压裂泵高压排出管汇的振动特性分析及测试

为了防止压裂泵高压排出管汇在工作状态下出现剧烈振动,对其进行了有限元仿真。计算发现,高压管汇的固有频率接近压裂泵的工作频率,存在共振的危险。因此根据仿真计算得到的振型改进其约束方式,经有限元仿真分析得到改进后的结果,分析表明改进约束方式后的高压管汇,其固有频率远大于压裂泵的工作频率,有效地避开了压裂泵工作频率范围。最后通过对高压管汇的试验模态分析验证了有限元仿真计算结果,为高压管汇的防振及应用提供了依据。     

压裂液返排速度对支撑剂回流量影响实验研究

压裂液返排速度是影响油气井压后效果的重要因素。为研究压裂液返排速度对支撑剂回流量的影响,运用自主研发的裂缝模拟实验装置,进行不同压裂液返排速度下支撑剂回流量的实验测试。实验过程中针对每一个压裂液返排速度,测试不同返排阶段支撑剂的回流量。实验结果表明,压裂液返排速度以43.2 m~3/d为界限,返排速度低于43.2 m~3/d时支撑剂回流量随压裂液返排速度增加较慢;而当返排速度高于43.2 m~3/d后,支撑剂回流量增加明显加快。支撑剂回流主要集中在压裂液返排初期,前33.33%的返排液量携带出了75%以上的回流支撑剂;因此在压裂液返排初期应选用相对较小的返排速度以达到控制支撑剂回流的目的,返排后期在不造成出砂的前提下,适当增大返排速度以实现压裂液尽快返排,减少地层伤害。     

三维弯曲水压裂缝力学模型及计算方法

大多数水力压裂裂缝是弯曲的，但以往的水力压裂模型都不能同时模拟裂缝的弯曲和止裂，文中建立了一种新的三维水力压裂模型，它可以计算模拟裂缝的弯曲和止裂。同时建立了与三维水力压裂模型相对应的计算方法，在给定压力分布条件下，利用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式的性质简化积分方程的求解，并计算裂缝宽度。     

中国煤层气资源潜力及增产措施

中国煤层气资源潜力巨大,以华北和西北聚煤大区为主要煤层气富集区。通过总结国内外煤层气开发经验,指出了目前用于提高煤层气的主要增产技术,即丛式井与定向羽状水平井、水力压裂改造技术和注气驱替技术,这也是目前国内外煤层气开发单位集中力量重点研究的增产技术;最后对我国煤层气的勘探开发前景进行了展望。     

一种有效开发致密碳酸盐岩气藏的新工艺——体积酸压

如何对致密裂缝性碳酸盐岩气藏进行有效开发,并使其稳产、高产一直是业界难题。针对这一难题,通过借鉴国外致密油气成功开发的一些研究成果,国内率先提出了针对致密裂缝性碳酸盐岩气藏的体积酸压工艺,经现场应用取得了良好效果。简要阐述了体积酸压的缝网形成机理,通过对比分析,初步明确了鄂尔多斯盆地致密气藏实施体积酸压的可能性;通过岩石脆性评价、裂缝发育及水平主应力差测试、原地应力方位与天然裂缝方位测定、裂缝潜在力学活动性预测、酸岩反应及酸液滤失实验,综合分析了目标气藏实施体积酸压的可行性;并结合现场应用简要阐述了实施体积酸压的原则和思路。最后,针对目前体积酸压实践给出了相关施工建议。该研究成果将推动致密油气藏体积酸压设计理论的发展,加快体积酸压工艺和材料研发速度,提升碳酸盐岩致密油气藏体积酸压优化设计水平,为今后致密油气藏的有效开发提供理论与技术储备。     

垂直裂缝内液体二氧化碳携砂规律研究

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明：液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。     

致密油压后渗吸分子动力学模拟

在渗吸采油过程里,致密油储层微纳米孔隙中流体的吸附散和运移行为难以通过常规实验手段来描述。采用分子动力学模拟研究在不同温度、不同时间下渗吸过程中原油从孔道置换的现象和致密油自身的赋存状态,并分析分子间的作用机制。模拟结果表明,原油的自身扩散能力和压裂液剥离能力是导致原油被置换出孔道的两种现象“析出”和“剥离”的原因。烷烃自扩散能力导致“析出”少量的游离态原油会在升温的影响下产生微弱增加,而由于压裂液对原油的配位数接近于1说明油水两相混相,大量的原油成油带状被“剥离”出孔道,剩下孔道内吸附态的原油随着温度的提升逐渐减少,并且从范德华力的角度解释原油对岩石表面的吸附是从远离压裂液一端率先发生。此外也揭示了压裂液中内部组分和岩石表面的羟基结合生成氢键和隔绝分子层使原油剥离的机理。此研究结果全面深刻的从分子尺度探究了压裂液/致密烷/纳米级孔道体系下渗吸驱油机理,对致密油开发具有指导意义。     

疏水支撑剂两相导流能力实验研究

室内支撑剂导流能力测试能定性认识支撑剂导流能力,对现场压裂支撑剂优选具有重要的指导意义。目前,支撑剂导流能力评价多依据单相(水相或油相)导流能力测试结果,评价结果对现场指导性有着一定的局限。运用FCES-1裂缝导流仪对三种疏水支撑剂的水相、油相及两相导流能力进行了实验研究。首先通过对比疏水支撑剂与普通陶粒的单相导流实验结果,对各疏水支撑剂的疏水性能进行分析评价。随后,配置具有现场类比性的模拟乳化液对不同铺砂浓度条件(5 kg/m2、10kg/m2)的疏水支撑剂两相导流能力进行测试分析。实验结果表明,随着闭合压力的增加,各支撑剂导流能力均逐步降低;随铺砂浓度的增加而略有增加。同时,疏水支撑剂的油相导流能力大于水相导流能力,并且由于乳化液的堵塞作用,单相导流能力均大于两相导流能力。     

应力高阶项对相贯内腔裂尖应力场的影响*

压裂泵头体作为压裂技术的硬件支撑,相贯线处的开裂失效严重制约了其工作寿命。采用理论分析和数值分析的方法,对泵头体相贯线的裂尖应力场进行了研究。结果表明,裂尖应力分量σ11和σ33的高阶t11、t33项对相贯线处裂尖应力场的影响显著;张开应力σ22的高阶项对裂尖应力场影响不显著,相比于单参数模型,K-t11-t33模型可以更好描述相贯线处的裂尖应力场。离面应力σ33的高阶项t33与t11和离面应变ε33有关,但主要由ε33决定。通过研究裂纹前缘不同位置的应变ε33,结果表明,越靠近两个内腔表面,其应变量越大;越远离两个内腔表面,应变量ε33越小,裂尖应力状越接近平面应变状态。通过研究相贯内腔的裂尖应力场,建立其裂尖应力场的理论模型,可以为相贯内腔结构的临界断裂条件和寿命预估奠定基础。     

砂泥交互储层定向井压裂裂缝穿层扩展真三轴实验研究

对于低渗透砂泥互层储层,为沟通更多砂岩层并增加泄油面积,通常采用斜井结合水力压裂技术进行开发。与直井和水平井相比,斜井中水力裂缝的起裂、转向形态复杂,而近井区域的裂缝复杂程度决定了压裂效果。针对储层中砂泥互层的情况,利用物理模拟实验,研究了砂泥互层中不同钻完井参数及地应力条件下水力裂缝起裂、转向和垂向扩展形态。研究结果表明:方位角和水平应力差对裂缝扩展能力有很大影响,当方位角较大,水平应力差较小时,近井区域裂缝扭曲程度大,数量多,不利于裂缝垂向扩展和施工后期加砂;泥岩层会阻碍裂缝垂向扩展,砂岩层与泥岩层之间应力差越高,阻碍作用越大,裂缝越不容易从砂岩层进入泥岩层。根据实验所得结论,提出了组合及分层压裂的判断依据。