页岩储层地应力预测模型的建立和求解

对致密页岩储层进行水平井钻井和压裂时,必须精确确定页岩气储层地应力。在分析页岩构造特征的基础上,给出考虑页岩横观各向同性的地应力计算模型,并建立声波测井资料求取页岩横观各向同性力学参数的关系式,据此研究页岩气储层地应力的分布规律。分析孔隙压力及地层升沉作用对地应力的影响。结果表明:页岩横观各向同性性质对地应力分布有较大影响,当水平与垂直方向弹性模量之比达到4时,水平地应力平均增加144%,而垂直方向与水平方向的泊松比之比达到2.2时,水平地应力平均增加16.5%;当孔隙压力变化2.4MPa时,水平地应力平均增加13.8%,而地层升沉作用对地应力的影响不大。将预测模型用于Baxter页岩的地应力预测,预测结果与其地层瞬间闭合压力(ISIP)最大误差仅为1.2%,证实模型准确可靠,可为页岩气水平井的钻井和压裂设计提供准确的基础数据。     

近爆冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土剪力墙的动态响应及参数分析

为研究钢筋混凝土剪力墙在近爆冲击波和破片联合作用下的动力响应,应用非线性有限元软件LS-DYNA开展近爆冲击波和破片对钢筋混凝土剪力墙联合作用的数值模拟分析.同时,通过参数化分析的方法,探究了冲击波和破片联合作用下剪力墙高厚比、分布筋间距和炸药比例距离等因素对其动力响应的影响.研究表明:近爆作用下冲击波和破片的联合作用强于单一作用,且联合作用要大于两者单一作用效果的线性叠加;减小钢筋混凝土剪力墙的高厚比,可以有效降低其水平位移响应,且随着高厚比的减小,水平位移响应减小速率加快;减小钢筋混凝土剪力墙分布筋的间距,可以有效降低其水平位移响应,且随着分布筋间距的减小,水平位移响应减缓程度有所降低;增大炸药比例距离,可以有效降低其水平位移响应,且随着炸药比例距离的增大,水平位移响应减缓程度有所增加.     

水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响分析

利用弹性力学解析及有限元方法,分别研究了均匀地应力和非均匀地应力条件下水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响规律。研究结果表明,增加水泥环弹性模量对套管外挤载荷有一定的减缓作用,但效果远没有降低水泥环弹性模量明显。理想水泥环的性能应该是高强度、低刚度。在固井作业时,对软地层推荐采用弹性模量大的水泥,对硬地层推荐采用弹性模量小的水泥。     

水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响分析

利用弹性力学解析及有限元方法，分别研究了均匀地应力和非均匀地应力条件下水泥环弹性模量对套管外挤载荷的影响规律。研究结果表明，增加水泥环弹性模量对套管外挤载荷有一定的减缓作用，但效果远没有降低水泥环弹性模量明显。理想水泥环的性能应该是高强度、低刚度。在固井作业时，对软地层推荐采用弹性模量大的水泥，对硬地层推荐采用弹性模量小的水泥。     

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,得到油田的广泛应用。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,本文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。本文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。     

煤储层渗透率动态变化模型与模拟研究

为深入认识开发过程中煤储层渗透率的动态变化特征,修正前人基于有效应力与煤基质收缩耦合影响的煤储层孔隙度和渗透率动态变化理论模型,应用沁水盆地南部生产区块煤层气排采数据及煤储层相关参数,模拟研究区煤层气开发过程中煤储层孔隙度和渗透率动态变化特征,并进行了储层参数敏感性分析。研究表明:煤储层孔隙度和渗透率动态变化具有明显的阶段性,需要建立分阶段预测模型;排采制度合理的情况下,煤储层孔隙度和渗透率会经历先降低后升高的阶段,且随着储层压力的降低,克林肯伯格效应作用明显,气相渗透率增加,煤储层渗透率改善效果明显好于孔隙度改善效果;煤储层渗透率动态变化明显,受控于孔隙压缩系数、弹性模量和朗格缪尔体积,以弹性模量的影响最为显著。     

基于数字岩心研究流体性质对裂缝性低渗透储层弹性参数的影响规律

为研究裂缝及流体性质对低渗透储层弹性参数的影响规律,采用X射线CT扫描技术构建低渗透储层岩石的3维数字岩心,应用图像处理算法加入定向排列的平行便士状裂缝,形成横向各向同性数字岩心,采用扩展的有限元方法计算含有裂缝的数字岩心的弹性模量,分析裂缝及流体性质对其弹性模量的影响规律。结果表明:裂缝纵横比和密度保持不变,随流体体积模量的增加,纵波各向异性参数呈线性趋势减小;裂缝密度和流体性质不变,随裂缝纵横比增加,储层岩石的弹性模量均呈线性增加;裂缝纵横比和流体性质不变,随裂缝密度增加,储层岩石的弹性模量也呈线性减小。     

深煤层地应力对储层物性的影响

为有针对性地研究深部煤层气地应力对储层物性的影响.采用分析浅部储层物性并结合深部数据进行分析和模拟的方法,探讨了深部地应力对渗透率、孔隙度、含气性和储层压力的影响.研究结果表明:在深部,渗透率的下降并不完全符合指数函数的关系,其下降程度并没有那么快.在深部温度对于含气量的控制作用更大.温度的增加造成两种结果:在盖层封闭条件好的情况下,使生气量和游离气的含量增加,对于煤层气的产出造成积极影响;反之则对煤层气的产出造成消极影响.随着有效应力的增加,孔隙度呈逐渐下降的趋势.随着地应力的增加,在深部储层压力也相应地呈线性增加.     

滑套固井压裂起裂压力及影响因素

起裂压力高是滑套固井压裂面临的主要问题。根据滑套固井压裂的特征,建立地应力条件下滑套固井压裂计算模型,运用有限元法及岩石抗拉强度准则计算起裂压力,通过长庆油田桃X井的实例进行验证。结果表明:水平地应力差及端口方位角是滑套固井压裂起裂压力的主要影响因素,随着水平地应力差的增大,起裂压力降低,端口方位角增大时,起裂压力增大;地层岩石的弹性模量对起裂压力有较大影响,随着地层岩石弹性模量的增大,起裂压力增大;水泥环厚度对起裂压力的影响规律与水泥环和地层的弹性模量有关,当地层弹性模量大于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而减小,当地层弹性模量小于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而增大。     

基于煤演化程度的煤储层渗透率发育机理初探

探讨渗透率的发育机理,将为煤层气的勘探选区提供重要的理论基础。本文以煤岩力学性质为切入点,分析了地应力和煤储层渗透性的相关关系,探讨了不同煤阶演化阶段岩石力学参数（弹性模量、泊松比、体积模量）,提出了煤阶与地应力联合作用下的煤储层渗透率的发育特征。研究表明：地应力控制煤储层天然裂隙开启程度和方向,改变储层的孔隙结构;而煤岩热演化可以改变岩石力学性质。二者共同控制煤储层裂隙的大小,进而影响煤储层渗透率的发育。     

砂岩储层可压裂性评价方法研究

通过研究砂岩储层压裂裂缝起裂、扩展规律以及期望的裂缝形态,提出了砂岩储层可压裂性具体含义。分析KGD模型中各因素对压裂裂缝的影响规律,借助成熟的有限元方法对上述规律进行验证及补充,建立了砂岩储层可压裂性与储层岩石弹性模量和最小水平地应力之间的关系,绘制了可压裂性指标的变化规律,即弹性模量越高,最小水平地应力越小,砂岩储层的可压裂性越高。根据地震资料可以绘制砂岩储层的三维可压裂性分布图,可以为压裂选井选层提供参考。     

酸处理降低地层破裂压力的计算分析

针对超深储层的破裂压力很高,对压裂施工设备的功率和承载能力要求更高,在施工安全上存在一定隐患的实际,研究了超深储层的破裂压力模型以及利用岩石力学性质的酸敏性,采取酸化预处理降低地层破裂压力,建立了射孔井筒破裂压力预测模型,分析了酸化预处理降低地层破裂压力机理。利用西部某深层气藏岩样室内酸处理前后岩石弹性模量、泊松比和岩石抗压强度变化结果,计算了该气藏酸处理前后的破裂压力,结果表明酸预处理后破裂压力大幅下降,对降低压裂施工压力有重要作用。为在现有工程条件和技术条件下,准确预测破裂压力和施工压力、合理选用施工设备、降低储层改造的工程风险提供了方法。     

煤岩交界面对水力压裂裂缝扩展的影响

针对井下煤层压裂过程中,压裂裂缝扩展至煤岩交界面处,受多种力学因素的综合影响,扩展方向可能会发生偏转.通过建立压裂裂缝遇煤岩交界面二维模型,采用理论分析结合数值模拟的方法,对煤岩交界面的破坏机理及压裂裂缝扩展规律进行研究.结果表明:煤岩交界面与水平剖面的相交角、水平主地应力差、最小水平主地应力、煤岩交界面的黏聚力及煤岩层弹性模量差异等是影响裂缝扩展方向的主要因素.随着相交角或水平主应力差的增加,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性增加;最小水平主地应力越大,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性越小;煤层交界面的黏聚力越小或煤层与顶板岩层的弹性模量差异越大,裂缝沿煤岩交界面扩展的趋势越明显.     

基于PHF-LSM模型岩石分段水力压裂应力阴影效应

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂数值计算模型,模拟并分析了均质与分层岩石材料中分段压裂过程引起的应力阴影效应.通过与单一裂缝诱发应力理论解的对比,验证了PHF-LSM考虑应力阴影效应的可行性.以此模型为基础分析了单一裂缝发展过程中,岩石材料参数与初始应力条件对诱发应力场的影响,以及均质与分层岩石材料的多裂缝起裂过程中不同压裂间距与压裂顺序产生的应力阴影效应.数值计算结果表明:泊松比、抗拉强度与孔隙率的增加会增大裂缝引起的诱发应力与净压力比值的峰值,而弹性模量和水平主应力差的增大会减小该峰值;裂缝间距的扩大可以减弱裂缝间应力阴影效应;两步压裂与顺序压裂的裂缝总面积均大于同时压裂时的面积,但顺序压裂与两步压裂会带来更高的起裂压力;产层厚度与压裂间距的减小会增大应力阴影效应.     

冲击诱导损伤岩石的侵入特性

在硬岩矿山开采中,为了提高大孔径深孔凿岩效率,降低钻具磨损,提出了冲击诱导切削复合凿岩新工艺.在Walsh模型的基础上,建立了冲击诱导孔周围损伤岩石的裂纹模型,推导了岩石损伤区的牙轮钻齿侵入系数方程及侵入阻力方程.分析了裂纹密度、扰动频率分别对岩石弹性模量、岩石破碎体积和钻齿侵入阻力的影响.结果表明:随裂纹密度的增大,岩石的有效弹性模量减小;相同侵入载荷下,随着扰动频率的增加,钻齿的侵深和岩石破碎体积不断增加;随着冲击扰动频率的增大,牙轮钻齿侵入阻力逐渐减小.     

裂隙尖端能量释放和整体变形能量的等效性

以单轴应力和静水应力状态为例，分析了单裂隙变形过程中裂隙尖端局部能量释放和裂隙整体变形能量的等效性；并以此等效性为基础，从计算裂隙尖端局部能量释放和计算裂隙整体变形能量两种途径出发，对裂隙固体的有效弹性模量和有效体积模量进行估计，得到了相同的表达式，从而说明了两种能量的等效性是众多裂隙岩体类型有效弹性模量分析的基本前提。     

聚合物动态剪切实验研究

为了研究聚合物KYPAM-6A溶液在油藏条件下的黏弹性情况,根据SY5523-2000配置聚合物溶液进行实验,研究质量浓度、矿化度、角频率的变化对溶液损耗模量、储存模量的影响.结果表明:①随着质量浓度的增大、矿化度的减小、频率的升高,聚合物溶液的储存模量、损耗模量均有不同程度的升高.②聚合物溶液在低频率下,以黏性流动为主,在中高频率下,以弹性流动为主.③随质量浓度的升高、矿化度的降低,聚合物溶液黏弹主导转化点频率,即储存模量、损耗模量交点频率随之升高.