裂缝性储层水力裂缝扩展规律数值模拟研究

天然裂缝与水力裂缝的相互作用形成复杂裂缝的关键,采用耦合孔隙水压力的内聚力单元,模拟了天然裂缝存在下水力裂缝的扩展情况,探讨了逼近角及天然裂缝起裂应力对水力裂缝扩展及天然裂缝开启范围的影响。为保证缝内压力的连续性,在预置天然裂缝与水力裂缝的相交处耦合孔隙压力,裂缝位置采用变密度进行网格划分以提高收敛性。数值分析结果表明:水力裂缝的诱导应力场使得天然裂缝提前开启,天然裂缝的破坏形式以剪切破坏为主导;水平主应力差一定时,逼近角越小天然裂缝越易开启且开启长度越长;天然裂缝起裂应力增加,水力裂缝最大缝宽增加天然裂缝开启范围缩小。     

致密砂岩储层压裂裂缝扩展形态试验研究

为研究致密砂岩储层水力压裂裂缝扩展形态及空间展布规律,利用真三轴水力压裂模拟实验系统,分析了水平应力差、压裂液黏度以及排量对复杂缝网形成规律的影响。研究结果表明:低水平应力差(3 MPa)下,水力裂缝更容易发生转向,趋向于沿着相对薄弱的天然裂缝和层理面延伸,使得裂缝趋于复杂,有利于致密砂岩储层形成复杂的裂缝网络;在水力裂缝扩展中,低黏度压裂液能充分保证滤失,在裂缝中流动摩阻小,有利于裂缝尖端的破裂,而且形成复杂缝网;压裂液泵注排量越大,破裂压力越大,裂缝越容易多处起裂,使得压裂裂缝形态趋于复杂。研究结果为致密砂岩储层现场压裂施工提供参考。     

煤系地层致密砂岩压裂技术可行性研究

鄂尔多斯盆地气藏属于低孔、低渗、低压的致密砂岩气藏,在山西组、太原组、本溪组附近地层发育有多段煤、砂互层.在水力压裂过程中,地层裂缝通常在低应力面发生起裂,支撑剂大多进入煤层,较少铺置到致密砂岩层中,难以在致密砂岩层中形成有效的气体渗流通道.为此,在真三轴实验条件下,对大尺寸砂岩-煤岩产层组模型进行水力压裂实验,通过剖切压裂试样描述了在不同起裂位置、不同压裂液黏度、不同排量等条件下的水力裂缝扩展和空间展布规律,同时,结合软件模拟不同储层物性条件下对水力裂缝扩展的影响,系统评价了实现煤系致密砂岩气储层综合改造的条件.     

水平缝在螺旋射孔条件下的起裂规律研究

通过物理实验和数值模拟相结合的方式,研究了水平缝螺旋射孔条件下的裂缝起裂、扩展规律。根据水平缝地层的地应力大小和实验条件的相似准则确定物理实验方案,利用大尺寸真三轴实验装置对水平缝的起裂、延伸进行物理模拟;依据损伤力学原理,利用有限元法对部分实验的裂缝起裂、扩展进行数值模拟。结果表明:60°相位角、高密度射孔可以小范围降低水平缝的破裂压力;压裂过程中,井筒附近可能产生多点起裂,但是随着压裂过程的进行,只有最上面射孔位置或者最下面射孔位置的1条裂缝能继续向前延伸形成主裂缝,其他裂缝止裂。数值模拟结果与实验结果相一致,证明实验结果合理。     

浅层砂岩垂直井分段压裂起裂压力研究

浅层砂岩垂直井分段压裂,初次裂缝压裂的产生会对后续缝的起裂压力产生影响.在综合考虑了原始井筒周围地应力场的基础上,结合叠加原理和弹性力学理论,建立了浅层砂岩诱导应力场中井筒周围应力场应力分布模型和起裂压力的计算模型.研究结果表明:诱导应力场的分布受裂缝缝长、裂缝间距和原始地应力场的影响.在初次裂缝缝长一定的前提下,裂缝间距越小对诱导应力的影响越大.在裂缝间距一定的前提下,裂缝缝长越长对诱导应力场的影响越大.     

大斜度井水力压裂裂缝形态分析

水力压裂是油气井增产、增注的重要措施.大斜度井裂缝起裂及延伸机理与水平井裂缝起裂机理差别大,施工经常出现施工压力高、难度大、风险高.基于传统裂缝扩展模型,优化诊断参数,分析现场施工净压力与时间双对数曲线,判断大斜度井裂缝延伸特征,通过及时调整施工策略可实现经济效益提升.     

水力压裂裂缝起裂延伸的试验研究

水力压裂模拟试验是认识裂缝扩展机制的重要手段,通过模拟地层条件下的压裂试验,可以对裂缝扩展的实际物理过程进行监测,并且对形成的裂缝进行直接观察。通过室内模拟实验可知:应力附加区作用范围通常在3倍~6倍井眼之间,先逐渐憋压到一个极值(即破裂压力),在这个区域内裂缝先起裂,在起裂之后存在一个压裂液蓄能的过程,然后裂缝再突破应力附加区;4块岩样产生的都是单一裂缝,裂缝形态类似,并符合力压裂裂缝起裂延伸机理,没有出现多裂缝扩展现象。     

水力喷射后裂缝起裂位置控制研究

优化设计水力喷射分段压裂施工方案时,需要进行水力喷射后裂缝起裂位置控制研究。因此,建立了裂缝的起裂位置模型,研究了裂缝的起裂位置确定方法。     

低渗透油田缝网压裂的实践与认识

在QJB油田不同区块优选15口井进行了缝网压裂试验,取得了较好的效果。理论计算表明,该油田满足缝网压裂施工的先决条件。所选试验井由于早期压裂投产,存在张开或闭合的水力裂缝,矿场实践表明这些井后期形成裂缝网络所需的真实净压力低于现行理论计算值。微地震监测结果表明,缝网压裂后形成了具有一定规模宽度的"裂缝条带",该裂缝条带是以旧有水力裂缝为起点进行延伸、开启新的分支缝、或使旧有分支缝再度扩展而形成的。本文为缝网压裂技术的进一步推广、矿场施工提供了依据,具有一定的指导意义。     

地层界面摩擦系数对水力裂缝扩展特征的影响研究

水平井分段压裂技术作为非常规油气藏开发的一种高效增产技术,压后缝网展布特征及复杂程度直接影响油气采收率。为研究地层界面摩擦系数对水力裂缝的相交行为的影响,本文构建了流固耦合水力裂缝扩展数值模型,研究在T型裂缝和I型裂缝扩展形式下地层界面摩擦系数对水力裂缝扩展特征的影响,并分析了地层界面的力学响应。结果表明：缝宽受摩擦系数的影响显著,当水力裂缝被地层界面遮挡形成T型裂缝时,最大缝宽约为I型裂缝缝宽的4倍,缝内流体压力与地层界面摩擦系数呈负相关关系,而地层界面上法向应力与摩擦系数呈正相关关系。     

水力波及缝网压裂技术在沁水盆地南部3#煤层的应用研究

山西沁水盆地南部3#煤层经常规压裂改造后,常常存在见气时间长、产量低、递减速度快等问题,针对此问题,文章借鉴页岩气缝网压裂技术,优选压裂施工井位,优化压裂工艺设计方案,对沁水盆地南部5口煤层气井实施水力波及缝网压裂,并采用微破裂四维向量扫描影像技术进行全过程压裂裂缝监测。结果表明:水力波及缝网压裂技术能有效扩大裂缝波及范围,增加煤岩储层改造体积,区域性改善煤层渗流环境,显著缩短见气时间、提高单井产量,平均见气时间减至14 d,单井平均产气量达到948 m3/d,明显优于邻近常规煤层气压裂井见气时间和平均产气量,而且大幅度降低了单井压裂作业周期,达到了较理想效果。     

压裂缝闭合预测模型构建

水力压裂技术作为一种有效的增产措施在非常规油气藏开发过程中应用普遍,而水力压裂后开发过程中压裂缝闭合是影响油气藏生产的主要问题之一。以岩石力学理论为基础,考虑支撑剂变形与支撑剂嵌入岩石两种闭合机理构建了压裂缝闭合预测模型,并应用该模型对支撑剂颗粒的大小、支撑剂弹性模量、裂缝宽度和岩石弹性模量对裂缝闭合的影响效果进行研究。结果表明:在其他前提不变时,支撑剂粒径的变化对裂缝闭合量影响不明显,而支撑剂弹性模量的影响则更明显,其弹性模量越大,裂缝闭合量越小;裂缝宽度越大,裂缝闭合量越大;岩石弹性模量增大,裂缝闭合量减小。     

岩石Π型断裂韧度剖面的预测研究

水力裂缝的起裂、扩展和转向主要受岩石Π型断裂韧度的影响,岩石断裂韧度参数的获取对水力压裂施工设计有重要的影响。然而,直接测量岩石断裂韧度具有费用高、可用岩心数量有限、转向时间长等缺点,因此,本文在直切口巴西圆盘方法的基础上发展了Π型岩石断裂韧度新型测量法,并在在测井资料的基础上建立了求取岩石断裂韧度剖面的数学模型,为后续压裂施工设计提供了纵向上连续的准确的岩石断裂韧度数据。     

基于ABAQUS的三维水力压裂裂缝扩展模拟研究

应用ABAQUS有限元软件研究了裂缝起裂和扩张过程中的孔隙压力变化以及裂缝形态的变化,结果显示压裂液排量越大,延伸压力也越大,缝长和缝宽均增大;压裂液黏度增大,裂缝呈现出宽而短的形态.选取合理的排量和压裂液黏度,为现场实际施工提供理论指导.     

微地震裂缝监测技术在桩西压裂井的应用

水力压裂是低渗、特低渗油藏开发的主要技术手段,压裂后形成的裂缝方位、缝高、缝长、形态是影响压裂效果的重要因素。裂缝监测技术通过压裂过程中地层发生破裂产生的高能量以声波的形式传递到地面,可监测裂缝生成及形态,从而评价压裂效果,为调整压裂设计和油气田开发方案提供参考依据,对低渗、特低渗油藏增产具有十分重要的意义,特别是对于重复压裂裂缝走向的精确性具有重要的指导意义。     

缝内转向压裂技术在胡尖山油田长4+5储层应用

胡尖山油田三叠系长4+5储层埋藏深,地层闭合应力高,储层裂缝发育,砂体厚度大,层间发育隔层。缝内转向压裂改造技术是针对新井的油层较好,但在压裂后,油井的试油情况与地层预计产量不符的情况下,提出的一个重复改造压裂技术;同时也是针对开采较长时间的老井提出的一项在老裂缝中的造新缝技术。采用暂堵转向压裂技术可以改善裂缝剖面,沟通地层微裂缝,改变地层中孔隙压力的分布规律,提高裂缝导流能力,从而提高原油的动用程度。     

压裂增产效果预测

本文低渗透油藏为目标，建立了水力压裂理论模型，推导了全悬浮携砂液在缝中的运移分布、分段裂缝导流能力、增产倍比和裂缝壁面的表皮系数，对结果进行了对比与分析，提出了水力压裂技术的理论基础，计算了水力压裂技术增产倍比，同时剖析了支撑缝长、地层渗透率、闭合压力对增产倍比的影响。     

柿庄南3#煤煤体结构对水力压裂的影响

水力压裂作为当前煤层气开发中最普遍的储层改造措施,面临着地质因素和工程因素的双重影响。地质因素无疑是煤层气开采的先决条件,而诸多地质因素中,煤体结构严重影响水力压裂裂缝延展。以沁水盆地柿庄南区块3#煤层为研究对象,选取12口施工参数相近煤层气井,采用测井方法,计算GSI值对煤体结构进行识别与表征;其次根据水力压裂裂缝数学模型计算出裂缝在煤储层水平最大主应力方向上延伸的最大范围,建立煤体结构与缝长关系。研究结果表明:当煤体结构为原生煤、碎裂煤,GSI值较大,水力压裂所形成的裂缝相对较长,压裂效果较好;煤体结构为碎粒煤,GSI值较小,煤层破碎程度较高,采用常规水力压裂不利于裂缝的延展,因此水力压裂应规避碎粒煤。该研究结果对煤储层改造具有一定指导意义。     

分段多簇压裂技术在低渗透油田的应用研究

鄂尔多斯盆地具有丰富的致密油资源,渗透率小于1×10~(-3)μm~2的储量占52.56%。利用水平井开发并进行分段多簇压裂是长庆油田动用这部分储量的关键。本文以盆地内典型致密油藏华庆油田长63储层为研究对象,建立了区块的特征模型。在所建模型的基础上,分析7种单因素(水平段长度、压裂缝段数和段间距、段内多簇缝的簇数和簇间距、压裂缝的缝长和导流能力)对压裂效果的影响规律。最后,利用实际生产数据和数值模拟两种方法,分析对比分段压裂和分段多簇压裂两种水平井改造工艺的增产效果。并进一步解释分段多簇压裂施工时存在的多簇缝不能同时起裂现象。     

水平井压裂裂缝拟三维延伸数学模型研究

对于低渗水平井,水力压裂是一种有效的增产措施。而裂缝几何模型是水力压裂设计的关键问题之一,由于二维压裂模型假设裂缝高度是恒定不变的常数,往往计算的结果跟实际有很大的差距。针对二维压裂模型的不足,进行了拟三维压裂模型的研究,建立了一套新的裂缝拟三维延伸模型,并且对建立的数学模型进行了求解。