水力压裂裂缝在页岩表面扩展特征的试验研究

为探究水力裂缝在页岩表面起裂及扩展特征,以四川省龙马溪组露头页岩为研究对象,开展岩体表面裂缝起裂扩展数字散斑观测试验,通过分析水力压裂裂缝扩展时页岩表面位移场和应变场演化揭示了岩体表面裂缝的动态扩展特征.试验结果表明:水力裂缝沿最大主应力方向起裂和扩展,裂缝走向与最大主应力呈锐角;裂缝扩展速度约为0.65 m/s,具有高速性特点,不同水力裂缝起裂扩展在时间上有先后性.扩展裂缝两侧会形成非对称分布的半椭圆状位移变化区域,影响范围是缝宽的32倍;裂缝扩展区域呈现为应变梯度值较大的拉应变.裂缝扩展只对裂缝周边有限范围内岩体起影响作用.     

水力压裂裂缝形态与缝内压力分布

首先根据岩石断裂力学理论证明了水力压裂裂缝具有与缝内压力分布无关的椭圆形自相似扩展特征,在此基础上,结合断裂力学与流体力学给出了水力压裂裂缝内压力分布的近似解析解。     

多裂缝储层水力裂缝扩展机理试验

采用大尺寸真三轴试验系统,对多裂缝储层水力裂缝与多裂缝干扰后影响水力裂缝走向的各种因素进行了研究,并分析了压力曲线特征。试验结果表明：水平主应力差和逼近角是决定水力裂缝走向的主要因素,高水平应力差和高逼近角有利于水力裂缝穿过多裂缝,水平主应力差越大,水力裂缝形态越平直;天然裂缝带发育程度和天然裂缝面摩擦系数也是影响裂缝走向的主要因素,天然多裂缝越发育,越易造成压裂液大量滤失进而产生多水力裂缝,摩擦系数越小,水力裂缝越易沿天然裂缝转向;天然多裂缝带的存在,会造成水力裂缝形态的非对称性;水力裂缝的扩展具有非稳态特性。     

页岩气储层水力压裂复杂裂缝导流能力实验研究

为研究页岩气储层水力压裂后复杂裂缝导流能力,运用FCES-100裂缝导流仪,选取页岩地面露头岩心,加工成符合实验要求尺寸岩心板,将页岩复杂裂缝简化为转向裂缝和分支裂缝两种形式,用陶粒和覆膜砂两种类型支撑剂进行导流能力实验测试。实验结果表明:裂缝形态对导流能力影响较大,裂缝转向后导流能力明显低于单一裂缝,低闭合压力条件下转向裂缝与单一裂缝导流能力相差35%~40%,随闭合应力增大,差距逐渐增大;低闭合压力下陶粒导流能力高于覆膜砂,而当闭合压力增大后覆膜砂的导流能力反超陶粒,低铺砂浓度下反超趋势更加明显;分支裂缝存在时,等量支撑剂多条分支裂缝的等效导流能力小于单一裂缝,高闭合压力下分支裂缝中不同分支铺砂浓度的差异越大,导流能力与单一裂缝越接近。     

页岩气储层水力压裂机理研究

水平井分段压裂技术是现阶段页岩气成功开发的关键技术,并逐渐形成了一系列以实现\"体积改造\"为目的的页岩气压裂技术,其\"体积改造\"的理念颠覆了经典水力压裂理论,是现代非常规储层压裂理论发展的基础。到目前为止,页岩气储层水力压裂缝网形成与扩展机理等基础理论还不完善;通过室内大型真三轴水力压裂物理模拟实验,在室内模拟出含裂缝的页岩地层,研究了裂缝性地层水力压裂过程中天然裂缝对水力裂缝扩展的影响;并分析了水力裂缝在该类型地层中的扩展模式及其影响因素。     

致密储层水力压裂裂缝几何形态地质影响因素及控制方法

水力压裂是致密储层有效开发的主要技术之一,在油田开采领域广泛应用。水力压裂裂缝几何形态影响因素研究是致密储层压裂成功的关键,因此,以大庆致密储层为例,采用Abaqus有限元软件进行了模拟计算,研究了油藏储隔层最小水平地应力差、弹性模量差、泊松比差和抗拉强度差对裂缝几何形态的影响。研究结果表明：储隔层最小水平地应力差、弹性模量差和抗拉强度差对裂缝的几何形态和扩展有较大的影响;而泊松比差对裂缝几何形态的影响微乎其微。通过低温冷却和增加人工隔层等方法对裂缝几何形态的控制分析为现场压裂施工提供了基础。     

页岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究

页岩气藏储层具有超低孔、超低渗的物性特征,通过体积压裂改造形成复杂人工裂缝网络,是实现页岩气有效开发的关键。试验采用大尺寸真三轴水力压裂模拟,研究水平地应力差、泵注排量,井筒数量等因素对页岩气储层压裂裂缝扩展规律的影响。通过观察压后页岩表面裂缝延伸路径,结合工业高能CT扫描确定页岩内部实际的水力裂缝形态。实验所选用页岩脆性中等,但层理特征明显,微裂隙发育,具有可压性。试验结果表明:水平应力差为3 MPa时,水力裂缝易转向,沟通近井天然裂缝或弱胶结层理面;随着水平应力差的增加,有利于横切缝的产生,沟通远处更多天然裂缝及层理;当水平应力差达到12 MPa时,仅能形成简单平面横切缝。另外,变排量压裂或双井筒同步压裂可以有效地增加裂缝密度,提高水力裂缝复杂程度;但在12 MPa的水平应力差下,双井筒同步压裂仍然仅生成2条简单的水平缝。     

页岩水力压裂模拟实验研究

文章为了分析页岩的水力压裂过程,制作了边长30 cm立方体试样,采用实验室大型实验设备,设置了不同的注射方向,对试样进行了水力压裂模拟实验。对比分析了试样的破坏形态,可以看出割缝注射方向对裂缝的发育有着重要影响;水力压裂的极限强度与裂纹和层面之间的夹角有一定的关系,当裂纹方向接近层面时,对应的水力压裂的强度较小;结合水力压裂的水压曲线,阐述了裂纹发育和压裂液压力之间的关系;分析了不同压力条件下页岩的水力压裂裂纹发育状态。该文结合工程提出了提高页岩体积改造的有效途径,对实际水力压裂有一定的指导意义。     

圆柱形页岩试样水力压裂模拟试验分析

为了分析不同注射孔位置对页岩水力压裂的影响效果,介绍了实验室内圆柱形试验系统和方法。通过选取不同注射孔分布的井筒对圆柱形页岩样品进行水力压裂试验,探寻注射孔对水力压裂的影响情况。结果表明:层面对裂纹发育、转向有重要的影响,是裂纹网络化形成的有利因素,试验说明层面是压裂液流动的水力路径;射孔布置对于裂纹发育有一定的作用,多方向射孔布置可以引起复杂裂纹的发育;在泵压作用下试样内部发生剪切或拉伸破坏,在试验中拉伸裂纹较多;水压曲线曲线呈多次波动,对应裂纹的发育过程,其峰值压力约在20MPa左右。     

页岩水力裂缝网络形态及激活机制研究

针对页岩体积压裂后量化复杂裂缝网络构成及裂缝激活程度的问题,基于有限元、全局嵌入黏聚区域模型以及真实页岩露头,建立了预制结构弱面的复杂水力缝网模型。在考虑全耦合应力-流体影响下,研究了弱面逼近角、水平应力差、压裂液黏度以及排量对裂缝网络组成、几何形态以及SRV的影响,提出能够量化分析裂缝网络构成以及裂缝激活程度的裂缝相对激活程度概念。研究结果表明,页岩压后裂缝几何形态受力学性质最弱的弱面控制,分别呈轴对称与中心对称网络状分布;裂缝网络由主导游离气传输的弱面型裂缝与主导吸附气传输的基质型微裂缝共同构成;弱面逼近角、水平应力差以及压裂液黏度对SRV长轴的影响并非呈现单调性变化,逼近角的增加、水平应力差、压裂液黏度以及适当排量的降低会导致SRV短轴增加;水平应力差对裂缝相对激活程度的影响也并非呈现单调性变化,弱面逼近角、压裂液黏度以及排量的增加会引起基质型微裂缝相对激活程度、激活裂缝总长度的增加以及弱面型裂缝相对激活程度的降低。     

基于Solidworks的水力裂缝三维重构

水力压裂室内模拟实验可以有效地模拟现场压裂过程,是认识水力裂缝扩展规律的有效途径。目前真三轴压裂实验中采用的岩样一般为立方体水泥块,在实验之后通过剖开岩样可以观察裂缝的扩展形态。但是岩样在剖开之后却变得支离破碎,不易直观地展现裂缝之间的相互关系;而且破碎岩样所呈现的抽象形态也很难用照片或者文字来记录。基于这些原因,通过Solidworks软件,利用软件中的\"曲面放样\"、\"拉伸基体\"等功能,对破碎岩样中的水力裂缝进行了三维重构。重构之后,岩样中的水力裂缝能够直观地在三维空间中展现出来,方便工作人员从各个角度对裂缝进行研究。而且这种重构方法步骤简单、易于操作,对于大批量、重复性的室内模拟实验,可作为一种记录水力裂缝形态的有效工具,为工作人员在实验后期对各组裂缝做进一步的对比分析提供便利。     

层状介质中水力裂缝的垂向扩展

应用岩石力学的理论与方法，建立了层状介质中水力裂缝垂向扩展的数值模型，分析了地应力剖面、地层断裂韧性、压裂液密度及作业参数对缝高剖面形态的影响．研究结果表明，地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围和扩展方向的主要因素，岩层断裂韧性对裂缝的垂向扩展有明显的止裂作用，压裂液沿缝高方向的流动压降对裂缝高度有较大影响．在一定地层条件下，裂缝是否向隔层扩展以及扩展范围的大小主要取决于作业压力的高低．该方法可用于预测水力裂缝缝高剖面形态     

CT三维扫描与3D打印技术的矿山岩石力学与工程实验教学中的应用研究

针对矿山岩石力学与工程实验教学中存在的问题,基于CT三维扫描和3D打印机等前沿实验技术在实验教学过程中具有的优势,构建了实验理论与实践的交叉融合教学模式,并将其应用于矿山岩石力学与工程的实验教学。教学实践表明,该教学模式能够有效地促进学生学习实验原理和参与实验的积极性,强化学生对矿山岩石力学实验理论和方法的理解和掌握,提高学生的综合实践能力,并对矿山岩石力学与工程实验教学的设计和开展进行了研究和探索。     

南三油库可视化信息系统设计

为了在油库发生火灾等突发情况时向决策与具体实施者提供可视化信息,以南三油库为例,通过构建油库要素的空间和属性数据库,在ArcGIS平台下实现三维可视化。通过.NET平台对地物属性查询、漫游、三维场景输出、GIS计算分析等功能进行了二次开发,设计出平面与三维视图为一体的油库信息系统。     

致密薄互层缝高扩展影响因素试验研究

依据岩心观测以及岩石力学性质试验发现,陇东地区致密薄互层油藏具有岩性、力学性质变化频次高,变化范围尺度小的特点。结合现场压裂数据,推断薄互层油藏压裂后产能低的主要原因是：压裂过程中,由于弱胶结面的存在,水力裂缝在层间的多次错动,导致水力裂缝缝高扩展受到抑制;压裂结束后,由于地应力作用,层间错动面闭合,有效水力裂缝面积减小。针对该推断,制备薄互层物理模拟试样,进行压裂物理模拟试验。通过物理模拟试验结果发现：层间高弹性模量差异,对于水力裂缝垂向扩展的抑制作用并不明显。在破裂压力后,增加排量仅对增大水力裂缝的体积有促进作用,对水力裂缝穿入其他岩层的作用较小或是没有。     

基于压裂停泵曲线的压裂裂缝形态分析方法： 以玛湖致密砾岩储层M井区为例

水平井分段压裂技术可显著提升单井产能,但井间或段间增产效果差异较大,明确压裂效果差异原因的一大关键是明确人工裂缝形态.现有压裂裂缝形态监测手段成本高昂,难以实现所有井的动态监测.压裂施工曲线数据量较大且容易获得,但目前对其利用十分有限,如何充分利用大量的压裂施工曲线,获取地层关键参数及认识人工裂缝形态,是急需解决的问题.对玛湖砾岩油藏压裂泵注曲线的特征进行研究,基于压裂施工曲线停泵阶段的水锤特征判断裂缝复杂程度,明确压裂段的裂缝发育情况;利用分形理论结合不稳定渗流理论形成砾岩油藏压裂停泵曲线分析方法,该方法可结合微地震监测结果,根据泵注曲线压降特征反演得到人工裂缝总缝长等信息.研究方法得到的裂缝总缝长与一体化压裂模拟结果具有一致性,能够高效、有效地评价压裂效果.     

基于ArcEngine三维地形分析和可视化

基于ESRI公司提供的二次开发工具ArcEngine和C#编程语言,阐述了三维GIS的理论、方法及过程,实现了GIS数据的三维显示以及部分三维分析功能。     

巷道收敛监测三维动态可视化系统开发

结合传统巷道收敛仪与三维激光探测系统的优势,提出了一种巷道表面收敛变形的三维可视化方法,该方法利用激光扫描获取巷道点云数据,建立巷道三角形壳体模型.采用反距离加权插值算法,计算巷道表面的收敛量.利用收敛量与颜色索引对应的抛物线非线性增强算法,突出了关注范围内大的收敛变形.基于VS2010与HOOPS进行了系统的开发,实现了巷道表面监测收敛量三维云图的动态可视化显示.并在铁蛋山矿进行了实例应用,直观地展示了监测区域巷道收敛变形的危险区域与变形过程,系统满足工程人员对监测数据直观表达和可视化分析的需求.     

浅谈基于GIS系统的虚拟现实技术

地理信息系统（GIS）技术已经被大量应用于资源管理、环境监测、城市规划、土地管理及交通、水利、林业等领域,但GIS技术的发展还远没有止境。人们已经不满足于传统的二维（2D）GIS软件平台,取而代之的是空间的、立体的三维GIS。但由于3D-GIS包括第三个坐标以及从平面到立体的换算,所以增加了大量的存储量和额外的数据量。因而时至今日,真正的3D-GIS软件还很少。本文一方面介绍了3D-GIS的概念、特点以及发展现状;另一方面还介绍了国外主要三维GIS软件的结构和功能,并对3D-GIS的发展趋势做了科学的预测。     

遥感影像三维可视化的实现

结合世界自然文化遗产——泰山的三维可视化的实现,系统地论述了由二维遥感影像生成三维可视化影像的处理过程。此次研究成果将对泰山的旅游规划和开发、泰山的地貌及地质研究、泰山环境保护及灾害预防起直观的指导性作用。