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.     

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。     

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...     

清水压裂多场耦合下裂缝扩展规律数值模拟分析

利用室内实验测试研究层段页岩储层的物性参数、岩石力学参数和天然裂缝分布特征参数,建立了清水压裂过程中缺陷性岩体应力场—损伤场—渗流场耦合本构模型和破坏准则。通过Comsol软件进行有限元数值模拟,分析地层分别在拉伸和压剪应力下裂缝的扩展规律,天然裂缝系统开启时,页岩储层水力压裂可以形成人工裂缝网络。当水力裂缝扩展至天然裂缝时,裂缝的宽度有明显的增加,且水力裂缝方向发生改变,沿天然裂缝两翼的其中一翼扩展,另外的一翼并没有扩展。天然裂缝间存在着明显的互相干扰。多裂缝产生的过程是从多个小裂缝向少数大裂缝发展的过程,最终的裂缝条数取决于裂缝之间的连接性;地应力、天然裂缝、射孔井段、射孔方式、地层倾角、施工排量与液体黏度等,是影响多裂缝形成的主要因素。     

基于高能CT扫描的煤岩水力压裂裂缝扩展研究

水力压裂是提高煤层气产量的关键技术,但由于煤岩力学性质的特殊性,使其裂缝扩展规律十分复杂,掌握水力压裂裂缝的形成机制对煤层气开发有着重要的意义。在开采沁水盆地南部区域的大型天然煤岩时,将真三轴水力压裂装置和高能工业CT扫描成像技术相结合,研究了天然裂缝、割理发育情况和地应力对水力压裂裂缝起裂和扩展特征的影响。结果表明:天然裂缝和割理在井筒周围的发育程度决定了水力压裂裂缝的起裂位置和破裂压力,裂缝在基质处起裂的破裂压力显著高于在天然裂缝和割理处起裂的破裂压力;在低水平应力差条件下水力压裂裂缝易沿着天然裂缝和割理随机扩展,随着水平应力差增大,地应力对水力压裂裂缝扩展的控制作用增强,合理的水平应力差范围为2～6 MPa,在此条件下易形成一条水力压裂裂缝为主、连通多条天然裂缝为辅的复杂裂缝系统。研究结果可为国内煤储层的水力压裂裂缝预测和压裂设计提供一定的理论参考和设计指导。     

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。     

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。     

考虑应力敏感的基岩气藏离散裂缝网络模型与数值模拟

为了准确模拟裂缝性基岩气藏产能,以柴达木盆地东坪区块为例,将区块内裂缝性基岩气藏视为离散裂缝与基质岩体介质,建立裂缝性基岩气藏产能有限元计算模型.在考虑水力压裂裂缝应力敏感性、气藏流体的高压物性非线性和随机分布天然裂缝基础上,采用Galerkin加权残值法将渗流方程进行空间离散,并通过Newton-Raphson迭代求...     

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...