基于颗粒流的页岩破裂机理试验研究

为探究页岩气藏水力压裂复杂裂缝网络的形成机理,开展了基于颗粒流的页岩破裂数值试验研究。根据页岩的岩石力学性质,采用并行PSO算法反演得到页岩颗粒细观力学参数,并基于PFC离散单元模型分别进行了预制2条裂纹下的巴西劈裂和水力劈裂数值试验,通过改变试验参数分析了裂纹相互作用对其扩展的影响。数值模拟发现:巴西劈裂试验预制裂纹夹角为30°和45°时,垂直裂纹扩展至倾斜裂纹时停止扩展转而从倾斜裂纹两端开裂并扩展,变形由弹性变形变为塑性变形;裂纹夹角为90°时,垂直裂纹贯穿水平裂纹,变形主要是弹性变形;水力劈裂试验中,预制裂纹夹角越小,倾斜裂纹越容易发生剪切破坏,垂直裂纹越趋于改变扩展方向,扩展路径越复杂。研究表明,裂纹倾角对页岩气藏水力压裂缝网的形态具有重要作用,岩体应变达到峰值后轴向应力-应变呈现先减小后增大的余弦波函数关系,且倾角越小压裂缝网越复杂。      

一种新的注入井大孔道解释模型

砂岩油藏注水开发后期一般都会发育有不同程度的大孔道.为了有效识别大孔道发育程度,对后续调堵剂用量提供依据,在分析目前常用大孔道试井解释模型的基础上,提出了一种考虑大孔道与非大孔道区域相互耦合的注入井径向模型.通过调整反映大孔道发育状况的发育面积和发育倍数两个参数,分析不同发育程度下注入井井底压力变化特征;该模型可以快速再现关井前后压力变化过程和特点,符合矿场监测规律.结果分析表明,考虑窜流影响对井底压力影响明显,通过曲线拟合确定大孔道发育程度,在一个参数确定的情况下可以实现大孔道体积的定量化描述.研究成果对于大孔道治理有一定指导意义.     

水平井多裂缝同步扩展数值模拟

为探究页岩气藏水力压裂复杂裂缝网络的形成机理,开展了水平井多裂缝同步扩展的数值模拟研究。考虑井筒和裂缝内流体流动,耦合岩体变形,建立了多裂缝同步扩展数学模型,利用裂缝尖端渐近解隐式求解裂缝扩展步长,并采用扩展有限元方法对模型进行了求解。通过与经典模型计算结果比较,验证了数学模型与算法的正确性,并将数值算法运用于2个算例。多裂缝同步扩展时,两侧裂缝的长度和宽度比中间裂缝的大。裂缝间距越小时,两侧裂缝偏离初始最大主地应力方向角度越大,中间裂缝宽度越小;地应力差越小时,两侧裂缝偏离初始最大主地应力方向角度越大。研究结果表明,应力阴影作用对多裂缝同步扩展轨迹和几何形态具有重要作用,且裂缝间距越小,地应力差越小,应力阴影作用越强,裂缝形态越偏离单裂缝扩展形态。     

常压页岩气地质工程一体化压后数值模拟研究——以DP2井区为例

页岩储层大规模压裂改造后水力裂缝形态以及压后复杂渗流机理和多种作用机制的相互作用是影响压后产能预测及页岩气井网部署的关键。基于地质工程一体化的工作流开展页岩储层水力压裂缝网建模和数值模拟研究,优化开发技术政策,实现经济效益最大化。利用建立的水力裂缝扩展模型模拟压后裂缝网络,该模型考虑水力裂缝间应力阴影、天然裂缝、地应力以及压裂液流动的非均质性,保证了模拟的水力裂缝更接近现场实际,在此基础上考虑气体复杂渗流机理开展压后数值模拟研究。实际应用结果表明：南川区块DP2井区水平应力差异系数小,压裂可形成复杂裂缝网络,水力裂缝在横向延伸方向上有效支撑较好,垂向上有进一步改进提产空间;考虑应力敏感结合经济效益评价,确定最优生产制度为6×10⁴m³/d,合理水平段长为2 000 m。