不同岩性地层水力压裂裂缝扩展规律的模拟实验

利用真三轴模拟压裂实验系统对玄武岩、巨砾岩、泥灰岩岩心进行了水力压裂裂缝起裂及裂缝扩展模拟实验，得到了压后裂缝几何形态和压裂过程中压力随时间的变化规律。研究结果表明，玄武岩中天然裂缝发育程度较低，抗拉强度较高，裂缝起裂会导致明显的压降，压后能够形成比较理想的双翼缝;巨砾岩中天然裂缝较为发育，裂缝起裂不会导致明显的压降，高排量压裂后形成的裂缝为多组复杂裂缝，裂缝扩展摩阻很大，裂缝延伸压力几乎与破裂压力相当;泥灰岩抗拉强度较低，部分发育有天然裂缝，破裂压力较低，裂缝起裂后延伸压力与最小水平地应力相当。     

页岩气储层岩石物理性质

在查阅国内外文献的基础上,介绍了页岩气储层评价标准,概括了页岩矿物组成研究方法及测井响应特征,详细分析了页岩气储层岩石物理性质,给出了页岩孔隙度计算公式,提出了页岩气赋存流动新模型及运动机理,并给出了页岩脆性计算方法,将页岩划分为脆性页岩和塑性页岩,为水力压裂设计提供依据.     

不同影响因素下致密灰岩声波特性研究

在研究岩石力学性质、获取地层参数的过程中,岩石的声波特性发挥着重要作用。为了研究致密灰岩的声波特性,从鄂尔多斯盆地3 500 m以下4段灰岩地层取不同孔隙度的岩样进行实验,研究了不同孔隙度、层理、围压、轴压对致密砂岩声波性质的影响。实验结果表明,3 500 m以下致密灰岩的孔隙度分布在5%~13%之间,并且随着孔隙度的增加,灰岩的弹性模量减小,纵横波速呈线性减小;致密灰岩在平行层理方向纵横波速大于垂直层理方向,因为垂直层理方向灰岩声阻抗大;在0~5 MPa内,随着围压增大致密砂岩纵横波速增大明显,围压继续增大,纵横波速变化不明显;轴压较小时,致密灰岩的纵横波速随着轴压的增大变化不明显,当轴压增大到一定程度时,不同围压下纵横波速基本一样,围压对其影响减小。     

渗透率各向异性疏松砂岩脱砂压裂产能流固耦合模拟

基于广义达西定律,建立渗透率各向异性疏松砂岩脱砂压裂人工裂缝-油藏系统流固耦合模型,对储层渗透率各向异性对储层流固耦合作用及压裂井生产动态的影响进行分析.结果表明:储层渗透率各向异性会显著影响储层有效应力及物性参数的变化及分布;近裂缝壁面处,人工裂缝及渗透率各向异性共同影响储层物性参数变化,远离裂缝处,渗透率各向异性对储层参数变化起主导作用;当储层渗透率主轴方位角由0°增大至90°时,压裂井日产油量先增加后减小,当方位角达到60°左右时日产油量最大;当渗透率主轴方位角为O°时,垂直缝长方向的油藏渗透率对压裂井产能影响较大.     

深部砂岩力学实验及储层开采出砂影响规律

为研究深部储层砂岩在高温、高压、高应力状态下的开采出砂规律及主控因素,以克深区块为研究对象,开展了相应的岩石力学实验和数值模拟分析。实验岩心取自该区块致密砂岩储层,通过实验获得了高温高压下岩石的弹性模量、内聚力和内摩擦角等参数及其变化规律。结合实验结果和该地区地质特征,建立了深部砂岩储层直井开采热流固耦合模型,并利用有限元软件进行求解;通过分析储层Mises应力、等效塑性应变等参数变化特征,结合出砂判别标准,得到了不同开采条件下的出砂影响规律。采用正交试验设计方法进行了出砂敏感性因素分析,获得了其出砂的主控因素。研究结果表明：水平地应力的非均匀程度对储层开采出砂的影响最大,岩石胶结强度和生产压差的影响次之,地层温度变化影响相对较小。     

石油钻探取心工程风险的量化分析

 取心工程存在很大的风险性和不确定性,做好风险分析和预测可以有效规避风险。结合取心工程特性对影响取心工程的风险因素和风险事件进行有效地识别、分析,建立了风险评估指标体系和风险评估的数学模型。利用蒙特卡洛模拟与层次分析法(AHP)相结合的方法对取心风险进行分析计算,综合考虑了多种不确定性风险因素进行组合抽样,列出了蒙特卡洛模拟的计算流程,得到具有可靠度的量化的风险概率分布。同时,根据模拟结果可以得到各指标的不同风险指数,量化了每个风险因素对工程风险的贡献,对计算结果进行了概率统计分析,找出敏感性较大的风险因素或事件。该风险分析方法对各个不确定性参数进行了全面抽样,涵盖了风险发生的各种可能性组合,输入参数的不确定性得以传递并在计算结果中得到反映,避免了信息的丢失,提高了计算结果的准确度。同时,针对不同组合的风险值计算出了其出现概率的大小,更有利于之后的风险管理,提高取心作业的成功率和岩心收获率。通过实例分析,该方法具有较好的评价效果,预测结果合理可靠,预测取心工程风险是可行的、合理的。     

水力压裂拟三维模型数值求解新方法

水力压裂裂缝垂向不对称延伸的拟三维模型比较复杂,需要多重迭代,循环耦合,仅依靠增加迭代运算的层数,不仅运算量过大,过程迭代甚至可能出现发散。对此,将控制缝高的方程组变换为超越方程,引入Steffensen加速收敛求解缝高,大大提高了收敛速度,避免了常规算法中缝高求解的反复试算。此外,裂缝内压力在靠近尖端时急剧下降,整体加密缝长方向上的计算步长程序复杂度大大提高。采用变步长的龙格库塔方法求解压降控制方程,使得计算步长随着压裂液流动的摩阻大小自动调整,不仅降低了程序复杂度,而且步长疏密度还可以直观展示压裂液流动的沿程摩阻变化趋势。运算结果证明,新的计算思路降低了压裂裂缝拟三维模型数值求解的复杂度,有一定的理论研究价值。     

利用岩屑波速随钻检测地层可钻性及优选钻头类型

研制了随钻测量钻井岩屑声波速度的便携式钻屑波速测试系统,并对岩屑波速进行了测试,建立了岩屑波速与可钻性级值的关系模型。利用该模型,可随钻标定地层的可钻性级值。对数百只钻头的使用资料进行了统计分析,建立了钻头类型与地层可钻性级值的对应关系。根据地层可钻性的随钻标定结果及变化趋势,利用钻头类型与地层可钻性级值的对应关系,即可优选出适合于待钻井段的钻头类型。在DW 1井上进行了钻头优选现场试验,证明该方法是有效的。     

多因素影响的脱砂压裂产能流固耦合模拟

综合考虑流固耦合作用、动态造缝效应、变裂缝导流能力等因素,建立了新的疏松砂岩油藏脱砂压裂产能模型,进行了多因素影响的脱砂压裂产能优化。研究表明:在流固耦合作用下,近井眼及近裂缝壁面储层物性参数变化显著,远离井眼及人工裂缝后,储层物性参数变化幅度明显减小;动态造缝效应主要对近井眼中心10 m以内储层参数产生显著影响;定导流能力与变导流能力影响下的储层参数差异主要体现在裂缝周边;在多因素综合影响下,脱砂压裂增产倍数明显低于常规渗流模型计算结果,且缝长越短,各因素综合影响越显著。     

考虑裂隙发育的碳酸盐岩地层孔隙压力预测新模型

利用深、浅侧向电阻率差值定量计算裂缝孔隙度,以有效应力原理为理论基础,结合碳酸盐岩声波试验,研究多因素协同作用机制下的地层波速的总体响应特征,分析孔隙度一定条件下声波波速与有效应力之间的关系,利用回归分析法建立一套适合碳酸盐岩地层的压力预测新模型。结果表明:利用深、浅电阻率差值可以判断地层裂缝的产状,并定量计算裂缝孔隙度和裂缝张开度;在孔隙度一定的条件下,纵、横波速随有效应力的增大而增大;在有效应力一定的条件下,纵、横波速随孔隙度的增大而减小;建立的模型比传统方法具有更好的可靠性和预测精度。