清水压裂中支撑剂输送沉降行为的CFD模拟

清水压裂技术具有成本低、对地层伤害小等优点,在页岩气等致密气藏开采中得到广泛应用,压裂过程中的湍流效应、颗粒间及颗粒与壁面的相互作用等是影响支撑剂输送沉降行为的重要因素。针对传统支撑剂沉降计算方法没有考虑流固、固固间双向耦合的缺点,建立了欧拉–欧拉两相流模型研究支撑剂在清水压裂过程中的输运沉降行为,模型考虑了流动的湍流效应、高浓度下颗粒间的摩擦应力,并利用Johnson–Jackson边界条件考虑颗粒与壁面间的作用。利用该模型研究了不同进口速度及位置、砂粒密度等参数条件下平板裂缝中压裂液与支撑剂的两相流流动,模拟结果与实验符合度较高,验证了模型的有效性。同时文中也讨论了这些参数对支撑剂输送沉降规律的影响。     

基于改进蛙跳算法测量圆度误差

针对传统圆度误差评定方法容易陷入局部最优而影响测量精度的问题,提出一种基于改进蛙跳算法的圆度误差评定方法.首先分析了最小区域圆法、最小二乘圆法、最大内接圆法和最小外接圆法这四种圆度误差评定方法的基本原理,并分别建立了非线性优化的数学模型然后介绍了蛙跳算法的基本思想,引入邻域搜索操作提出了一种改进的蛙跳算法,并给出了利用该算法求解圆度误差问题的具体步骤.最后为了验证新算法的有效性,进行了仿真实验,实验结果表明本文算法可以有效、正确地评价圆度误差.这也为圆度误差评定问题的研究提供一种新的途径和手段.     

圆度误差的二分法逼近搜索评定

结合圆度误差的定义及其几何特征,提出了一种新的圆度误差评定算法———圆度误差的二分法逼近搜索评定。首先,将被测圆轮廓上测量点的直角坐标数据转化为极坐标数据,分别以极角和极径为横、纵坐标轴建立新的坐标系,实现被测点的线性化处理,将圆度误差的求解问题转化为直线度误差的求解问题。然后,用二分法逼近搜索的方法,对转化后的直线度误差进行最小区域评定,从而实现了圆度误差的最小区域评定。阐述了圆度误差线性化处理的方法和二分法逼近搜索的原理及实现过程。实例验证结果表明:该算法可以有效、正确地评定圆度误差。     

颗粒磨圆度计算中棱角关键点的优化选取

磨圆度是在介观层面上描述颗粒轮廓形状的重要参数,它定量描述了颗粒棱角对颗粒轮廓的影响。现有的磨圆度计算方法,不能准确识别颗粒轮廓中的棱角,而且计算量较大。因此,为了提高准确性,减少计算量,本文提出一种优化选取方法用于选取颗粒轮廓角的关键点。首先,将颗粒轮廓变换为极坐标展开曲线,再利用极小值点对曲线进行分段,并使用傅里叶拟合算法对分段后的曲线拟合。其次,选取拟合后轮廓中的凸部位,并依据凸部位的突出程度,挑选出包含棱角圆的凸部位。最后筛选凸部位中用于拟合棱角圆的关键点,并计算出棱角圆的半径用于计算磨圆度。本文使用K-S标准粒子板和其他学者的研究结果对算法进行了验证,实验结果表明,优化选取方法计算出的棱角圆数量的准确率和磨圆度分类的准确率均达到了100%。本文还进一步分析了使用平均滤波算法对颗粒轮廓进行平滑时,不同的滤波参数对轮廓分段的影响,并给出了较优的参数选取范围。     

基于混沌和蚁群算法测量圆度误差

提出一种基于混沌和蚁群算法计算圆度误差的方法,它将混沌搜索与蚁群算法相结合,在蚁群搜索完成后,利用混沌进行搜索,以提高搜索精度.简要地介绍了混沌和蚁群算法的基本原理,详细地描述了蚁群算法和混沌解决圆度误差评价问题的步骤.最后给出实验结果.仿真实验结果表明,这种方法可以有效、正确地评价圆度误差,克服了利用最小二乘法评价圆度误差的局部收敛问题.     

利用回溯搜索优化算法(BSA)测量圆度误差

由于圆度误差的评定方法结构复杂且求解精度比较低,因此提出了利用回溯搜索优化算法(BSA)来解决圆度误差问题.首先,简要介绍了圆度误差的评定方法以及数学模型,进而确定了圆度误差的目标函数;并对BSA的基本原理进行了详细地分析,在此基础上,给出了基于BSA评定圆度误差的方法和具体步骤;最后,通过仿真实验来检测回溯搜索优化算法的准确性,仿真实验结果显示,通过回溯搜索优化算法可以正确、快速地测量圆度误差.     

基于支持向量机处理圆度误差

提出一种基于支持向量机计算圆度误差的方法.支持向量机的理论基础是Vapnik创建的统计学习理论.它采用结构风险最小化准则,在最小化样本点误差的同时,缩小模型预测误差的上界,从而提高了模型的泛化能力.该方法采用支持向量机对圆度误差评价,克服了传统圆度最小二乘法评价的局部收敛问题.仿真实验结果表明介绍的方法可以有效、正确地评价圆度误差.     

基于三坐标测量机的圆度误差不确定度评估

为了实现圆度误差的不确定度准确评估,提出了一种在快速准确微分进化算法评定基础上的圆度误差蒙特卡洛(MCM)不确定度评估方法.针对最小区域圆圆度误差评定特点,提出了一种基于种群优化的微分进化算法用于圆度误差评定,并在此基础上利用蒙特卡洛方法进行圆度误差的不确定度评估.通过三坐标测量机对圆度零件的实测数据,给出了一个实例,以验证方法的可行性.分析了圆度误差的不确定度来源,给出了不确定度数值和95%置信概率下的不确定度包含区间,并与传统测量不确定度的表示指南评定方法(GUM)进行了比较.结果表明,蒙特卡洛不确定度比GUM方法的不确定度小0.3μm,包含区间也小于GUM.所提出的方法也适用于其他形状误差的评定与不确定度评估.     

一种基于微机的椭圆度测量方法

分析了椭圆度的概念,利用圆度误差的谐波分析理论,提出了一种基于微机的快速采样取对径半径和的测量方法,分析了该方法的原理误差,并对新方法的可行性进行了实验验证。     

高速通道压裂过程中支撑剂运移规律研究

高速通道压裂是近年在非常规致密油气资源开采中出现的新技术.为了研究高速通道压裂过程中支撑剂运移规律，基于CFD-DEM方法，建立高速通道压裂三维模型，首先对纤维柱的有无、纤维柱的排列方式和纤维柱尺寸对高速通道形成的影响，并进一步研究压裂液黏度、支撑剂密度对支撑剂运移规律的影响.结果表明：随着纤维加入压裂液中，支撑剂颗粒流速出现差异性变化；由并行排列变为交错排列，支撑颗粒的流速由快变慢，流速较快的颗粒出现在裂缝底部的数目减少；采取纤维柱交错排列方式且纤维柱半径较小，有利于快速形成支撑柱，获得较高的裂缝导流能力；随着压裂液黏度的增大，纤维吸附颗粒数目在不断减少；当压裂液密度为1000 kg/m³时，支撑柱颗粒数目随支撑剂密度的增大而缩减少，而压裂液密度增大为2000 kg/m³时，支撑柱颗粒数目则呈现增大趋势.研究成果丰富了高速通道压裂技术的研究.     

红河油田水平井分段压裂技术研究

红河油田存在物性差,注水困难等问题,水平井分段压裂已成为其主导开发技术.本文对红河油田压裂液和支撑剂进行优选,并在裂缝和施工参数优化的基础上,现场应用了四种压裂工艺.实践表明,现用的裸眼封隔器压裂工艺效果较好,但不利于后期改造,而套管固井速钻桥塞压裂工艺避免了这一缺点,可大规模推广应用.下步可继续引进新的压裂工艺,为红河油田下一步深入开发和储层改造工艺进一步优化提供技术支撑.     

压裂液侵入对页岩储层导流能力伤害

大规模水力分段压裂是页岩气等非常规资源高效开发的关键技术。页岩气井返排率一般较低,大量的压裂液长期滞留地层对储层岩石、支撑剂强度等造成一定的伤害,影响页岩储层压裂改造长期效果。针对该问题,通过室内试验模拟研究现场压裂前后气测导流的变化规律,对压裂液伤害程度进行表征。结果表明:压裂液侵入降低了支撑剂、页岩岩石强度,导致支撑剂破碎率、岩石嵌入程度加剧,导流能力伤害达到60%以上;使用大粒径支撑剂、较高铺砂浓度,优选破胶性能好、低残渣、防膨性强的压裂液,能有效提高导流能力,降低压裂液伤害程度。研究结果对页岩地层压裂设计,降低压裂液伤害提高产量提供参考。     

致密气藏多尺度支撑机理研究与应用

致密砂岩气作为重要的非常规天然气资源,需经过压裂改造才能实现有效开发。选取四川盆地致密砂岩露头岩芯,雕刻制作粗糙裂缝面岩板开展多尺度裂缝导流能力和支撑剂回流实验,分析导流能力及支撑剂回流的影响规律。研究表明,为了获得较高且稳定的导流能力,近井主裂缝需要有足够的支撑剂以提供更大的剩余缝宽,远井剪切裂缝只加入少量小粒径支撑剂也能有效改善高闭合应力条件下的导流能力;对于支撑剂充填的主裂缝,裂缝导流能力随着闭合应力和支撑剂浓度的变化存在临界闭合应力及临界支撑剂浓度。在支撑剂充填层中加入纤维,临界出砂流速呈数量级增长,可以有效预防压后裂缝的支撑剂回流。致密气藏多尺度支撑理念在四川盆地川西拗陷致密气储层开展的压裂工程实践取得了显著的增产效果,为中国致密气藏经济高效开发提供了有效支撑和借鉴。     

非牛顿压裂液中支撑剂聚集沉降规律实验研究

水力压裂中常用的交联冻胶压裂液属于非牛顿流体。针对支撑剂在非牛顿流体中是如何沉降的问题,利用垂直裂缝物理模型,分别采用不同液体、流速、支撑剂密度及砂浓度进行实验,研究支撑剂在流动的交联压裂液中颗粒沉降的规律。结果表明,在非牛顿流体中,液体流动越慢,支撑剂密度越大,砂比越高,颗粒的聚集沉降现象越明显。在现场施工中应该采取一定措施来减弱支撑剂颗粒聚集沉降的影响。     

二次加砂压裂技术在海上低孔渗砂岩气藏的应用

东海低渗储层具有埋藏深、温度高、边底水发育、平台空间小等特点,采用传统加砂压裂方式初期产量低、压后压降快、有效产能低,无法满足海上经济有效开发的需求。因此,基于平台化压裂的技术瓶颈,开展二次加砂压裂增产机理及适应性评估,通过技术优化研究,确定了二次加砂压裂施工排量、加砂规模、二次加砂比例、中途停泵时间等关键参数,优选评价了压裂液和支撑剂材料,并评估了平台空间综合利用,形成了一种适合海上低渗平台开发的增产技术。DX-B5井的实施效果表明:二次加砂压裂技术首次应用于海上低渗油气田,并取得显著的增产效果,相比邻井初期产量增加了2倍,累计产量增加了3倍,针对类似储层条件的油气井,可推广应用于东海及国内其他海域的低渗储层增产开发。     

提高均质致密碳酸盐岩储层酸蚀裂缝导流能力效果研究

均质致密碳酸盐岩储层岩心经酸刻蚀后主要形成均匀刻蚀形态,裂缝主要通过少量凸起点支撑,岩性较软或在储层闭合应力时支撑点容易破碎或嵌入裂缝壁面使得裂缝大部分闭合,无法形成有效的自支撑渗流通道。通过向酸蚀裂缝内加入一定量的支撑剂能有效提高酸蚀裂缝导流能力。深入研究支撑剂粒径、铺砂浓度以及闭合应力等因素对酸蚀裂缝导流能力的改善情况。结果表明:自支撑裂缝随闭合压力增大下降迅速,在34.5 MPa时的导流能力已不足初始闭合压力下的2%,难以在储层闭合压力下有效保持,达不到长期增产的目的。增加额外支撑点的酸蚀裂缝,其导流能力在储层闭合压力下是自支撑裂缝导流能力的3~7倍。大粒径支撑剂能提供更高的裂缝导流能力,在酸压允许的情况下尽量选用大粒径支撑剂。现场对PG4井进行了加砂酸压改造技术,获得了6.314×104m3/d的产量,证实了均质致密碳酸盐岩储层酸压改造中提供额外裂缝支撑剂的必要性。     

高强度耐酸支撑剂的研制与开发

目前国内常用支撑剂普遍抗酸蚀性能差、密度高、抗压强度低,难以满足塔河油田压裂与酸化复合改造工艺的要求.为此,研制开发了新型高强度支撑剂H-1.其性能测试表明,酸溶解度为1.6%,在86 MPa下的破碎率为2.1%,在高温、高闭合应力及强酸性环境中可保持较高的导流能力,可满足塔河油田压裂与酸化复合改造的要求.     

压裂气井支撑剂回流及出砂控制研究及其应用

加砂压裂是低渗气藏开发评价和增储上产必不可少的技术措施,然而经过大量的现场施工发现,如果压裂后气井排液控制不当或生产过程中配产不合理,将导致支撑剂回流或出砂,引起气井产能严重下降,从而影响最终的压裂效果.分析了支撑剂回流机理,建立了压裂液返排过程中临界返排流量、支撑剂返排速度和沉降速度计算模型,提出了控制支撑剂回流的放喷油嘴选择原则.在考虑气井生产过程中既要返排注入地层中的压裂液,同时又不将地层砂(包括支撑剂)带入井筒的前提下,推导出了压裂气井的临界产量计算公式.结合实际的压裂施工资料进行了实例计算分析,为指导压裂液返排和确定气井合理产能提供依据.     

新型缝网压裂技术在镇北致密储层的研究与应用

北美非常规油气藏的成功开发为长庆致密油藏改造开辟了新的技术途径。在与北美巴肯致密油藏特征进行对比分析的基础上,指出镇北长X致密储层具有天然裂缝发育、岩石脆性程度高、水平两向应力差适中的特点,具备大规模体积压裂形成复杂网状裂缝的条件。因此,以体积压裂为理念,在该区块开展了的"高排量、大液量、低黏压裂液、小粒径支撑剂"技术模式的新型缝网压裂先导性试验,取得了较好的增产效果,为长庆油田0.3mD以下致密油藏压裂改造积累了重要的经验。     

基于导流能力评价实验的复合酸化压裂技术

酸化压裂是碳酸盐岩油气藏增产的主要措施和手段,即使采用较大规模施工,酸蚀缝长一般不超过120 m,而水力压裂技术能够实现大规模造长缝的目的。为此,开展水力压裂与酸携砂压裂相结合的复合酸化压裂技术研究及现场实验,以探索碳酸盐岩增产措施的新工艺技术。实验采用塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩岩心,模拟高温高压地层条件,通过测试水力加砂压裂裂缝、酸化压裂酸蚀缝、酸携砂压裂裂缝、水力压裂与酸携砂复合酸压裂缝的短期导流能力,探索评价了碳酸盐岩地层增产改造的新工艺技术,实验结果表明了碳酸盐岩地层实施复合酸化压裂可以实现较好的导流能力。基于导流能力实验评价结果,优化设计了4 口井的复合酸化压裂方案并进行现场施工,增产效果良好,为碳酸盐岩地层实施复合酸化压裂提供了有力的理论支持。