页岩气藏缝网压裂物理模拟的声发射监测初探

水力压裂模拟实验中,对水力裂缝的监测和识别是研究储层裂缝形态的基础。利用室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟装置对300 mm×300 mm×300 mm立方体页岩试样开展体积压裂实验,建立多通道声发射实验监测系统,在试样两个对称侧面布置声发射探头,采集实验过程中裂缝破裂时的声波信号,对裂缝缝网形成过程进行三维动态实时跟踪,可以明确水力裂缝起裂和裂缝扩展形态;再结合声发射计数曲线和泵压曲线可以实时监测水力裂缝不同扩展阶段,判别水力裂缝与天然裂缝相互沟通过程。监测过程发现,声发射累积次数最高点先于破裂压力点出现,水力裂缝扩展接收的声发射信号多于天然裂缝开启过程,地层破裂后泵压曲线的波动可以识别裂缝之间的沟通程度,打开试样观察示踪剂的分布特征进一步验证了声发射监测结果。     

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。     

四川页岩压裂裂缝扩展实验及力学特性研究

采用真三轴压裂物理模拟的方法,研究了四川页岩储层压裂过程中的水力裂缝扩展行为和裂缝形态.实验结果表明,四川页岩压裂裂缝扩展模式分为主裂缝多分支裂缝和网状复杂裂缝.在水平主应力差较高的实验条件下,压力曲线波动频率高且趋势平稳,实时声发射监测结果表明,在实验的前期压裂裂缝易穿过天然节理,并形成单一主裂缝,而在实验的后期易形成多分支裂缝;在水平应力差较低条件下,压力曲线波动频率高但是不时伴有压力陡降,声发射监测结果表明,水力裂缝扩展易沿着页岩天然裂缝系统扩展,并形成复杂裂缝形态.定义了水力裂缝垂直穿过页岩层理面时的临界摩擦系数,采用实验参数和结果,揭示了在上述条件下,水平地应力差异系数和临界摩擦系数之间的相互关系,随着水平地应力差异系数的增加,临界摩擦系数显著降低.上述研究对中国的深层页岩气开发具有一定的指导意义.     

砂浆板冲击荷载下声发射定位试验研究

在混凝土静载声发射研究基础上,提出基于声发射定位的混凝土冲击荷载研究方法,通过锤击、均匀冲击荷载试验,采用逐级递增循环冲击加载方式研究砂浆板的破裂失稳过程,及其内部裂纹萌生、扩展形成裂缝至最终贯穿的演化模式。结果表明,声发射事件产生主要由裂缝扩展引起,并随冲击力变化表现不同特征:在初始冲击荷载至初始裂缝出现之前,声发射活动不明显;随动载增大试件出现裂纹,声发射事件明显增多;裂纹稳定扩展成裂缝至贯穿前声发射活动异常活跃,声发射事件变化率最大;裂缝一旦贯穿继续冲击不再出现声发射活动。裂缝贯穿瞬间虽不产生声发射事件,但仍可根据声发射定位图走势推断。     

胜利油田王家岗地区沙四段裂缝储层测井识别方法研究

由于断裂带作用，胜利油田王家岗地区沙四段泥质灰岩段裂缝较发育，形成裂缝储层。研究应用常规测井资料识剐王家岗油田裂缝储层的方法。利用测井资料识别裂缝储层往往存在多解性，为提高裂缝储层识别能力，对王家岗地区裂缝储层发育程度应用综合概率方法进行识别研究，并应用该方法对王家岗油田王120井的裂缝储屡进行了有效识别。     

河南凹陷东南部H2段应力特征

地层应力研究可为储层压裂提供依据.利用声发射实验资料,对河南凹陷东南部H2段测井资料求得的应力值进行了校正,并作出了各井应力剖面图及平面应力分布图.通过各井应力剖面图的分析,提出了有利的压裂层段.     

层理对页岩储层压裂改造效果影响的实验研究

为了研究层理对页岩储层高度方向改造效果的影响,利用龙马溪组页岩露头开展了大尺寸真三轴压裂模拟实验,分析了水力压裂裂缝在储层高度方向上的扩展规律,并通过声发射定位解释结果对不同实验条件下的改造效果进行了定量评价。结果发现:储层高度方向的改造效果受垂向应力与层理特征的共同影响。高垂向应力(30 MPa)条件下,有利于沟通更多层理。弱胶结层理面会降低水力裂缝穿层的可能,显著降低储层高度方向的沟通效果。随着层理开启数量增多,裂缝形态更加复杂,储层高度方向的改造越充分,有效改造体积也就越大。原始开启层理面的扰动导致SRV与ESRV之间存在偏差。     

对低渗透储层的错误认识

低渗透储层研究出现的许多错误认识,是由于实验手段的不正确和缺少理性的科研方法所致。低渗透储层发育一些微裂缝,但裂缝开度小,连续性差,在地下被迫闭合（地下没有张开的缝）,因此,渗透率极低。低渗透储层的微裂缝与粒间孔隙相当,因此,为单一介质,而不能称作双重介质。低渗透储层的岩石高压缩性和强应力敏感是由实验的系统误差所致,根本不是岩石自身的性质。滑脱效应和启动压力梯度属于实验假象,其实并不存在。     

多裂缝系统致密砂岩气藏的水锁及应力敏感叠加伤害研究——以川西蓬莱镇组致密砂岩为例

为研究水锁、有效应力对裂缝储层的叠加损害,选取川西蓬莱镇组致密砂岩气藏岩样,进行了干岩样和不同含水饱和度条件下岩样应力敏感实验。实验结果表明,随着岩样含水饱和度的增大,水锁程度增大,应力敏感程度增强;同含水饱和度下,有效应力增加,水锁程度增强。在压裂后的多裂缝系统储层中水锁和储层有效应力两者的协同作用对多裂缝网络储层渗透率造成叠加损害,可以为多裂缝致密砂岩储层开发方案的设计提供依据。     

特低渗透砂岩储层应力敏感性实验

 应用室内低渗透物理模拟实验手段,研究了微裂缝发育和微裂缝不发育的特低渗透砂岩岩样的应力敏感性特征,并对比分析了两类样品的应力敏感性差异。研究结果表明,无论储层是否发育微裂缝,储层渗透率越小,其应力敏感性越强;微裂缝不发育时,渗透率小于2×10^-3μm²的储层应力敏感性较强且其强度随渗透率的降低而急剧增大,而渗透率大于5×10^-3μm²的储层应力敏感程度较弱;微裂缝发育的储层的应力敏感性明显强于微裂缝不发育的储层,有效应力增大时,微裂缝发育的储层的渗透率损失为微裂缝不发育的储层的2—3倍,而有效应力降低后,渗透率不能完全恢复,微裂缝发育的储层的渗透率损失约为微裂缝不发育的储层的5倍。研究结果对制定合理的特低渗透油田开发方案具有实际指导意义。     

二氧化碳压后焖井过程中含弱面致密砂岩断裂特征

二氧化碳(CO2)压后焖井是致密砂岩储层补充地层能量的一种关键技术,同时也能使得已有裂缝发生扩展。致密砂岩储层中,弱面(如层理、天然裂缝)广泛分布,CO2可与砂岩发生物理、化学反应,进而影响储层稳定性及裂缝的复杂程度。本文以鄂尔多斯盆地含3种角度(0°,45°和90°)弱面性层理的致密砂岩为实验材料探究CO2对弱面性层理试件断裂特征的影响。首先,将试件分为两组,一组采用超临界CO2(SC-CO2)饱和30天,另一组仅置于大气条件下不做处理;随后通过三点弯实验测试相应试件的断裂韧性,并结合声发射技术监测试件断裂过程中声发射信号的演化规律。研究表明：CO2作用使得含弱面性层理致密砂岩试件的断裂韧性降低约40%;CO2作用使得试件初始损伤阶段提前,损伤扩展阶段持续时间增长;最后作者从细观损伤力学的角度揭示了CO2影响含弱面性层理致密砂岩断裂韧性及裂缝扩展规律的作用机理。本研究以期提高含弱面性层理的致密砂岩储层在CO2压后焖井过程中岩石断裂行为的认识。     

声发射检测技术在管道泄漏信号识别中的应用

对基于声发射技术的管道泄漏检测这一新方法进行了实验研究。从声发射技术的基本理论入手,分析了声发射技术的特点及检测原理,掌握了声发射信号的分析处理方法及源定位技术,然后进一步将声发射检测技术应用于输油管道的泄漏检测,建立了管道泄漏声发射检测模型,并建立了两种泄漏定位模型。对整个检测系统进行了设计,并进行了管道泄漏声发射实验,对管道泄漏声发射信号的特征进行了分析和提取,为进一步的实验研究及现场应用打下基础。     

致密砂岩与页岩压裂缝网形成能力对比评价

压裂裂缝网络形成的程度,是能否实现致密油藏经济有效的开采的首要因素。针对长庆油田长7致密砂岩油藏储层,采用了页岩用的裂缝网络形成的评价方法,结合声发射仪器,对比了长7致密砂岩与页岩2种岩心压裂后形成缝网的能力。通过实验可以看出,致密砂岩压后呈现为简单的平面主裂缝特征,而页岩均呈现无主裂缝的无规则散布特征;岩石脆性并不是影响致密砂岩形成缝网的主要因素;在无水平地应力差或水平地应力差较小的情况下,长7致密砂岩油藏储层能够形成一定程度的复杂裂缝;天然裂缝系统的发育程度也是长7致密砂岩油藏体积压裂形成缝网的关键因素。     

基于古应力场模拟的多期区域构造裂缝分布预测评价技术—以中国泌阳凹陷安棚油田为例*

天然裂缝是地层中常见的地质构造现象,系统研究目标区储集层裂缝的分布及发育规律,这对于提高井区产能和调整开发方案具有重要的理论和实际意义。以安棚油田深层系为例,介绍基于古应力场模拟的多期次区域构造裂缝分布预测技术。根据各类岩心资料对裂缝的组系特征、力学性质进行解释和评价,结合研究区构造演化特征,进行岩石破裂力学机理分析,明确了研究区裂缝成因类型主要为区域构造裂缝,为本次裂缝的分布预测技术奠定了基础。结合野外岩心裂缝特征、裂缝充填物次生方解石稳定同位素测定及储层岩石声发射实验结果,确定储层岩石的破裂期次。参考研究区的地质、构造、沉积相展布资料,以岩石力学和构造力学理论为基础,对研究区建立地质模型、力学模型,并分期次进行古应力场模拟研究。结合摩尔-库伦岩石强度理论,通过裂缝发育指数和岩石受力破裂程度多元拟合对研究区裂缝进行预测及评价。     

裂缝性低渗透油藏渗流规律实验研究

对某油田断块含天然裂缝的低渗透储层渗流特征进行了实验研究。本实验在常规渗流实验岩心夹持器末端增加了一套回压控制装置，渗流实验过程中，通过给岩心施加不同的回压，模拟了储层在变压条件下的流体渗流情况。得到了裂缝性低渗透储层岩心水相渗透率随回压的变化曲线。实验结果表明，裂缝的存在对低渗透储层的渗流特征有明显的改造，裂缝开启前，储层渗流可以看作是基质岩石渗流，裂缝对渗流的影响不大;裂缝开启后，由于其渗流能力较强，将发挥主要的渗流通道作用。     

基于DSP的声发射信号数据采集系统的研究

文章阐述了一种新的采集声发射信号的方法，并用所研究系统做了实验。用DSP片上自带的AD采样单元对钢材试件在拉断机的作用下所产生的声发射信号进行了高速采样，实验证明了本系统可以有效采集到声发射信号。     

应力对材料磁声发射频谱特征的影响

通过对Ａ３钢、４５钢的不同应力条件下产生的磁声发射信号的强度分析，得出了磁化场，材料中所受应力及材料内的组织结构等对材料磁声发射强度影响的规律，当试样分别处在拉、压应力状态下时，通过对磁声发射信号进行频谱分析，从中找出了利用磁声发射方法测量应力时鉴别应力正负值的新方法。     

基于页岩油藏多尺度非线性渗流的数值模型研究

通过构建嵌入式离散裂缝模型(EDFM)研究了多重介质非线性渗流下的页岩储层水平井生产动态，对页岩储层中复杂的水力裂缝、次生裂缝以及天然裂缝系统进行了显式表征，对储层不同尺度渗流通道中的运动控制方程进行了修正。在此基础上，量化分析了启动压力梯度因素对低渗储层非线性流中产量的影响，提高了模型应用的真实性，为裂缝型油藏的数值模拟方法提供了新的思路。     

非线性应力作用下裂缝砂岩应力敏感性特征

为了实现和评价变围压应力敏感实验关系转换为变内压应力敏感实验的等效关系，进而获取储层岩石渗透率与地层压力的关系，采用室内实验的方法，针对含微裂缝和人造裂缝的致密砂岩开展了变围压应力敏感实验、变内压应力敏感实验和特殊应力敏感实验；基于变围压实验数据，结合有效应力方程计算得到了实验岩样的渗透率随地层压力的变化关系，并与实验测定结果进行了对比分析。结果表明，计算得到的渗透率大于实验直接测定的渗透率，这种差异源于气体滑脱效应；基于Terzaghi有效应力方程计算的无因次渗透率小于对应变内压实验测定的无因次渗透率；基于非线性有效应力方程计算的无因次渗透率与对应变内压实验的无因次渗透率一致。有效应力和气体滑脱效应影响地层条件下渗透率的确定。     

页岩自支撑裂缝导流能力预测方法研究

页岩气井的产能主要取决于支撑剂充填层裂缝和储层剪切滑移形成的自支撑裂缝提供的导流能力，目前对页岩自支撑裂缝导流能力变化规律和影响机理的认识仍不够充分，采用分形理论方法，引入裂缝开度分形维数和迂曲度分形维数对裂缝空间进行定量表征，建立了考虑闭合应力作用的自支撑裂缝导流能力数学模型。开展自支撑裂缝导流能力实验，结果显示初期裂缝导流能力可达30~50 D·cm，在40 MPa的闭合压力下仍可保持在1 D·cm以上；理论模型预测的结果与实验测试结果基本吻合；模型敏感性分析表明，裂缝开度分形维数与导流能力呈正相关关系；迂曲度分形维数与导流能力呈负相关关系。利用此方法可实现自支撑裂缝导流能力的快速、准确预测，为合理预测气井产能提供支撑。