深层页岩气井裂缝扩展及导流特性研究及展望

本文针对目前制约页岩气经济有效开发的裂缝破裂延伸机理及导流特性进行了综合分析,并着重就单裂缝及多簇裂缝同步起裂延伸机制进行了阐述,对套管和施工参数对裂缝起裂扩展的影响进行了分析.在此基础上,对单一裂缝及复杂裂缝导流能力的多因素影响机制进行了研究.并结合现场实施的可能性,对复杂裂缝内支撑剂的动态输送规律及支撑剂通过转向裂缝的运移规律进行了模拟分析,得出了规律性的认识,可由此指导现场压裂设计参数优化,进而达到提高最终有效裂缝改造体积(Effective Stimulated Reservoir Volume,ESRV)的目标.最后针对深层页岩气的特点,指出了下步深化研究的方向,如"井工厂"多井多缝条件下的裂缝破裂延伸机制及岩石自支撑高导流裂缝机制等,这些对经济有效开发国内的深层页岩气,都具有重要的指导作用.     

延长油田志丹西区延长组天然裂缝发育规律研究

为确定天然裂缝对志丹新区注水开发的影响,通过野外露头地质调查、岩心观察,结合实验分析研究了天然裂缝发育规律.结果表明,延长油田志丹西区延长组天然裂缝发育燕山期E-W向、NW-SE向和喜山期S-N向、NE60°四组区域构造裂缝,其中以E-W、S-N向最为发育,NE60°较为发育.地下裂缝与野外露头裂缝发育规律基本一致.天然裂缝类型主要为直立、近直立大型剪切裂缝,微裂缝不发育.天然裂缝主要在砂岩中发育,泥岩中发育较少;岩性一致时,裂缝密度与层厚呈负乘幂关系,裂缝发育程度随埋深加大而降低.     

裂缝在吉林两井低渗透砂岩油田开发中的作用

在研究吉林两井低渗透砂岩油田裂缝分布特征与发育规律的基础上 ,探讨了裂缝对该区油气富集规律、可动流体饱和度分布、渗流作用、开发井网部署、注水效果和压裂缝展布等方面的影响 .结果表明 :该区主要发育 4组高角度构造裂缝 ,由于各组裂缝密度及现应力场影响下的开度不同 ,引起裂缝渗透率各向异性 .随着裂缝密度增大 ,油气的富集程度和可动流体饱和度增高 .在注水开发中 ,由于裂缝的高渗透性、渗透率非均质性和压力敏感性特征 ,影响油田开发方案的部署 .天然裂缝控制了整个渗流系统 ,人工压裂缝主要起改善东西向渗流通道的作用 .各组天然裂缝及其渗透性的综合评价 ,是该低渗透砂岩油田合理开发的主要地质依据     

爆炸荷载下致密砂岩天然裂缝方位角对裂纹扩展规律研究

为研究在爆炸荷载作用下致密砂岩层内天然裂缝方位角对裂缝起裂扩展并形成一定范围裂缝网络的影响规律,利用致密砂岩板和乳化炸药及声发射仪进行了层内爆炸室内模拟试验,探讨了储层缝内爆炸下水力裂缝两侧附近的多条平行、共线致密砂岩层内天然裂缝在不同方位角下裂缝的起裂扩展规律.结果表明:当方位角较小时,多裂缝均能起裂扩展并能相互贯通,且方位角在45°～60°范围时有利于最大程度形成裂缝网络.     

受弯钢筋混凝土构件裂缝开展规律的试验研究

为研究弯矩作用下混凝土构件的裂缝形状及发展规律,制作了48组混凝土构件组,对构件跨中部位裂缝的发展规律进行试验研究.构件制作时分别考虑了预埋钢筋的数量、钢筋表面形状以及钢筋保护层厚度这三种因素.研究结果表明,在弯矩作用下,混凝土构件裂缝的横断面形状近似为楔形.同时,根据构件两侧表面的裂缝形状和深度,可以近似地推断出结构内部裂缝的形状和深度,从而可对构件内部裂缝对耐久性和受力性能的影响进行研究.对混凝土的开裂控制螺纹钢要好于圆钢,对裂缝的控制效果双根钢筋要好于单根钢筋,因此在一定范围内,钢筋布置较密比钢筋布置稀疏更有利于混凝土开裂的控制.     

人工压裂井产能模拟研究

利用有限元法对人工裂缝进行了较仔细的刻划,用于描述裂缝宽度的网格尺寸为0.5～10.0 m,通过研究对比发现,模拟计算时对实际裂缝宽度的放大倍数对模拟结果产生一定的影响,给出了影响程度;分析比较了人工裂缝为楔形和矩形的差别.假设裂缝内的导流能力是距离和时间的函数,通过模拟计算,给出了这些因素对裂缝动态特性的影响规律.     

致密砂岩中裂缝的变形特性及对渗流能力的控制作用

通过对含裂缝致密砂岩的力学变形和渗透能力实验,分析了不同类型裂缝的变形规律和渗透率的变化特征,揭示了裂缝变形特性与裂缝类型及裂缝表面结构有关,而裂缝类型及其变形方式是控制裂缝渗流能力的关键因素.依据实验结果可以预测各类型裂缝在不同应力变化路径下的力学宽度变化以及等效水力学宽度变化,并可建立二者间的实验关系.同时,结合实际储层应力条件对不同类型裂缝的有效性进行了分析评价.     

轴心受压古砖砌体裂缝发生发展规律

裂缝是砌体结构损伤的直观表现.为研究古砖砌体结构受压状态下裂缝发生发展规律,对一批冻融循环后的古砖砌体试件进行抗压试验,获取了古砖砌体的荷载-变形和裂缝数据.提出砌体开裂荷载的确定方法,通过荷载-变形曲线、单条裂缝长度和裂缝发展趋势综合评判开裂荷载.建立了三折线模型,该模型能反映裂缝长度与荷载之间的关系.相比现代砌体试件,古砖砌体开裂早,裂缝发展快,平均开裂荷载为0.52f_m(抗压强度);当应力达到约0.7f_m时,裂缝上下贯通;当应力达到0.93f_m时,砌体进入破坏阶段.提出用裂缝密度描述砌体损伤状态,得到了典型的古砖砌体裂缝密度发展规律,破坏时最终裂缝密度为8.7m/m~2.国内外相关文献的试验数据表明,裂缝密度是一种稳定性较好的指标,具有深入研究和推广应用的价值.     

构造裂缝的分形研究

从数学规律的角度,应用分形理论,对构造裂缝的分布发育规律进行研究.分数维D值越大,说明构造裂缝分布越均匀,各向异性较强,构造裂缝的分布发育较好.与走滑断裂属同一构造应力场的构造裂缝,随着距离走滑断裂距离的增大,分数维D值呈指数减小;随构造裂缝面密度的增大,分数维D值呈线性增大.分数维D值大小更能体现构造裂缝分布的均匀程度和各向异性,同时考虑构造裂缝面密度和分数维,引用发育程度f来表征岩石破裂程度.对裂缝油气藏来说f,越大表明岩石破裂程度越高,储层裂缝越发育.靠近断裂岩石破裂程度高,有利于油气的运移.     

大庆外围油田压裂水平井参数优选及渗流特征

 压裂水平井已成为开采特低渗透油藏的重要手段.为深入了解压裂参数及渗流规律对水平井开发效果的影响,针对大庆外围某特低渗透油藏水平井开发的实例,应用特低渗透非线性渗流理论,建立了考虑非线性渗流的数学模型,给出已钻水平井的最优压裂参数,研究了不同渗流规律下压裂水平井的渗流特征.结果表明,在水平井水平段长度、压裂缝长一定的条件下,裂缝条数和裂缝间距对开发效果的影响显著;裂缝条数越少,裂缝间距对水平井产能影响越大;裂缝条数大于3条,裂缝间距的影响减小;对比了达西渗流规律和考虑启动压力梯度的非线性渗流规律下压裂水平井的渗流特征,非线性渗流模型计算的水平井产油量较低,见水后含水上升速度较快,剩余油饱和度较高;非线性渗流模型中注水井井筒附近和主流线附近的压力等值线密集,能量消耗大,压力梯度高,水平井井筒附近压力梯度较大,但低于直井;非线性渗流模型的地层渗透率与压力梯度呈正比关系.     

裂缝-孔隙油藏耦合模型的精确解

通过对裂缝-孔隙油藏的渗流特征出发,建立裂缝-孔隙油藏全耦合的渗流微分方程,并利用正交变换法和矩阵微分方程理论获得了裂缝-孔隙油藏耦合模型的精确解,为理解裂缝-孔隙性油藏的渗流规律和试井分析提供了理论依据.     

高强钢筋混凝土梁裂缝宽度的试验研究和分析

为了研究配置高强钢筋混凝土梁开裂后的使用性能,对14根配置500MPa钢筋的混凝土梁进行了受弯性能试验.给出了梁侧面裂缝宽度沿裂缝高度的分布规律;梁底面裂缝宽度沿梁宽变化规律;典型位置处平均裂缝宽度与弯矩关系等,并对裂缝宽度值进行了统计分析.由本次试验和其他相关试验的数据分析表明:在钢筋应力较高时产生的次生裂缝会明显抑制主裂缝的扩展速度;我国现行规范的裂缝宽度公式的计算值明显大于试验值,不适用于配置高强钢筋混凝土梁的情况.对钢筋高应力下的裂缝宽度主要影响因素进行了分析,并提出了配置高强钢筋混凝土梁裂缝宽度的2种计算模式.建议公式与试验结果吻合较好.     

页岩气储层水力裂缝网络的延伸规律

为了深入认识页岩气储层水力压裂裂缝的延伸规律及裂缝网络形成条件,通过建立页岩气储层水力裂缝延伸的二维模型,分析地应力差异系数、天然裂缝及层理面等因素对水力裂缝延伸方向的影响规律,并对页岩储层水力裂缝网络的形成机制进行研究.研究结果表明:水力裂缝在层理面内转向、分岔及沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,层理面和天然裂缝逼近角和地应力差异系数需在一定临界组合条件下才形成裂缝网络,偏离该条件均形成单一裂缝;最大水平主应力方向与页岩的层理面和开度较好的天然裂缝之间的逼近角呈大角度时,更有利于形成裂缝网络.     

纵向裂缝对隧道钢筋混凝土衬砌结构影响的试验

基于荷载 结构模型,开展了钢筋混凝土衬砌的加载试验.通过分析钢筋混凝土衬砌加载过程中结构的变形和裂缝展开规律,获得了纵向裂缝深度与结构转动刚度的关系曲线,提出了单一裂缝情况下钢筋混凝土衬砌的计算模型.该模型根据连接弹簧单元来模拟衬砌裂缝,弹簧单元的参数根据衬砌结构试验结果和理论分析确定.通过该模型得到的承载安全系数可以评价带裂缝衬砌是否需要进一步加固,对实际隧道工程具有指导意义.     

基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计方法

采用裂缝实际调查和影响因素数值分析,研究基于可靠度的CRCP配筋率设计方法.通过实际调查CRCP路面裂缝间距与宽度分布情况,认为裂缝间距的分布符合对数正态分布模型,裂缝宽度的分布符合正态分布模型;分析了钢筋直径、配筋率、混凝土极限拉应力及钢筋与混凝土之间的黏结应力对裂缝间距和裂缝宽度的影响规律;通过CRCP路面失效概率分析,认为裂缝间距与裂缝宽度的可靠度主要与设计裂缝间距及参数的变异水平有关.给出了CRCP的横向裂缝最佳间距值,得出基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计法.     

辽河油田欢喜岭太古界潜山裂缝分形预测研究

为研究太古界潜山储层分布特征、储层分布规律及油藏形成机制,针对辽河油田欢喜岭太古界潜山裂缝储层,采用分形方法进行了预测研究,计算了各级裂缝的分维数,确定了各级裂缝分布特征,分析了油气分布结果与裂缝分布特征关系.实际勘探结果与研究结果较吻合,表明分形分维方法对欢喜岭潜山油气预测有较强的适用性.     

罗1井区压裂水平井裂缝系统优化

 为了提高水平井压裂效果的成功率和有效率,在压前的施工设计中要充分考虑裂缝参数的优化。针对水平井压裂特点,在非均质低渗透油藏模型的基础上,以数值模拟软件Eclipse为技术手段,对影响水平井压裂后产量的裂缝参数包括裂缝方位、裂缝位置、裂缝条数和非均匀裂缝长度等进行了优化研究。研究结果表明,水平井产量随着裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力的增加而增加;对于不同裂缝布局,根部和端部裂缝的间距小于内部裂缝的间距;由于裂缝的干扰作用,不同位置的裂缝产量不同,处在中间位置的裂缝产量最低。     

开采引起的地表裂缝深度和宽度预计

以实验室模拟试验为基础,获得了地表裂缝发育的一系列规律,建立了地表裂缝发育极限深度的预计模型,建立了裂缝发育宽度和深度关系的典型曲线.实例证     

天然裂缝对煤层水力压裂裂缝扩展的影响

煤层井下水力压裂过程中,天然裂缝会对水压裂缝的扩展产生重要影响,通过建立水压压裂裂缝遇天然裂缝二维模型,采用理论分析结合数值模拟的方法,对裂缝扩展规律及天然裂缝破坏机理进行研究.研究表明:扩展中主裂缝与天然裂缝的相交角度、水平主应力差及天然裂缝的发育程度是影响扩展方向的主要因素.在低主应力差、低相交角的条件下,压裂裂缝趋于沿天然裂缝发生剪切破坏扩展;在高应力差和高相交角情况下,压裂裂缝易直接穿过天然裂缝扩展.当天然裂缝尺寸较长,压裂裂缝易沿天然裂缝扩展,而小尺寸的天然裂缝对裂缝扩展影响不大.     

开采引起的地表裂缝深度和宽度预计

以实验室模拟试验为基础,获得了地表裂缝发育的一系列规律,建立了地表裂缝发育极限深度的预计模型,建立了裂缝发育宽度和深度关系的典型曲线.实例证明,预计模型是正确的,具有很大的实用价值.