预制裂缝角度对页岩水力压裂效果影响分析

水力压裂是页岩气储层增透开采核心技术,预制裂缝是提高水力压裂效果的主要手段.为了分析不同预制裂缝角度对水力压裂效果影响规律,建立页岩气水平井预制裂缝二维力学模型,考虑水力压裂压强、气藏埋深及侧压比因素,提出了最佳预制裂缝角度区间概念.以水力压裂有效影响面积为指标,确定了最佳预制裂缝角度区间.结果表明:水力压裂压强、侧压比、不同气藏深度下水力压裂有效影响面积均随预制裂缝角度而变化,且变化规律具有一致性.最佳预制裂缝角度区间为55°~65°,水力压裂效果最好;预制裂缝角度为90°时,水力压裂效果次之;预制裂缝角度40°、70°时,对压裂效果影响面积最小,水力压裂效果最差.随水力压裂压强增大,有效压裂影响面积增大,但压裂影响的增加幅度逐渐减小.     

低渗透煤层合增透技术应用

为增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯利用率和抽采效率,提出低渗透煤层复合增透的方法.利用RFPA2D-Flow和FLAC3D软件分别对水力压裂裂缝的起裂、延伸与扩展规律和CO_2增透钻孔内提前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂增透效果的影响情况进行模拟.进行井下复合增透效果工业试验,运用瓦斯压力降低法分析预裂后煤层瓦斯抽采半径.结果表明:模拟注水压裂27 PMa时,割缝半径约2 m,随着煤壁预裂缝长度增加,CO_2爆破致裂影响半径呈线性递增的趋势.现场复合增透后煤层抽采率显著提高,有效半径由原来单一水力压裂的2 m增加到7 m左右.     

缝槽形态对水力压裂效果的影响

为研究资源开采中缝槽形态对水力压裂起裂及裂缝扩展规律的影响,解决因地质资源埋藏深、地下储层结构和应力水平复杂、水力压裂开采过程中所造成的钻孔压裂起裂压力大、起裂方位无序、压裂效果差异较大等问题,建立圆孔和椭圆缝槽的二维水力压裂钻孔模型,利用RFPA-Flow^2D数值模拟软件,理论分析并结合数值模拟,对圆孔和椭圆2个缝槽形态的起裂机理和裂缝的扩展规律进行研究。结果表明：压裂裂缝的扩展延伸方向与施加的应力组合中的最大主应力方向平行,且当施加的应力组合差值不断减小时,裂缝的起裂压力随之逐渐增大;最大主应力平行于椭圆缝槽长轴时相较垂直于椭圆长轴时,裂缝更容易起裂;当应力差减小至零时,对比椭圆缝槽,圆孔缝槽的裂纹扩展出现了随机分叉的现象;在应力组合相同的条件下,椭圆缝槽相比圆孔缝槽的起裂压力更小,椭圆缝槽更容易起裂。     

致密油藏水平井体积压裂裂缝扩展及产能模拟

阐述了地质因素和工程因素对体积压裂裂缝形态的影响;利用数值模拟方法,模拟了不同储层条件下水平井体积压裂裂缝扩展情况,分析了不同裂缝参数下水平井产能变化规律。结果表明:1对于高水平主应力差且天然裂缝欠发育储层,增加射孔簇数有利于提高裂缝复杂性;对于低水平主应力差且天然裂缝较发育储层,适当减少射孔簇数有利于增强体积压裂效果。2水平井体积压裂后产能比常规压裂有大幅增加,改造体积越大、导流能力越高,则产能越大;当地层渗透率从0.1×10-3μm2降低至0.001×10-3μm2时,次裂缝对产能的贡献程度从近1/6增加至近1/3。3当储层渗透率大于0.01×10-3μm2时,较大的簇间距(30 m)能减弱缝间压力干扰,保持较高产能;当储层渗透率小于0.01×10-3μm2时,压力传播速度慢,压力干扰相对较弱,较小的簇间距(15 m)有利于获得较高产能。     

水平多裂缝交错扩展及其诱导应力干扰研究

QA油田X储层埋深较浅,高角度天然裂缝发育,水力压裂后形成的水力裂缝形态较为复杂,压后效果时好时坏,给压裂设计及施工带来诸多困难,急需弄清该储层水力裂缝的形态,以确定合理的压裂施工方案。首先,采用三轴岩石力学测试系统对X储层岩石力学特征进行测试,观察天然裂缝形态。其次,建立砂泥岩相间的二维平面渗流-应力-损伤耦合有限元模型,采用二次应力起裂准则作为水力裂缝是否起裂的判断依据,以幂律流来表征流体在Cohesive单元内的流动。模拟了X储层水力压裂多裂缝交错延伸的裂缝形态,探究了水力裂缝几何形态及压裂液排量、地应力、压裂液黏度对缝间应力干扰的影响,揭示了复杂多裂缝交错扩展的干扰机理,发现该储层具有形成复杂裂缝的力学和工程地质条件,为该区域的压裂改造提供理论指导。     

深部煤层上向穿层水力压裂强化增透技术研究

水力压裂技术是提高煤层透气性的有效方法之一。综合利用数值模拟、现场工程试验的方法,系统研究了深部低透气煤层底抽巷上向穿层水力压裂强化增透技术及增透效果。研究发现,通过水力压裂,在距离水力压裂孔20～25m范围内的煤体内形成了大量的压裂隙,透气性大幅提高,有效的提高了煤层的透气性;施水力压裂增透技术后,在一个多月的时间里,考察单元内瓦斯抽采纯量均提高2倍以上,与未压裂区相比,预抽达标时间缩短34%,实现了大范围、长时效增透。研究成果为相似煤层赋存条件矿井提供了借鉴。     

穿层钻孔水力压裂试验研究

煤储层透气性低是制约煤矿瓦斯抽采的关键因素,为提高煤储层透气性,增加瓦斯抽采效果,依靠水力压裂技术,采用穿层钻孔对煤层进行激励,形成裂缝,达到增透的目的。同时,采用理论分析和现场试验的方法,对穿层钻孔水力压裂技术进行研究。压裂后压裂孔透气性系数增加了6~12倍,抽放纯量提高了24~30倍。水力压裂技术大幅地提高了煤层的透气性和钻孔瓦斯抽放量,是一种有效的煤储层增透工艺。     

穿层钻孔水力压裂增透技术试验研究

张集煤矿13-1煤为深埋高地应力松软低透煤层,瓦斯预抽时间长且残余瓦斯含量超标,为提高煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,采用理论分析、现场试验的方法对低透气性煤层水力压裂增透理论及技术进行了研究。研究结果表明:试验区域经水力压裂后,煤体瓦斯压力由原始煤体瓦斯压力1.05MPa降低至0.5MPa,煤层透气性系数提高了6.17倍,水力压裂影响半径沿倾向35m、沿走向50m,且目标区域煤层瓦斯预抽达标时间相比未压裂时缩短了35.8%,穿层钻孔水力压裂起到很好的增透增流效应。     

泥夹层对巨厚砂泥互层储层一体化压裂的影响

针对我国西部油田储层厚(200~300 m)、泥夹层多且厚度不均(0.5~5 m),分层压裂时小井眼多层封隔器下入困难及后期修井难度大等问题,采用纵向一体化穿层压裂;但由于泥夹层多、穿层难、水力裂缝如何最大程度串通储层在理论和技术上成为一大难点。基于流固耦合及岩石弹塑性断裂力学理论,建立巨厚多层一体化穿层压裂三维有限元数值模型,对泥夹层层厚、层数及射孔位置对水力裂缝垂向扩展形态的影响进行分析。结果表明,在储层厚度及注入排量一定的条件下,泥夹层较多时(≥4层),裂缝能有效穿透的泥夹层层厚3 m;泥夹层较少时(≤2层),能有效穿透的泥夹层层厚5 m。各泥夹层处的扩展缝宽随着夹层层厚的增加而减小。高含泥井段砂地比75%时,对裂缝垂向扩展的阻碍作用较大,作业时应避免在高含泥岩层内射孔,应加强在砂岩层上射孔,提升一体化压裂效果。结果显示,模型分析与微地震现场监测结果相符。     

煤矿井下水力压冲增透强化抽采技术试验研究

新河煤矿为煤与瓦斯严重突出的基建矿井,煤层透气性低、瓦斯含量高。采用顶板抽放巷下向穿层钻孔进行预抽煤层瓦斯,抽采效率低,条带消突周期长。为提高新河煤矿抽采效果,先后尝试了水力压裂、水力冲孔增透措施,抽采效率有所改善,但持续时间短。在现场实践的基础上,提出了水力压冲一体化技术,以"水力压裂单元增透,水力冲孔出煤卸压"为技术思路,探讨了其技术流程、卸压增透及多级裂缝的形成机理,通过现场水力压冲增透抽采试验,结果表明,水力压裂后进行水力冲孔,瓦斯涌出严重,平均单孔涌出瓦斯1 485 m3,是未进行水力压裂的4.9倍,试验后最大日抽采纯量1 731 m3/d,平均623 m3/d,是试验前的2.9倍。     

西山矿区煤层顺层孔CO_2爆破增透试验研究

为提高西山矿区煤层透气性,缩短瓦斯抽采达标时间,分析了煤层顺层孔CO_2预裂增透技术可行性,模拟了CO_2预裂增透半径。研究结果表明:CO_2爆生气体计算压力大于围岩作用下煤体强度,CO_2爆破煤层增透具备技术可行性;数值模拟显示,经过CO_2预裂爆破后,预裂效果最好的是屯兰矿2#煤,煤层裂隙半径4.20m,其次是屯兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.90m,再次是马兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.45m,最后是东曲矿8#煤,煤层裂隙半径3.30m;现场试验表明,东曲矿8#煤爆破孔间距按6.5m布置,压裂区平均单孔抽采纯流量是未压裂区的3.2倍。     

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.     

致密储层压裂真三轴物理模拟实验及裂缝延伸规律

通过真三轴物理模拟实验,研究不同逼近角、地应力状态下的含天然裂缝致密储层水力压裂缝延伸规律。以混凝土浇铸的大尺寸试样模拟致密储层;采用声发射仪实时监测试样破裂所发出的声波信号,并反演试样中水力压裂缝延伸形态;基于实验结果推导出涉及参数少和实用性高的水力压裂缝与人工裂缝相交判断准则。自然界的致密储层中广泛分布形态各异的天然裂缝,通过模拟含有天然裂缝的致密储层的水力压裂缝延伸规律更符合油气藏开发实际;有利于优选水力压裂作业参数。实验结果为致密储层水力压裂开采提供了一定的理论支持。     

缝洞型碳酸盐岩近井筒裂缝转向模拟研究

缝洞型碳酸盐岩油气储层在非主应力方向上存在许多储集体,水力压裂开采技术产生的压裂缝传统的扩展模式为对称双翼扩展线性裂缝,此方式很难沟通大量存在于非最大主应力方向上的储集体。定向射孔并控制水力裂缝扩展路径是解决此问题的关键。本文通过定向射孔压裂起裂模型判断水力裂缝起裂,最大周向应力准则作为判断裂缝转向扩展的依据,结合顺北某油气田实测参数,利用Abaqus扩展有限元法对射孔方位角、水平地应力差、射孔深度、压裂液排量等影响水力裂缝近井筒转向扩展的因素进行数值模拟。结果表明：射孔方位角、水平地应力差是水力裂缝转向扩展的主要控制因素;射孔深度的影响受水平地应力差的控制;压裂液排量的大小对于水力裂缝转向扩展几乎没有影响。     

体积压裂致密油藏注水吞吐产能影响因素

致密油藏储层致密,地层压力系数一般较低,开发非常困难,而注水吞吐对补充油层压力和实现稳产具有明显优势.针对体积压裂致密油藏,采用嵌入式离散裂缝模型描述复杂体积压裂缝网,建立考虑应力敏感和启动压力梯度的致密油藏油水两相渗流模型,并采用有限体积法建立相应的数值求解方法.通过数值模拟方法模拟了12个吞吐轮次下单个压裂段致密油藏的开采过程,分析了基质和裂缝性质对致密油藏注水吞吐开发产能的影响.研究结果表明:当基质渗透率、微裂缝渗透率和微裂缝密度升高时,基质中含水饱和度波及范围变大,累积采油量显著升高;水力裂缝渗透率升高对基质含水饱和度分布影响不大,但累积采油量明显上升,而当水力裂缝上升到一定程度时,累积采油量上升幅度变小.可见基质和裂缝性质对致密油藏注水吞吐开发效果均有显著的影响.     

不同坚固性系数f值煤渗透率分布特征及其井下水力压裂适用性分析

针对煤层水力压裂存在的盲目性和效果不确定性等焦点问题,首先以潞安矿区夏店煤矿为例,通过渗透性实验研究了煤坚固性系数f值,煤体结构和渗透率之间的关系,构建了基于坚固性系数的煤层水力压裂渗透率预测模型;然后在分析煤层水力压裂增透机理的基础上,研究了不同煤坚固性系数煤层水力压裂的适用性。结果表明:煤体渗透率与坚固性系数f值的关系近似呈正态分布,存在某一确定的f_c值使煤渗透率最大;煤层水力压裂的适用性与其坚固性系数大小有关,当压裂前煤f值小于f_c值时,水力压裂增透作用效果有限;当压裂前煤f值大于f_c值时,压裂后煤渗透率增加较多,增透效果较好,适用于井下水力压裂技术的实施。工程应用结果与理论分析结果一致。     

宁209X1立体开发平台水力压裂复杂裂缝井间干扰机理

四川盆地长宁区块页岩气储层已经进入立体开发阶段,在龙马溪组主力产层采用“W”形的上下两套水平井进行立体开发,井距由最初的500 m减小到300 m。随着井距的减小和立体开发井位的部署,井间裂缝产生干扰时常发生,甚至造成井间压窜,致使邻井产能下降。为探究立体布井水力压裂复杂裂缝井间干扰机理,基于地质工程一体化思路,建立了宁209X1立体布井平台的综合地质构造及地质力学模型、天然裂缝的离散裂缝网络模型以及立体井组水力压裂复杂裂缝扩展数值模型,模拟了该平台4口井的压裂裂缝形态,并对井间压裂裂缝干扰机理进行分析。结果表明：该平台水力压裂裂缝在横向上难以对邻井产生干扰,且缝高方向扩展受控;少数压裂段各簇裂缝出现了非均匀起裂扩展现象,部分压裂段出现非对称扩展现象;在当前条件下,天然裂缝带是决定是否产生井间干扰的关键性因素。研究结果可为裂缝性页岩气立体开发平台压裂施工参数优化提供理论支撑。     

基于离散元方法的层理发育地层水力裂缝扩展规律

层理发育是页岩储层的典型特征,水力裂缝能否穿过层理面继续扩展决定了裂缝形态的复杂程度,其中层理强度是影响水力裂缝穿层行为的关键因素。为了探究层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,采用块体离散元方法,分别计算了层理面的抗剪强度(黏聚力)和抗拉强度对水力裂缝在层状地层内扩展行为的影响。结果表明,水力裂缝遇到水平层理后的形态可分为转向层理面扩展和继续竖向扩展两种类型。层理面强度对水力裂缝的穿层能力具有显著影响,当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较低时,水力裂缝的穿层能力差,水力裂缝不能穿过层理;当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较高时,水力裂缝的穿层能力增强,水力裂缝穿过层理面扩展;当层理面的某一个强度较低时(抗拉或抗剪),则低强度因素成为主控因素,另一强度参数的增加不会改变水力裂缝的穿层能力。厘清了层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,对层理发育地层的水力压裂施工具有重要的理论指导意义。     

水平井多段分簇压裂裂缝扩展形态数值模拟

水平井多段分簇压裂技术已成为低渗透油气增产的关键技术,能够大幅度增加储层的泄油面积,最大限度地提高采收率,而射孔簇间的应力干扰是影响水平井多段分簇压裂的关键因素。为了提高储层改造体积,研究簇间裂缝扩展的规律,根据流-固耦合及岩石断裂力学理论,利用ABAQUS扩展有限元法建立水平井多段分簇水力压裂二维模型,并利用数值模拟结果对现场2口井的压裂参数进行优化。数值模拟结果表明:水力裂缝长度、簇间距、水平应力差、压裂次序对水力裂缝形态影响显著;裂缝诱导应力场对裂缝形态影响程度随裂缝长度增加逐渐增强,随簇间距和水平应力差的增大逐渐降低;水力压裂次序可以明显改变诱导应力场分布,合理利用能增加有效裂缝长度。现场压裂参数优化后的2口井产能得到明显提高,证明了数值模型的可行性。     

基于流-固耦合的压裂裂缝形态影响因素分析

压裂裂缝形态易受储层物性、地应力、施工参数及压裂液黏度的影响.基于多孔介质流-固耦合的基本方程,根据损伤力学基本理论,利用cohesive黏结单元模拟压裂过程中裂缝起裂、扩展造成的损伤,以此建立水力压裂垂直裂缝扩展的三维有限元模型.模型可以对垂直缝扩展进行动态模拟,定量描述压裂过程中裂缝长度、高度、宽度.通过模拟发现:①储隔层弹性模量差值较小、施工排量过大、储隔层最小水平主应力差值较小均可能造成泥岩穿层,裂缝长度急剧下降,严重影响压裂效率;②渗透率对裂缝长度的影响最大,高弹性模量、低渗透的储层容易造长缝,但是高弹性模量、高渗透或高滤失的储层裂缝长度较短;③弹性模量对裂缝宽度的影响最大.