裂压力曲线、声发射能量率、累积能量以及试件宏观破裂形态.结果表明:相同流量时,和静压压裂对比,脉动压裂在增压阶段和峰值阶段表现出不同的特征,其压力上升趋势呈"内凹"特征,后期增速高于前期,且疲劳作用时间长,破裂压力低,裂隙扩展形态复杂,随着脉动频率降低,这些特征更加明显;相同脉动频率时,流量越小,疲劳作用时间长,破裂压力低,裂隙越发育.在作用效果上,脉动频率和流量有一定的相似之处,脉动频率和流量越高,压裂效果越接近静压压裂,而在作用机理上,脉动频率改变了单位时间内的脉动波对试件的冲击次数,流量则是通过脉动波的幅值改变脉动压裂的疲劳效应.结合两个参量组合特点,提出了脉动频率与流量协同控制的脉动压裂工艺.     

多分支缝水力压裂暂堵起裂点位置研究

针对多分支缝压裂成缝起裂点不明确的问题,基于多孔介质流固耦合理论模型,通过Comsol Multiphysics软件进行有限元模拟分支缝压裂过程,分析不同应力差条件下缝内起裂点和井筒起裂点的集中应力变 化规律,随着缝内净压力的增加,存在一个差别点,区分起裂点起裂的优先顺序。通过控制缝内净压力变化,调整起 裂优先顺序,控制分支缝延伸条数,保证了多分支缝水力压裂缝网的复杂性。对海拉尔油田现场实例计算分析,调 整缝内净压力,施工结果与模拟结果相同,可以指导现场施工,提高多分支缝水力压裂的成功率。     

高煤级煤储层水力压裂裂缝扩展模型研究

为了研究煤层气井水力压裂后的裂缝扩展规律,以沁水盆地南部煤层气井为例,基于区内煤储层的物性特征和水力压裂工程实践,根据水力压裂原理,采用数值分析的方法,探讨了研究区的煤层气井水力压裂后的裂缝形态与裂缝展布规律,提出了研究区煤层气井压裂过程中的综合滤失系数计算方法,构建了高煤级煤储层水力压裂的裂缝扩展模型,并进行了验证.研究结果表明:区内煤层气井压裂后形成的裂缝一般扩展到顶底板的泥岩中,且以垂直缝为主,裂缝形态符合KGD模型.区内常规压裂井的裂缝长为47.8～177.0m,平均90.6m.裂缝缝宽为0.013～0.049m,平均0.028m.模型计算结果与实测值、生产实践较为吻合.     

水力压裂水平缝扩展数值模拟

浅层油藏水力压裂改造易产生水平缝,考虑渗流-应力耦合效应,利用ABAQUS有限元软件,建立考虑隔层,包含套管-水泥环-储层的三维分析模型。在该模型基础上,分析不同地质条件与施工参数对水力压裂水平缝扩展及压力变化的影响,具体包括水平地应力差、基质渗透率、施工排量,以及压裂液黏度。通过各因素分析,分析适合于水力压裂水平缝扩展的地质因素;结合实际施工特征,优选施工参数和工艺,保证压裂效果,对浅层水力压裂裂缝扩展机制的了解和施工工艺与参数的优选具有一定的意义。 更多还原     

基于均匀化方法的砂砾岩储层水力裂缝三维延伸模拟研究

由于砾石的存在,与储层基质间存在多尺度差异,砂砾岩储层水力压裂裂缝扩展形态不明确,储层改造效果差,水力裂缝扩展的数值模拟有利于提高砂砾岩储层压裂成功率。将储层表征为“基质-交界面-砾石”复合模态,利用随机分布函数及Monte-Carlo抽样方法,完成砂砾岩储层数学表征。利用均匀化理论,得到砂砾岩储层宏观等效弹性张量,有效降低多尺度导致的计算量弊端。以Palmer拟三维水力裂缝扩展模型为基础,完成砂砾岩储层水力压裂裂缝三维扩展数值模拟研究。分析表明:地层应力差、施工排量与压裂液黏度均影响裂缝三维扩展;随着应力差的增大,水力裂缝高度呈现明显下降趋势,且裂缝长度和宽度均随之增加;随着施工排量的增大,水力裂缝高度、裂缝长度和宽度均随之增加;随着压裂液黏度的增大,水力裂缝高度与宽度呈现明显下降趋势,裂缝长度反而随之增加。     

延长油田压裂裂缝形态研究

以延长油田七里村基础数据为依据,利用测井、压裂资料计算储层三向地应力剖面,以储层水力压裂时产生垂直裂缝和水平裂缝的破裂压力相等为临界深度,计算临界裂缝深度。通过实例验证该方法的准确性。