低渗气藏多级压裂水平井产能模型及影响因素

多级压裂水平井(MFHW)能大幅度提高低渗气藏的单井产能,提高低渗气藏的开发效益,而准确计算气井产能并分析其影响因素是压裂优化设计、气藏科学开发的基础。为低渗气藏MFHW产能计算建立了一个严格的数学模型,综合运用Laplace变换、叠加原理、积分方程的边界离散求解法、矩阵理论等数学方法成功地对模型进行了求解,并对不同因素影响下的产能进行了定量计算和分析,分析了气层有效厚度、气藏渗透率、压裂缝条数、压裂缝半长、压裂缝导流能力对气井产能的影响,同时也分析了地层流入各条压裂缝流量的差异。研究结果表明,气层有效厚度或气藏渗透率增大时,气井产量几乎呈线性增大;压裂缝条数、压裂缝半长、压裂缝导流能力增大,产量增大,但前期增速快,后期增速慢;地层流入各条压裂缝的流量在早期差别不大,晚期差别明显——端部流量大于中部流量。     

考虑T应力下受压岩体水力压裂特性分析

自然状态下岩体多处于受压状态,分析受压岩体水力压裂性质对于完善和发展水力压裂技术有着重要意义。基于线弹性断裂力学的基本理论,对受压岩体水力压裂性质开展研究,通过最大周向应变准则,考虑裂隙尖端非奇异项即T应力的影响,推导出闭合和非闭合状态下临界水压和临界起裂角计算式。将该计算式用于某岩石水力压裂工程实例计算,所得计算值与实际值较为吻合。最后分析了闭合和非闭合情形下泊松比和侧压力系数对临界水压和临界起裂角的影响。该文研究可为实际水力压裂技术提供一定的理论参考。     

裂缝性页岩气藏水平井产能预测模型

基于页岩气藏线性、非稳态流动特点,考虑未压裂区双重介质特点及其对产气的贡献,建立页岩气多级压裂水平井渗流模型并求得定压条件下Laplace空间解。数值模型验证表明解析解与数值解吻合度高,在此基础上推导新的页岩气双孔瞬态产量典型曲线,补充和发展原有页岩气SRV模型典型曲线,并进行参数敏感分析,将新建典型曲线与SRV模型、Brohi模型典型曲线进行对比。结果表明:新典型曲线流动阶段表现为线性流与过渡流交替,较Brohi单孔外区模型典型曲线更复杂;气藏尺寸、窜流系数、内外区裂缝渗透率比对典型曲线影响很大,而储容比的影响不明显;未压裂区天然裂缝对气井产量有积极作用,对页岩气藏进行产能预测时不可忽略。     

页岩应力敏感实验研究及影响因素分析

页岩储层渗透率极低,富含黏土矿物,压缩性较致密砂岩储层更大,为进一步研究页岩储层的应力敏感机制,对宁夏六盘山盆地和内蒙古雅布赖盆地三块页岩岩芯进行应力敏感评价实验。结合岩石动力学实验、X射线衍射分析、场发射扫描电镜图像分析和高压压汞实验对页岩岩芯的矿物组分、力学性质及微观孔隙结构进行研究,并分析影响应力敏感的主要因素。研究结果表明,有效应力与渗透率关系满足乘幂式;页岩泥质含量越高,杨氏模量越低,应力敏感系数越大;页岩储层普遍发育的纳米级片状孔隙在有效应力作用下呈现强应力敏感;高压压汞实验表明孔喉半径为10~50 nm的孔隙分布频率较高,当对渗透率起主要贡献的孔隙分布在这一范围内时,应力敏感强,当对渗透率起主要贡献的孔隙为大孔时,应力敏感弱。     

考虑次生裂缝的页岩气藏有限导流缝网模型

为了考虑次生裂缝对页岩气井压力响应特征的影响,建立了耦合多重运移机制的页岩气藏有限导流缝网流动模型,并开展了压力动态特征的研究。首先,通过Laplace空间源函数、局部坐标转换及叠加原理得到耦合吸附-解吸、扩散、渗流的气藏解析解。然后,基于有限差分方法及交汇单元流量分配变换,推导得到裂缝单元的数值解。耦合气藏及裂缝两部分的流动,半解析计算求解得到了考虑次生裂缝影响的压力响应曲线,并对次生裂缝组数、导流能力、裂缝角度等反映次生裂缝特征的参数进行了敏感性分析。结果表明,该模型存在10个典型流动阶段,能有效表征次生裂缝对曲线形态的影响,对页岩气压力动态特征的研究具有重要指导意义。     

页岩水力压裂裂缝形态的试验研究

为深入认识页岩储层水力裂缝延伸规律及其空间形态,采用真三轴岩土工程模型试验机、压裂泵压伺服控制系统、Disp声发射定位系统和工业CT扫描技术,建立了一套室内页岩水力压裂大型物理模拟试验方法,并通过试验后页岩试样水力裂缝的延伸与空间展布规律,初步探讨了页岩水力压裂网状裂缝的形成机理。结果表明：裂缝延伸时泵压曲线典型的锯齿状波动与裂缝网络的形成密切相关,是页岩体积压裂的一个明显特征。页岩层理面的发育程度、泵压大小和地应力状态对裂缝形态有显著影响,水力裂缝在层理面内的分叉、转向进而沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,而层理面过弱或过强都不利于网状裂缝的形成;对层理面胶结强度适中的地层,地应力对裂缝的延伸有较大影响;在低排量且维持较低泵压时,裂缝易于转向,且更易形成网状裂缝,而达到体积压裂。建立的页岩水力压裂物理模拟试验方法及试验结果可为页岩气压裂优化设计等提供技术支持。     

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。     

考虑应力历史的冻土一维蠕变模型

受力历史是影响冻土力学行为的关键因素。引入融土中考虑应力历史的一维蠕变模型并进行了相应修正,使其能够反应温度对冻土蠕变特性的影响,通过不同温度条件下的K_0加载试验获取相关模型参数,经过回归分析得到了各参数与温度的函数关系。通过对比试验和模型计算结果表明,修正后得到的冻土一维蠕变模型在预测不同温度条件下土体的蠕变发展规律时具有较好的预测精度。同时,随着施加压力的增大,该模型能够准确描述当外压力超过其历史上所受最大压力时所产生的应变急剧增长现象。因此,该模型可以作为寒区工程稳定性分析和设计的可靠依据。     

考虑启动压力和应力敏感效应的低渗、特低渗油藏数值模拟研究

为了综合反映启动压力和应力敏感对低渗透油藏开发规律的影响,首先,通过室内实验研究低渗透岩芯启动压力梯度和应力敏感效应,并建立启动压力梯度和动态渗透率的动力学模型;在此基础上,根据质量守恒定律和渗流力学理论,建立同时考虑启动压力和应力敏感效应的低渗透油藏油水两相渗流数学模型,据此研制低渗透油藏水驱数值模拟软件;然后,利用该软件研究不同特征对渗流场、开发规律的影响以及启动压力和应力敏感对开发效果的影响;最后,研究超前注水、增大注采比、增大注采速度对采收率的影响规律,并优化最佳注入参数。研究结果表明,启动压力梯度是低渗透油藏采收率较低的直接原因,应力敏感通过强化启动压力梯度的方式间接影响采收率;超前注水、增大注采比和增大注采速度均可以提高低渗透油藏采收率,提高幅度为：超前注水＞增大注采比＞增大注采速度;最佳超前注水时间为100 d,最佳注采比为1.1∶1,最佳注入速度为0.00015～0.00025 PV/d。     

层理页岩水力裂缝扩展规律的相场法研究

准确预测层理页岩水力裂缝扩展路径对于页岩压裂方案优化与压裂效果评价至关重要.基于多孔弹性理论和能量最小化原理建立水力耦合的相场模型,采用交错策略的分离式耦合方法进行求解.通过压裂试验数据对比验证模型的可靠性,同时基于页岩三维水力压裂模拟分析,验证该方法对于模拟不同地应力条件下的水力裂纹扩展问题的适用性.基于该模型,利用...     

双井筒试验下页岩水力裂缝扩展与机制研究

水力压裂是页岩气开采的主要技术,研究水力裂缝的扩展规律有利于促进复杂缝网的形成。为了研究裂缝扩展规律和破裂机制,对页岩进行了真三轴双井筒水力压裂模型试验。结果表明:(1)竖向应力越大,裂缝形态越单一,多条水力裂缝间越不易沟通,页岩破裂压力越大;(2)水平应力差越大,双井筒水力裂缝与天然层理沟通越明显,越易形成垂直于水平最小主应力的裂缝;(3)双井筒出口在不同层理面时,两条水力裂缝形态相似,各自会沟通层理和天然裂缝;(4)双井筒出口在同一层理面时,两条主裂缝容易相交,与天然裂缝的沟通较少,不易产生缝网;(5)通过对上升斜率RA和频度FA值综合分析得到,页岩水力压裂以剪切破坏为主,在不同层理压裂更易产生复杂缝网。     

注液方式对深层页岩裂缝形态影响实验研究

开发深层页岩需要通过对储层进行水力压裂,而注液方式会对压裂效果产生很大的影响。采用真三轴水力压裂实验系统,研究不同的注液方式对深层页岩的裂缝形态的影响规律。实验结果表明:高地应力差下水力裂缝会沿着垂直于最小地应力方向起裂并扩展成横切缝,遇层理或天然裂缝会沟通并形成分支缝;采用先小排量后提升至大排量的注液方式可以开启更多的裂缝;先注入高粘度的压裂液制造主缝,然后替换为低粘度压裂液开启分支缝,形成主缝+分支缝的裂缝形态,有利于提升储层SRV。本实验研究结果可以为深层页岩压裂设计提供参考。     

液压锤工作状态下活塞的力学模型与应力分析

液压锤工作环境非常恶劣,其中活塞是受力状况最为复杂、最容易失效的零件之一.研究了液压锤活塞在工作状态下的受力状况,建立了活塞加速行程的力学模型,获得了活塞撞击钎杆前的初始运动条件;应用有限元技术对活塞撞击钎杆的过程进行了刚柔体运动、非线性接触碰撞仿真,获得了活塞的应力云图及其关键点在撞击过程的应力变化曲线.分析表明,活塞撞击钎杆的持续时间非常短暂,冲击应力非常大,导致端部存在局部应力超出材料屈服极限.为了避免活塞因端面不均衡塑性变形而导致端部边缘破损、端面与轴线垂直度破坏等情况发生,需要对活塞端部结构进行改进.该分析结果已应用于某型液压锤设计,为提高活塞的使用寿命提供了技术指导.     

不同围压下页岩微观破裂过程与量化研究

为揭示不同围压下页岩微观结构的破裂机理,基于RFPA2D-DIP对页岩微观结构进行单/双轴压缩试验,利用数字图像技术对页岩裂纹进行量化统计。结果表明,围压对页岩微观结构裂纹萌生、扩展及贯通具有重要影响,随着围压的增大,页岩微观结构存在V型(0 MPa、2 MPa、4 MPa)和倒V型(6 MPa、8 MPa、10 MPa)两种破裂模式,低围压(0 MPa、2 MPa、4 MPa)下微观结构破裂面粗糙,高围压(6 MPa、8 MPa、10 MPa)下微观结构破裂面平整。围压对裂纹量化指标影响显著,分形维数随围压的增大呈线性减小趋势,裂纹条数和裂纹总长随围压增大变化趋势具有一致性,呈M型,裂隙率和裂纹均宽随围压增大而减小,且变化速率越来越小。     

考虑吸应力非线性非饱和的无粘性土主动土压力模型

挡土墙背后的填土往往是非饱和土。在稳态流条件下,非饱和土含水量铅直分布呈现非线性变化规律。通过对库仑土压力理论基本假设进行补充,采用条分法划分土楔体,在忽略条间力的前提下,利用静力平衡条件,结合抗剪强度公式、基质吸力铅直分布公式等辅助条件,建立考虑吸力非线性分布的无粘性土主动土压力计算模型,并对模型进行检验与计算。结果表明:库仑土压力公式是将整个土楔体视为单一土条推导得到的,是本文所建立模型的一个特例;无粘性土主动土压力随比流量和地下水埋深的增大均呈现先递减后增大的变化趋势。     

谈柔性路面热应力及断裂温度的预测方法

计算研究了低温裂化沥青路面的热应力问题。使用数值模拟方法研究了不同结构组合及基层的材料特性。在试验数据及计算结果的基础上,预测三种类型沥青柔性路面的断裂温度。这种方法考虑了材料特性及铺装系统中的温度,因此可作为研究实际路面结构的模型。     

不同围压下页岩声发射及破裂前兆信息研究

对页岩进行常规三轴压缩下的声发射试验,并以时间为参考变量,得到力学与声发射参数之间的耦合关系,对其进行分析,以研究常规三轴压缩下页岩声发射特征的围压效应及其破裂前兆信息,并进一步揭示岩石破坏的微观机制,结果表明:(1)页岩声发射信号可分为4个阶段,即:原生裂纹压密阶段、平静阶段、爆发阶段、破坏阶段。(2)随着围压的升高,页岩的峰值强度随之升高,损伤强度σcd也随之升高,并且其数值约为峰值强度的91%。(3)随着围压的升高,由于破裂后的岩块之间的破裂面在凹凸处存在相互啮合啃断,岩样声发射信号在峰后残余强度阶段出现多个峰值。(4)页岩声发射RA值在主破裂发生前都有突然增大,并达到峰值的现象,预示着主破裂即将发生,因此可以将声发射RA值的突然增加作为页岩主破裂前兆信息。     

考虑竖向和横向温度梯度的桥梁温度应力分析

以三跨先简支后连续小箱梁桥为研究对象,考虑温度场随竖向和横向的变化,采用ANSYS建立空间模型,分析计算了作用短期效应组合应力,重点分析了温度应力对其控制组合应力的影响。结果表明温度梯度将引起较大的横向和竖向拉应力,从而降低主梁截面抗裂性能。因此,实际设计时应对竖向和横向温度梯度引起重视。     

考虑应力路径与累积变形影响吹填土力学特性

应力路径与累积变形量影响土体的力学特性。本文以天津滨海新区有一定结构强度的吹填土为研究对象,采用WF应力路径试验仪对土体施加不同的应力路径,再控制土体的不同的累积变形量,在此基础上,进行三轴不固结不排水试验,探讨不同应力路径及初始累积变形对吹填土变形特性、强度特性以及孔隙水压力变化规律。试验结果表明,土体三轴剪切应力-应变关系曲线形状与应力路径阶段累积变形量密切相关,应力路径对土体抗剪强度大小以及抗剪强度包线形状有明显影响,抗剪强度指标粘聚力受应力路径的影响比内摩擦角大。土体孔压变化不仅与应力路径有关,还与土体结构屈服有关。3种不同应力路径下,有效应力路径在土体结构屈服前后都出现明显的偏转,呈现为“S”型。土体的结构屈服应力并不是一个定值,随着应力状态的变化而变化。