波动注入水力压裂诱发微地震的力学机制及其对压裂效果的影响

水力压裂岩石裂缝的扩展诱发天然微地震。传统水力压裂区微地震引起的应力重新分布范围有限,小震级地震波的作用也有限,这些微地震不可能触发较远储层的地震,一定程度上限制了水力压裂改造效果。为此,提出了波动注入水力压裂诱发较大范围"微地震"的想法。根据流体力学理论建立了波动注入水力压裂井筒不稳定流动的压力振动模型,分析了人为诱发"微地震"的井底压力振动源和岩石损伤断裂机制;研究了波动注入水力压裂人为诱发的"微地震"震源特性和力学机制,分析了微地震对水力压裂效果的影响机制。分析结果表明,波动注入水力压裂人为诱发的微地震震源破裂信号频率随裂缝长度的增加而降低;对于断层和天然裂缝发育较多的储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制主要是储层中断层或天然裂缝的剪切滑移;对于非裂缝性储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制是人为地震效应和损伤—断裂效应。研究结果表明,波动注入水力压裂能够人为诱发"微地震",增加储层的"微裂缝",扩大自然微地震的波及面积,增强压裂作业的增产效果。     

波动注入压裂下井筒中不稳定流动的压力特性

为了准确地揭示波动注入水力压裂引起的井筒中不稳定流动的压力行为,考虑流体重力和摩阻的影响,根据膨胀管-弹性流体理论,建立了波动注入水力压裂下垂直井筒中不稳定流动的压力波动数学模型,指出压裂泵组与井筒之间存在波动干涉效应,研究了稳定和不稳定流动下环空压力的变化规律及其影响因素。研究结果表明:波动注入水力压裂作业中,井筒中产生了明显的不稳定流动,这种不稳定流动引起的压力波沿井筒呈现压力衰减现象;井筒中实际环空波动压力的振幅取决于井口处"变频压裂泵"强迫激励的波动压力振幅和波动排量振幅;与稳定注入相比,采用波动注入方式可以增加井底环空压力和降低井口环空最高压裂作业压力;井底环空压力会以脉动压力波的形式在裂缝中传播,不断加剧岩石疲劳损伤断裂,增加岩石微裂缝。研究结果对于更好地研究和应用波动注入水力压裂工艺具有重要的理论价值和现实意义,可为非稳态水力压裂工艺的先导性试验和规模化应用奠定理论基础。     

水力波动注入压裂下连续管的动态力学行为

为了解水力波动注入压裂作业中连续管的动态力学行为,根据流体力学和弹性力学理论,建立了水力波动注入压裂下连续管在井下的动态载荷及其应力强度模型,分析了波动排量、工作转速、井深及注入时间对连续管环空动态压力及动力强度安全性的影响。分析结果表明:与稳定排量注入方式相比,采用波动注入方式可以降低连续管井口环空最高压裂作业压力;水力波动注入压裂工艺虽对井下连续管的动力强度有一定的影响,但是仍可确保压裂作业中全井段连续管处于安全状态;水力波动注入压裂过程中,井下连续管的力学行为呈现出复杂的动态力学特征。分析结果为水力波动注入压裂作业过程中连续管的失效机理研究提供了理论依据。     

水力压裂力学机理新探索

引入分形理论、岩石损伤力学和岩石断裂力学等相关领域的最新研究成果，综合采用理论分析、试验研究和数值分析等手段，主要对油气藏水压裂缝的分形特征、水力压裂裂缝起裂延伸的损伤力学模型和裂缝几何形态模拟的损伤力学模型等方面进行分析研究，力图对上述水力压裂力学机理研究中关心的问题进行深入细致地理论分析与探索，分析了相应的力学模型和计算方法，并进行了探索性的算例分析，为水力压裂力学机理的研究提供了新的方向和新的思路。     

确定水力压裂裂缝闭合压力的平衡试验

为了确定地层的压裂参数 ,常常需要在实施主压裂之前先实施测试压裂处理(minifracturetreatment)。这些地层压裂参数对于优化压裂设计、压力拟合和预测裂缝几何尺寸都是至关重要的。然而令人遗憾的是 ,关井的压力递减数据难以进行分析 ,从而得出不一致的和有误差的闭合压力。为了确定闭合压力 ,已经研究推出了一种称之为平衡试验的新型泵注试验方法。文中介绍了平衡试验的基本理论、闭合压力的估算方法与应用实例 ,并且对试验的条件进行了详细地讨论     

煤岩力学特性测试与煤层气井水力压裂力学机理研究

通过大量煤岩力学物理性质的测试与分析,证实了试验区煤岩的弹性模量相对较低,泊松比较高,脆性大,易破碎,易压缩,且煤岩垂直层理方向上和平行层理方向上的力学物理性质差异较大,因而应将煤岩视为正交各向异性体或横观各向同性体来处理。运用Ｇｒｉｆｆｉｔｈ等有关脆性断裂理论,试验和研究了煤岩单轴压应力状态下的脆性断裂过程。     

压力波动对水力锚安全性能的影响

开发低渗难采油气藏的最好办法就是多层压裂技术,多层压裂具有针对性强、作业时间短、压裂效果好等特点,但在压裂过程中经常会出现压力波动,致使管柱上下蠕动从而导致关键工具水力锚和封隔器失效,严重影响施工安全,因此压力波动对水力锚安全性能影响的研究至关重要。针对水力锚锚定、封隔器全部失效这一危险情况,考虑了接触非线性以及压裂管柱的瞬态动力学特性,运用ANSYS软件,建立了上部压裂管柱和下部工具串的力学模型,对不同压力波动幅值下的压裂管柱进行瞬态动力学分析,分析结果表明水力锚最大轴向摩擦力值随波动幅值的增加而增大,同时计算出使水力锚滑脱失效的临界压力波动幅值。该研究结果不仅可以为水力锚的优化设计提供有效的理论依据,也为压裂施工提供合理参数。     

双水力压裂工艺

在欧洲和非洲大陆，双水力压裂工艺成功地提高了油、气井的产量，该工艺可降低因裂缝高度自由延伸而对压裂处理效果产生反作用的支撑剂对流。垂向裂缝增长越大，水平方向裂缝增长就越小，常会减小压裂增产效果。此外，裂缝向下增长常会增加水窜的风险。多年来，许多技术人员建议通过打人工隔墙的做法来限制裂缝的垂向延伸。     

水力振动固井工具压力波发生原理研究

振动固井可以提高固井质量,水力振动工具是振动固井的核心装备。分析了现有水力振动工具压力波发生的原理和水击波发生器的原理,结果表明:自振荡喷嘴在外来扰动的作用下,喷嘴内壁边界层的涡结构产生振动,涡结构产生压力脉动,这种自振荡放大的压力振动不具有波的特性,传播的距离有限;节流式压力波发生器通过改变过流面积产生压力波,但过流断面变化有限,压力波振幅小;水击波是一种压力瞬变过程,是一种强间断性质的矩形波,波的能量集中作用在间断面上。利用水击原理设计了双喷嘴水击波发生器,该发生器所产生水击波的振幅可以达到兆帕的数量级,频率由叶轮转速与阀轮叶片个数决定,可以根据需要调节。      

煤层水力压裂工艺技术探讨

本文论述了煤层水力压裂工艺技术的工艺参数、材料和伤害评价。     

水力喷射压裂技术在火山岩水平井压裂中的应用

针对无法进行传统的水平井分段压裂施工的筛管完井的火山岩水平井,吐哈油田引进、应用了水力喷射压裂技术改造牛东火山岩水平井。系统介绍水力喷射压裂原理、施工参数优化、施工工艺设计和施工情况,现场应用结果证明该技术适应筛管完井的水平井压裂工艺要求,取得较好的效果。     

压裂过程中射孔段水泥环力学响应规律

针对压裂过程中射孔段水泥环完整性失效,导致压裂中出现环空窜流,从而无法有效改善储层渗流能力的问题,通过建立射孔段套管-水泥环有限元模型,对压裂过程中射孔段水泥环力学响应进行了分析,并研究了不同射孔参数对射孔段水泥环的力学影响规律。结果表明:压裂过程中射孔段水泥环孔眼周围存在明显的应力集中和孔间应力干扰现象;压裂过程中固井一界面较二界面更容易产生密封性问题;射孔段水泥环应力分布与射孔相位角有密切关系,应尽量选取90°相位角螺旋射孔方式射孔;射孔孔径的增加对射孔段水泥环应力分布影响不大,为增加单孔泄油面积,可在小范围内增加射孔孔径;射孔密度对水泥环应力的影响要大于射孔孔径,但射孔密度超过16孔/m以后应力增加幅度会减小,且影响都在一个数量级以内,在有效控制水泥环射孔损伤的前提下可有限度地增加射孔密度。该研究可为压裂射孔方案制定提供理论依据。     

页岩地层压裂工艺新进展

页岩气已经成为一些发达国家大力开发的非常规能源。美国页岩气产量2011年已占到世界天然气总产量的28％,其页岩气开发速度和前景令人瞩目。先进的压裂增产技术是提高页岩气产量的有效手段。文中概述了页岩气开发的压裂增产历史,调研了北美地区页岩气开发的现状及所使用的新工艺、新技术（如新型转向压裂、通道压裂、超高质量泡沫压裂及减阻水压裂等）,分析了各种压裂技术的增产机理、适用性及优缺点,最后指出了页岩气开采过程中存在的问题,并提出了一些建议。     

基于自动机器学习的采油井压裂效果预测方法

目前大庆油田采油井压裂效果预测时多是凭借经验或者多元线性回归等简单模型，存在着预测结果稳定性差且预测精度不高的问题。以大庆油田N23区块为例，借助数理统计方法对采油井压裂效果与各项影响因素开展了相关性分析，并采用随机森林算法研究了各影响因素对N23区块采油井压裂效果的影响程度；阐述了自动机器学习中元学习、贝叶斯优化和模型集成这三项关键技术的原理以及实现方法，并利用自动机器学习建立了基于数据驱动的采油井压裂效果预测模型；同时，将自动机器学习预测模型与随机森林、支持向量机和神经网络这3种常见机器学习算法的预测性能进行了对比，并利用该自动机器学习预测模型对N23区块的水力压裂进行设计与优化。结果表明，压裂前的生产参数对预测采油井压裂效果有着重要的影响；自动机器学习预测模型比其他算法的精度更高，模型在测试集上的决定系数为0.695，预测结果相对误差的平均值为18.96%，比目前水平降低了57.53%；经过模型优化的压裂方案较原方案增加经济效益约3.2×10⁴～27.4×10⁴元/井次。     

可控震源液压系统压力波动的故障排除方法

压力波动是可控震源液压系统比较常见的一种故障现象。造成液压系统压力波动的原因有很多,掌握液压系统的工作原理才能准确地排除故障。本文介绍了一个振动压力波动故障现象,通过分析振动泵的工作原理,找出了引起这一故障的原因。     

非常规储层压裂改造技术进展及应用

水力压裂技术的进步极大地促进了以北美为代表的非常规油气资源的经济有效开发,成为其有效动用的关键技术。笔者总结国外非常规储层,特别是以致密气、页岩气、煤层气及致密油为代表的非常规资源压裂改造技术的发展历程,梳理了国外非常规资源储层压裂改造的主体技术。通过分析各种储层改造主体技术的优缺点及适用条件,结合国内储层特点,分析了各项主体技术在国内的适应性。并根据国内目前非常规储层改造的技术现状,明确了国内非常规储层改造技术的发展趋势和方向,指出了国内非常规储层技术应起引进吸收并自主创新的道路,指出了致密气、页岩气需攻关的关键技术。     

水力压裂微地震裂缝监测技术及其应用

水力压裂形成的裂缝渗透率和导流能力是影响压后效果的重要因素。利用裂缝监测技术可以分析裂缝扩展规律．优化指导压裂设计。由于该技术可监测裂缝生成、评价压裂效果,为调整压裂设计和油气田开发方案提供参考依据．对低渗透油藏增产具有十分重要的意义。文中首先阐述了水力压裂微地震裂缝监测技术的原理和特点．其次结合某油田水力压裂微地震资料,通过反演微地震震源位置信息,推断出每次压裂产生的裂缝参数,并进行了水力压裂裂缝发育和演化的过程预测．研究结果表明,水力压裂微地震裂缝监测技术可以用于指示裂缝位置、分析裂缝发育情况,并辅助微地震位置精确反演,指导水力压裂施工作业。