压裂中顶底板对缝高控制作用的数值模拟研究

裂缝在缝高方向的延伸会导致裂缝有效长度的降低,影响压裂效果;也可能直接穿过水层,造成压裂施工的失败。因此,基于FEPG有限元平台,利用网格开裂技术,开展了煤层气井压裂数值模拟研究,对垂向裂缝起裂、扩展及穿层的全过程进行分析。数值模拟结果表明:煤层气井压裂过程中,控制裂缝是否向隔层扩展主要取决于作业的净压力与隔层水平地应力差之间的关系;与储集层岩石力学性质相比,储集层的地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围的主要因素;T型缝、工型缝等复杂缝是由储集层的岩石力学性质和地应力共同作用的结果。这对于提高现场煤层气井水力压裂的效果具有重要的指导意义。     

低粘压裂液的滤失与裂缝长度

一、前言 在压裂过程中,压裂液在地层中的滤失量直接影响到裂缝长度的计算。裂缝长度是控制压裂效果的基本因素之一。因此研究压裂液在地层中的滤失类型、数量,对于压裂设计、效果预测是很重要的。R.D卡特认为压裂液进入地层后,一部分留在缝内,成为延伸裂缝的有效液体,而大量的压裂液则经由壁面垂直地滤失于地层中,成为无效液体。卡特在缝宽为常数的情况下,利用下列物质平衡等式导出这种关系,     

三维压裂压力递减分析方法

在前人提出的拟三维压力递减分析模型基础上,建立了解释压裂后压力递减的三维模型,模型考虑了压裂液的续流影响。利用所建模型分析的压裂停泵后的压力递减数据,可计算裂缝几何参数(裂缝宽度、高度、长度)、压裂液滤失系数、地层应力强度因子、压裂液效率和裂缝延伸时间等,为调整大型压裂设计方案和新区整体压裂优化设计提供可靠的参数。研制了一套windows环境下的解释软件,运用该软件可获得有关评价参数。用计算实例说明了三维压裂压力递减分析方法的适用性和可靠性。     

基于数字滤波的压裂停泵数据反演方法

水力压裂是目前开采致密油气的主要方式,压裂施工期间测量的地面压力及流量数据包含地层压力、渗透率和裂缝半长等重要信息,这些参数是判断压裂施工成功率及压后开采制度制定的重要依据.提出了基于数字滤波压裂停泵数据反演方法,首先采用井筒垂直管流方程将变密度和流量的地面压力折算到井底压力,其次采用FIR滤波处理停泵后压降数据,消除停泵水锤等噪声干扰,获得反映地层渗流的压降数据,最后采用垂直裂缝井试井分析方法解释滤波后的压降数据,获得地层渗透率、原始地层压力及裂缝半长等重要参数,实现了对裂缝及地层参数的实时分析及评价.通过与关井压力恢复分析结果比较,证明了所提方法的可靠性.     

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。     

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.     

超低渗油藏分段多簇压裂水平井裂缝参数优化

为了得到分段多簇压裂水平井最合理的布缝方式,利用数值模拟方法及微地震监测结果,在水平井分段多簇压裂裂缝参数单因素分析的基础上,对不同布缝方式进行了优化研究,并通过油田生产实际进行了验证。结果表明:水平井分段多簇压裂裂缝应不等长度、不等间距分布,优选的纺锤型布缝方式由于具有中缝长、边缝短的优点,避免了边部裂缝过早见水引起的产量下降,不仅可以提高水平井单井产量,还能延缓见水时间,有利于油田稳产增产。     

全三维水力压裂过程中裂缝及近缝地层的温度计算模型

根据全三维水力压裂模型 ,建立了水力压裂施工过程中裂缝、盖层、底层以及裂缝附近地层中三维温度分布的数学模型。在该模型中 ,考虑了裂缝内的液体沿缝长和缝高方向作二维流动及裂缝向上、向下延伸到盖层和底层中的情况。计算实例表明 ,液体沿裂缝长度和高度方向同时流动时 ,在其长度和高度方向上都存在温度梯度。并且在沿裂缝高度方向上 ,由于滤失带对地层传热的影响 ,使得油层范围内的温度变化较小 ;而在油层范围以外 ,温度变化则较大     

低渗透油田水力压裂垂直缝增产效果数值模拟评价

用三维三相全组份油藏数值模拟器对低渗透油田有水力压裂垂直缝井的自然能量衰竭式开采过程进行了预测 ,并与不压裂的自然能量衰竭式开采过程进行了比较 .结果表明 ,考察水力压裂垂直缝增产效果应从两个方面进行 ,即 :1 .瞬时地考察井的产量 ;2 .动态地考察生产过程 .水力压裂垂直缝在前期提高了井的产量 ,随着时间的进行 ,其效果逐渐减弱 ,最后消失 .这不仅仅是传统上认为的裂缝闭合造成的结果 ,而是因裂缝改变了渗流场造成的 ;水力压裂垂直缝提高了开采速度 ,但对采收率的影响微乎其微 ,利用物质平衡方法对其进行了分析 .水力压裂是改善低渗透油田生产效果的一种有效方法     

水压裂缝缝内流场的理论研究

水力压裂过程就是地层在受到压裂液作用后裂缝向前延伸扩展的过程。水力压裂过程中,缝内流体的流动特征对裂缝的延伸和形态具有很大的影响。要确定水力压裂过程中的缝宽变化,首先应根据流体力学理论,找出缝内流体压力的分布规律,得出它与裂缝宽度的关系,再根据岩石力学和断裂力学理论,寻求二者在裂缝宽度或压力方向的流固耦合,从而最终确定出裂缝的几何形态。通过缝内流场的理论研究,推导出了一个新的描述缝内流场的理论模型,为求解全三维裂缝几何形态打下了理论基础。     

利用双侧向测井方法判别裂缝的有效性

在裂缝性油气藏研究中 ,裂缝是否有效一直是测井解释的一个难点。双侧向测井是在实验的基础上 ,归纳出高、低角度裂缝在双侧向测井曲线上的响应特征 ,进而利用其曲线的重叠特征 ,找出表征裂缝有效性的两个重要参数张开度和延伸长度 (侵入深度 )与双侧向测井曲线正、负差异的关系 ,从而达到判别裂缝有效性的目的。研究结果表明 ,利用双侧向测井曲线的重叠来判别裂缝有效性的方法切实可行 ,并且具有快速、可靠的特点     

基于光滑有限元的含裂纹复合材料的虚拟裂纹闭合法

为提高求解断裂参数的精度和效率,将光滑有限元法与虚拟裂纹闭合法相结合,提出光滑有限元-虚拟裂纹闭合法.对含不同长度和角度的倾斜裂纹复合材料圆板的断裂参数进行了求解,并与有限元-虚拟裂纹闭合法计算结果进行了对比.数值算例结果验证了该方法具有高精度,裂纹尖端处单元不需特殊处理,对网格尺寸要求低等优点,是分析断裂问题简洁高效的数值计算方法.     

孔洞三维裂纹应力强度因子分析

针对裂缝性低渗透油田孔洞三维裂纹在Ⅰ型加载下应力强度因子求解方法的多样性,研究了以权函数理论为基础的三维裂纹应力强度因子的求解方法。通过对由权函数法推导的应力强度因子曲线与Newman曲线进行比对,结果吻合较好,说明用权函数理论计算三维裂纹应力强度因子具有较高精度,且计算简便。综合运用应力三维度断裂准则、线弹性断裂力学和流体力学理论,分析了孔洞三维裂纹的起裂和三维扩展问题。通过算例分析了缝长、缝高、缝宽随施工时间变化的延伸规律。结果表明,该方法和计算模型是有效的、可行的。     

油气层爆燃压裂裂缝动态延伸模型

基于油气层爆燃压裂造缝加载模型,建立地层破裂和止裂压力、爆燃气体渗滤、裂缝延伸长度和宽度以及爆燃气体的质量守恒与能量守恒计算模型,并耦合求解,分析爆燃压裂过程中井筒压力、裂缝几何形态变化。结果表明:火药爆燃后,井筒中的压力、温度迅速上升,达到地层破裂压力时起裂,裂缝开始延伸;在火药爆燃、气体渗滤作用下,爆燃气体的压力先增加后减小,最后降至地层初始压力;在爆燃加载条件相同的情况下,随裂缝条数的增加峰值压力和裂缝长度均减小;裂缝延伸过程中裂缝宽度先增大后减小,裂缝条数越少,裂缝宽度最大值和最终值越大。     

考虑天然气高压物性变化的气藏平均压力计算方法

地层平均压力是气藏分析的重要参数,虽然目前计算方法较多,但大多需要通过关井来实现。针对定容气驱气藏,在考虑天然气高压物性随压力变化的基础上,结合物质平衡原理及气藏渗流机理,建立了地层压力与生产数据的关系等式,提出了在不关井的前提下,利用生产数据计算地层平均压力的方法。同时依据该方法,给出了地层平均压力的计算图版,进一步提高了该方法的实用性。通过验证,利用该方法确定的地层平均压力误差在2%以内,具有较高的精度。     

缝洞型油藏裂缝宽度变化预测模型及其应用

在缝洞型油藏中裂缝作为储集空间及渗流通道,其闭合与否对油田生产有着重要影响。以塔河缝洞型油藏为背景,对裂缝是否闭合进行预测,建立考虑内压变化的有限元力学模型,获得不同形态裂缝闭合过程及闭合规律。通过正交试验设计研究多因素对裂缝闭合的影响,并借助多元回归分析方法建立裂缝宽度随裂缝倾角、裂缝长度、侧压力系数变化的预测模型。结果表明:裂缝的长度越长、所处地层侧压力系数越大,裂缝越容易闭合;倾角对裂缝闭合的影响与所处地应力场有关,在构造应力小于垂直应力的地层中,倾角越小的裂缝越容易闭合;侧压力系数对裂缝闭合影响最大,裂缝长度次之,裂缝倾角影响最小。     

等效裂缝渗流模型在天然裂缝储层产能预测中的应用

 为了研究天然裂缝发育的低渗透油藏产能特征,根据连续介质理论,简化了裂缝系统,建立了天然裂缝的等效渗流模型,得到了等效渗流模型稳态渗流的产能方程。应用产能方程进行实例计算,所得单井产能结果与实际油田单井产能相符合,验证了该产能方程的正确性及适用性。分析了裂缝宽度、裂缝长度和裂缝渗透率对产能的影响,结果表明,裂缝长度对产能的影响更大;当裂缝渗透率和裂缝宽度达到一定值之后,要提高产量应主要增加裂缝的长度。     

煤岩裂缝渗流能力实验评价及近井地层等效渗透率分析

煤岩裂缝的渗流能力是影响煤层气产能的重要因素.采用API导流仪及岩心驱替装置,模拟煤层气排采过程中煤层有效应力的连续变化,评价裂缝闭合压力逐渐升高、地层压力连续下降以及频繁开关井(间歇性排采)等工况条件下煤岩压裂裂缝的动态导流能力和含天然裂缝煤心的渗透率变化.实验结果表明,提高裂缝闭合压力、降低孔隙流体压力以及频繁开关井等都会降低煤岩裂缝的渗流能力,尤其对压裂裂缝的导流能力影响更为显著.基于此,利用实验数据分别回归了煤岩压裂裂缝导流能力和含天然裂缝煤岩渗透率与有效应力的经验关系式,建立近井煤层等效渗透率计算模型.利用该模型可以根据现场测算的等效渗透率,初步判断煤层压裂裂缝的有效导流能力或缝长,可以为煤层气压裂效果评价、分析排采过程中煤岩裂缝参数的动态变化提供一种新方法.     

异形钢塔合龙精确配切量计算方法及应用

提出了考虑已成合龙口架设偏差的空间扭曲型合龙段精确配切量计算方法。以合龙口特征点至合龙段端口棱线距离构造目标函数,以合龙段满足架设偏差为约束条件,基于内点罚函数法驱动优化模型,精确计算合龙段各棱线配切量。通过连续72 h温度场与变形的关联分析,确定合龙时机;基于环境温度与温度场关联分析及天气预报,考虑温度影响,对配切量进行修正。最后,通过合龙口及合龙段多特征点坐标采集,计算合龙段配切量,实现了钢塔零附加应力精确自然合龙。