应用断裂力学理论建立油气井压裂时岩石破裂压力计算模型

考虑地层岩石存在天然微裂隙这一客观事实,运用断裂力学理论建立了地应力与压裂液共同作用时地层裂隙的应力强度因子表达式;根据断裂判据,推得了地层破裂压力计算模型;并对某油田几口井进行了实算与电算对比.结果表明,运用断裂理论建立的破裂压力计算模型由于考虑了裂隙的存在,与地层的实际更为吻合,因而准确性更高,适用范围更广.其计算结果与现场实测值更为接近,从而也验证了模型的可靠性.     

运用断裂理论确定地层破裂压力(P_F)值

本文综合应用断裂理论、岩体力学等知识,对油气层压裂机理进行了有益的探讨。通过对油气井井底的地应力静应力场,和动应力场的分析,考虑地层岩石存在天然微裂隙这一客现事实。建立了地应力与压裂液共同作用时,地层裂隙的应力强度因子表达式;根据断裂判据,推得了地层破裂压力计算模型;并对四川油田川中矿区几口井进行了实算与电算对比,验证了模型的可靠性。     

碳酸盐岩地层破裂压力预测新模型及其应用

海相碳酸盐岩地层原生孔隙较少而裂缝较发育,利用测井资料计算其破裂压力难度较大.依据弹性力学原理和岩层破裂机制,综合考虑三向地应力及地层特征对地层破裂压力的影响,建立一种新的适合海相碳酸盐岩地层的破裂压力计算模型.川东北通南巴构造上5口井的应用结果表明,利用该模型计算得到的破裂压力值与实测值误差较小,能够满足工程计算要求.     

基于可靠度理论的井壁稳定性定量评价方法

非常规深层油气资源勘探开发是目前的热点，由于钻井地质环境复杂、井壁稳定性差，导致钻井复杂及故障频发，严重制约了油气资源勘探的安全高效开发。针对该问题，本文开展了相关研究，建立了一种井壁稳定性定量评价方法。首先分析和完善了现有地层坍塌及破裂压力计算模型；在此基础之上，建立了地层坍塌及破裂压力不确定性定量表征方法；同时，综合考虑高温高压环境、井径不规则、排量不稳定等不确定性因素对ECD计算结果的影响，基于不确定度理论建立了ECD不确定性定量表征方法；在上述两方面研究的基础上，建立了定量评估井壁稳定性的分析模型，解决了井壁失稳的识别难题，实现了井壁稳定性的定量评价，可以有效降低井下复杂发生率、提高钻井效率、缩短钻井周期，为钻井施工降本提速提供技术支持。     

三维分层地应力模型与井眼岩石破裂准则

对油田开发分层地应力进行弹性力学分析,建立了分层地应力三维弹性力学计算模型。分析模型综合考虑了垂向地应力与岩石特性对破裂压力的影响,给出考虑垂直应力影响的最小地应力计算公式,结果可用于油田开发设计,另外,分别考虑地层垂向地层垂向压力和岩石变形特征的影响,采用控制最小周向应变参数得到了井眼岩石破裂的准则。     

定向井破裂压力预测方法及计算参数敏感性分析

定向井破裂压力预测是正确设计安全钻井液密度窗口,确保井壁稳定,减少井漏、井塌而引起的井下事故的基础。利用测井资料可以方便快捷地计算定向井破裂压力,使用Eaton模型、Stephen模型和多孔弹性模型对4口井3个深度点分别进行了地层破裂压力计算分析,并给出了3种方法计算地层破裂压力的误差,结果表明多孔介质弹性斜井模型更为适应任意井斜、方位的斜井,可达到较高的精度。同时,对影响该模型中破裂压力大小的计算参数进行了敏感性分析,为准确分析定向井破裂压力提供了重要技术参数。     

各向异性地层井壁破裂压力预测

地层破裂压力对于钻井和水力压裂非常重要,但直井破裂压力预测往往忽略了地层各向异性的影响。考虑岩石各向异性影响,推导直井井壁应力分布模型,建立各向异性地层破裂压力计算方法,并分析层理产状、各向异性程度、地应力及孔隙压力的影响。结果表明:低角度层理对破裂压力几乎无影响,而高角度层理对破裂压力影响显著;向最大水平地应力方向倾斜的层理,其破裂压力最低,极端情况下甚至比各向同性地层低50%,对井壁稳定极为不利;岩石各向异性程度越高,对破裂压力的影响越大;随着水平地应力比值和孔隙压力的增加,破裂压力整体上逐渐减小,而且地应力影响明显高于岩石各向异性,水平地应力比值增加后,岩石各向异性的影响进一步加剧;该模型提高了破裂压力计算的精度。     

螺旋射孔条件下地层破裂压力的数值模拟研究

水力压裂技术已经在低渗地层的石油天然气开采中得到广泛的应用,螺旋射孔是该技术中的常用措施,在此条件下地层的破裂压力是影响施工成功率和效果的重要因素之一.采用三维有限元方法对螺旋射孔条件下地层的破裂压力进行了研究,建立了套管完井(考虑水泥环及套管的存在)情况下井筒及地层的三维计算模型,首先计算和分析了定向射孔时不同的射孔密度和射孔方向角对地层的破裂压力的影响,与前人的实验结论进行了比较,在此基础上,进行了螺旋射孔条件下不同射孔方位角、相位角以及射孔密度对地层破裂压力的影响的研究,通过数值模拟的结果,给出了螺旋射孔对地层破裂压力的影响规律,可作为进一步研究螺旋射孔条件下的裂缝扩展规律的基础,同时对压裂设计和实际压裂施工中螺旋射孔参数的选取给出了具体的建议.     

考虑流变特性改变的水力压裂管内摩阻计算模型研究

水力压裂管内摩阻的准确计算是确定井底压力和地层破裂压力的关键。压裂过程中由于压裂液与地层之间的热交换,压裂液的流动温度会发生明显变化;而温度的改变会影响压裂液的流变特性,使得不同深度处单位长度流体流动摩阻发生改变。通过建立油管注液过程管内流体温度分布数学模型,得到了不同油管注入排量下管内液体温度沿井深的分布。结合温度对压裂液流动特性的影响实验,考虑压裂液流性指数和稠度系数沿井深的变化,建立了压裂过程中管内流动摩阻的分段计算模型。通过与现场实测摩阻数据对比,模型与传统不考虑压裂液流变特性改变的摩阻力计算模型相比更为符合工程实际。     

三维分层地应力模型与井眼岩石破裂准则

对油田开发分层地应力进行弹性力学分析 ,建立了分层地应力三维弹性力学计算模型 .分析模型综合考虑了垂向地应力与岩石特性对破裂压力的影响 ,给出考虑垂直应力影响的最小地应力计算公式 ,结果可用于油田开发设计 .另外 ,分别考虑地层垂向压力和岩石变形特性的影响 ,采用控制最小周向应变参数得到了井眼岩石破裂的准则 .     

高压深层裂缝性油气藏中不定常渗流的数值研究

根据实验结果和裂缝性压力敏感地层的特性,建立了适合于不同外边界条件下裂缝性压力敏感地层的不定常渗流模型．推导出了裂缝性压力敏感地层的不定常渗流模型的有限元方程．在对区域进行非结构化网格自动划分的基础上,利用有限元计算方法计算出了无限大地层、圆形有界地层以及线性组合边界地层的裂缝性压力敏感地层的井底压力的理论曲线,并对理论曲线特征进行了分析和对比．确定了压力敏感系数以及有效井径组合参数对理论曲线的影响,得到了确定压力敏感油气藏的地层参数的方法．通过某气田高温高压深层气井的实例分析,得到了较好的分析结果,同时也验证该文所建立的裂缝性压力敏感地层的不定常渗流模型的正确性．     

考虑储气库裂隙储层分形特点的天然气渗流规律分析

考虑储气库裂隙介质分形特点以及临界运移饱和度的影响,根据两相不稳定渗流理论和分形理论,将裂隙储层介质分形参数引入到相对渗透率的预测,建立了储层相对渗透率与裂隙尺寸、典型单元体尺寸、毛管压力之间的关系;并分析了高含水衰竭油气藏裂隙储层改建储气库后的渗流规律及井底压力变化规律。采用计算模型与三维渗流模型所得计算结果进行了对比分析,并研究了分形维数、典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、储层厚度、注气速率、排水速率对储气库井底压力的影响。计算结果表明:采用的计算模型考虑了裂隙储层的分形特点,具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算需求;气相相对渗透率随着分形维数的增大而增大,水相相对渗透率随着分形维数的增大而减小;储气库井底压力随着裂隙介质分形维数、储层厚度、排水速率的增大而减小;随着典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、注气速率的增大而增大。     

地层破裂压力三维计算与显示方法

精确的预测地层破裂压力不仅是钻井工程设计的基础,更是后期油气田经济高效开发的保障。提出一种地层破裂压力的三维计算与显示方法,在有限的勘探资料和已钻井资料前提下,确定使用更适应于工程实际的侧压力系数法计算单点的地层破裂压力,运用克里金插值方法将反演密度数据和反演层速度数据相结合,计算每一道的地层破裂压力,最终再次运用克里金插值技术得出三维破裂压力体,并且设计出了地层破裂压力显示软件,直观反映出三维地层破裂压力分布。以新疆玛湖凹陷的玛西勘探区域为例,根据编制的相应计算程序,得到了该区域的三维破裂压力空间分布特征,并进行三维显示。然后提取该区域上单井的破裂压力计算结果与实测值进行对比,此方法符合工程需求。     

水力射孔对地层破裂压力的影响研究

水力射孔辅助定向压裂可有效提高低渗透油田压裂效率，明显改善压裂效果。建立了包含地层-水泥环-套管的水力射孔井的三维力学模型，运用有限元数值模拟方法结合弹性力学理论和岩石的破裂机理，分析了水力射孔参数对地层破裂压力的影响。研究结果表明，沿着最大水平地应力方向进行交错布孔、选择射孔密度为4m^-1、增加射孔深度可以有效降低地层破裂压力。研究结果可为水力射孔辅助定向压裂工艺提供参数优选的依据。     

定量计算酸预处理降低破裂压力模型研究

酸化预处理是降低地层破裂压力行之有效的方法。对于特定地层,预处理酸液类型、酸液浓度、用酸强度及酸化后储层破裂压力降低程度往往依赖于经验,亟需理论指导。通过分析酸化引起的岩石力学性质变化,建立砂岩酸化损伤模型,在此基础上定量计算了酸化后破裂压力值。通过现场2口井酸化前后的破裂压力降低值与模拟计算结果对比认为：所建模型合理,可以用于指导现场酸化施工,降低施工风险。研究对于推动深层储层水力压裂理论的发展具有重要意义和参考价值。     

基于遗传算法优化BP神经网络的地层破裂压力预测方法

针对地层破裂压力现有预测方法适用性差、误差较大等问题,提出了遗传算法优化BP神经网络(GABP)预测地层破裂压力的方法。分析了地层破裂压力的影响因素;以地层深度、地层孔隙压力当量密度和岩石密度为输入变量,以地层破裂压力当量密度为输出变量,建立了GABP预测地层破裂压力模型,并利用塔里木盆地YB1井的数据进行神经网络学习和结果验证。GABP模型的预测结果误差约3.5%,精度远高于Eaton法。该方法不受地质构造条件影响,且具有精度高、计算速度快等特点。     

直槽沟埋式管道的垂直土压力计算模型

针对沟埋式管道中的钢塑转换结构件受到土壤载荷作用,容易发生断裂与变形而导致结构件失效,进而导致管道发生泄漏的问题,运用双剪切统一强度理论,推导并建立了适用于刚、柔性埋地管道的垂直土压力计算模型,通过算例对所建模型的有效性进行了分析与验证.研究结果表明:该模型考虑了主应力和回填土的影响,相较于马斯顿理论,该模型计算的压力降低了40%,为直槽沟埋式管道的垂直土压力计算提供一种新方法.     

裂隙岩基上水工结构的三维非线性有限元分析

在大型水利工程的岩基和混凝土材料中,总是存在着大量随机分布的微小裂隙,这些裂隙被称为Griffith 裂隙,在这些裂隙的尖端,由于应力集中将会导致岩石类材料发生脆性破坏.本文对岩石类材料提出了一种“组合模型”(包括“弹塑性模型”和“断裂模型”),并建立了非线性本构关系.根据这个模型,运用增量理论和“变 k_p 迭代法”采用了空间八结点等参数单元编制了三维非线性有限元分析程序 CCC5,并运用该程序计算了算例和工程实例,得到了合理的计算结果.     

考虑注水温度及储层堵塞的注水破裂压力计算

 长期注水造成的储层温度变化和堵塞都会影响注水破裂压力。基于多孔介质弹性力学理论, 得到了考虑储层温度变化及堵塞时的井壁处有效应力分布规律, 建立了相应的注水破裂压力计算模型, 并分析了储层温度变化及堵塞程度对注水破裂压力的影响规律。计算结果表明:注水破裂压力随注水温度的降低而降低, 且成线性变化关系, 弹性模量和线膨胀系数越大, 注水破裂压力的变化幅度越大;与储层内部的污染带相比, 滤饼厚度及其渗透率对破裂压力的影响更大, 随着滤饼厚度的增加及其渗透率的降低, 破裂压力将会升高;井壁存在滤饼时, 污染带范围的增加将降低破裂压力, 而其渗透率对破裂压力则影响很小, 当滤饼不存在时, 储层内部污染带不会影响注水破裂压力。     

钻井井喷关井期间井筒压力变化特征

针对目前钻井井喷关井期间井筒压力计算值与实际关井压力差别较大的问题,将关井期间井筒压力变化分为两部分:关井初期地层流体继续侵入井筒的续流部分和气液密度差导致气体滑脱上升部分,从渗流理论和试井理论出发,考虑关井期间井筒内气体和钻井液的压缩性以及井筒的弹性,建立关井期间井筒续流模型;从气液两相流理论出发,考虑关井气体滑脱上升期间气体的膨胀、气体和钻井液压缩性、井筒弹性以及钻井液滤失等因素,建立关井期间气体滑脱模型;然后考虑关井期间井筒续流和气体滑脱综合影响,建立关井期间井筒压力计算模型,并给出基于本模型的气侵关井井筒压力读取方法。结果表明:关井初期井底压力呈指数增加,井底压力大于地层压力之后井底压力呈线性增加;关井初期井筒续流起主导作用,井底压力大于地层压力之后气体滑脱效应起主导作用。