基于扩展有限元法的多径向井压裂裂缝形态

通过ABAQUS扩展有限元法(XFEM)建立基于地层流-固耦合方程的储层模型,以最大主应力准则、最大能量释放率准则为损伤机制,模拟分析单径向井、垂向多径向井、水平多径向井情况下的裂缝形态,并通过大型真三维物理模拟试验在一定程度上验证数值模拟结果的正确性。在多径向井压裂裂缝形态研究的基础上,对径向钻孔的布孔方案进行优化。结果表明:压裂时沿径向井分布的诱导应力场是压裂裂缝沿径向井定向扩展的根本原因,其有效引导距离可达40 m;垂向多径向井可有效强化压裂裂缝的定向扩展效果,且具备降低起裂压力的能力;水平多径向井在远井带形成沿各径向井独立扩展的主裂缝,近井带形成沟通相邻两径向井的次级裂缝,两者协同可有效提高泄油面积、降低近井带油流阻力。     

牛圈湖油田储层潜在裂缝特征及注水开发对策

牛圈湖油田西山窑组油藏为低孔、低渗、低压油藏,油藏天然裂缝不发育,但部分油井投入注水开发后,初期就出现含水快速上升,甚至早期水淹的现象.运用示踪剂监测、脉冲试井及生产动态资料等方法分析目前油藏见水特征,认为研究区次生裂缝分布广泛,裂缝主要为超破压注水与人工压裂形成,且裂缝发育方向受区域最大主应力方向及油藏构造形态控制.通过实施堵水调剖,控制注水压力,转注主向水淹井,调整井网等措施,可提高注入水波及程度,控制含水上升速度,达到最终提高采收率的效果.     

径向井引导水力压裂裂缝定向扩展技术

目前,利用径向井压裂改造技术开发低渗透油层、薄油层、裂缝性油气层、注水后"死油区"等受到越来越多地关注;但国内外尚未对此进行系统的研究。受地应力控制和储层非均质性影响,水力压裂裂缝很可能无法顺利沿径向井方向延伸沟通目标区域,导致储层增产效果不理想。基于多径向孔压裂裂缝起裂压力分析和塑性区理论,推导出多口径向井在地应力条件下引导压裂裂缝定向扩展准则。满足该条件时,多径向井会在储层中产生连续塑性区,裂缝在塑性区内扩展不受地应力影响而保持定向扩展,保证了压裂施工时各径向井间裂缝相互贯通,形成沿径向井轴心面方向的主裂缝。兼顾经济性优化出了径向井间的最大间距,为径向井水力压裂技术的有效实施提供了可靠的科学依据。     

孔雀区块水平井压裂产能优化设计 与经济评价

孔雀区块位于塔里木盆地北部坳陷东北部,该区块志留系砂岩储层物性极差,属于低孔低渗碎屑岩气藏,垂直井已经难以满足此类气藏的勘探开发需求;因此深入开展水平井分段压裂优化设计及经济评价研究具有重要意义。提出了统一压裂设计(UFD)方法,该方法基于最大化产能的目的,开发了一个叫做"支撑剂数"的参数,它把压裂规模与裂缝的最佳导流能力及最大生产指数相关联起来,在给定气藏地质特征条件下,以最优的生产指数为目标设计出最佳的裂缝几何形态。UFD方法的设计目标是最优的水力压裂设计,可产生一个最大的生产指数。同时在UFD物理产能最大优化的基础上与经济评价相结合,采用净现值(NPV)分析方法,分析最佳的水平井分段压裂施工方案。压裂优化实践表明孔雀井区水平段各种压裂方案均无法实现经济开发,多-短缝不适用于低孔低渗气藏的改造,需要寻找"甜点"进行有效开发。     

大厚层致密砂砾岩油藏直井多段压裂开发

针对纵向厚度比较大的低渗砂砾岩油藏,需选用直井压裂多段纵向裂缝的开发方式,采用数值模拟的方法展开研究.首先对比了分别采用分支水平井和多段压裂直井两种开发方式在厚层低渗油藏里的效果;然后分析了裂缝导流能力、供油面积、地层渗透率等产能影响因素,作出裂缝长度、C_f/K_m(裂缝导流能力与地层渗透率之比)与累产的图版以用于压裂设计优化,同时研究了韵律与极差对开发的影响;最后研究了裂缝长度、高度、间距分布等布缝原则,以指导实际压裂方案。     

大厚层致密砂砾岩油藏直井多段压裂开发研究

针对纵向厚度比较大的低渗砂砾岩油藏,须选用直井压裂多段纵向裂缝的开发方式,本文采用数值模拟的方法展开研究.首先对比了分别采用分支水平井和多段压裂直井两种开发方式在厚层低渗油藏里的效果;然后分析了裂缝导流能力、供油面积、地层渗透率等产能影响因素,做出裂缝长度、Cf/Km(裂缝导流能力与地层渗透率之比)与累产的图版以用于压裂设计优化,同时研究了韵律与极差对开发的影响;最后研究了裂缝长度、高度、间距分布等布缝原则,以指导实际压裂方案。     

考虑启动压力梯度的直井压裂渗流模型与实验

采用直井压裂技术开发低渗透稠油油藏在工程上表现出较理想的经济效益。基于渗流理论和水电模拟实验,建立了低渗透稠油油藏直井压裂后形成垂直裂缝的渗流模型。由于稠油在低渗地层中表现出非牛顿性,该公式进一步考虑了启动压力梯度、有效运动边界和有效边界压力,建立针对径向流向椭圆流转变的渐变流模型,通过半缝长与供油半径比值判断渐变流模型中的径向流、椭圆流的临界边界。设计一种存在击穿电压的溶液用于电模拟实验,适用于模拟稠油的启动压力梯度,并对启动压力梯度对产能的影响做了分析。     

缝面位移控制压裂裂缝同步扩展数值模拟

分段多簇压裂是非常规油气藏有效动用的重要工艺,压裂裂缝的复杂程度是提高单井产量和控制储量的基础,储层裂缝的扩展形态受地层物性,压裂工艺参数影响较为复杂。因此,为探索压裂裂缝同步扩展的形态特征及影响因素,建立了分段压裂缝面位移参数控制裂缝扩展数学模型,通过典型井取心岩心力学实验和数值模拟,结果表明：分段压裂簇裂缝的同步扩展形态与井斜角密切相关。井斜角在90°减小至0°时,裂缝扩展形态特征由双翼对称向双翼非对称转变,90°时簇裂缝向外侧发生偏转,且在裂缝尖端和应力阴影区,最大、最小主应力方向均发生转向,更利于复杂缝网的形成;小于90°时,裂缝向内侧发生偏转。分段压裂簇间的应力干扰作用强度与压裂排量值正相关、与簇间距离值负相关。压裂排量大小对提高裂缝的缝长和缝宽的扩展距离作用明显,能有效提高单井控制储量范围,但缝宽的扩展存在上限;簇间距10 m时,每孔排量不低于0.12 m³/min才能有效形成簇间应力干扰;排量0.18 m³/min,簇间距离小于20 m时,裂缝间的应力干扰显著,最大与最小主应力方向均发生转向,更好形成复杂缝网,簇间距离大于20 ...     

径向井引导水力压裂裂缝定向扩展技术研究

目前,利用径向井压裂改造技术开发低渗透油层、薄油层、裂缝性油气层、注水后“死油区”等受到越来越多地关注,但国内外尚未对此进行系统的研究。受地应力控制和储层非均质性影响,水力压裂裂缝很可能无法顺利沿径向井方向延伸沟通目标区域,导致储层增产效果不理想。基于多径向孔压裂裂缝起裂压力分析和塑性区理论,推导出多口径向井在地应力条件下引导压裂裂缝定向扩展准则。满足该条件时,多径向井会在储层中产生连续塑性区,裂缝在塑性区内扩展不受地应力影响而保持定向扩展,这保证了压裂施工时各径向井间裂缝相互贯通,形成沿径向井轴心面方向的的主裂缝。兼顾经济性优化出了径向井间的最大间距,为径向井水力压裂技术的有效实施提供了可靠的科学依据。     

大型压裂技术在低孔低渗薄储层中应用与研究

针对沙四段低孔、特低渗储层存在层多、层薄、微裂缝发育等特点,从分析该区块压裂改造难点入手,找出了影响压裂效果的关键因素。针对性提出了压裂液体系优化、综合降滤技术、综合控缝高技术和压裂测试技术,在高89块实现了区块大型压裂改造。现场应用证明,新投产井压裂后均自喷生产,稳产期长,增产效果显著。     

基于扩展有限元的单径向井压裂裂缝扩展规律

径向井压裂技术已应用于多个油田并取得良好效果,而径向井对裂缝扩展的影响规律仍待研究。基于地层流-固耦合方程,建立扩展有限元（XFEM）模型,利用最大主应力准则、最大能量释放率准则判断裂缝的起裂与扩展,量化分析了不同参数对裂缝形态的影响规律,并对影响因素进行了灰色关联分析,最后通过大型真三维物模实验在一定程度上验证了数模结果的正确性。结果表明,压裂液通过径向井壁向地层渗滤形成了沿径向井分布的诱导应力场,在一定范围内,径向井产生的诱导应力可实现主裂缝沿径向井方向定向扩展,有效引导距离可达40m;水平地应力差、储层厚度的增大均会大幅降低径向井引导裂缝定向扩展的能力;径向井方位角的增大会显著增大起裂压力。研究成果对现场应用具有重要的指导意义。     

基于有限元法的高压挤压砾石充填数值模拟

从疏松砂岩的岩石特性以及施工工艺角度分析了影响高压挤压砾石充填效果的各种可能因素。在此基础上，采用有限元分析软件针对射孔井进行了数值模拟，模拟结果显示射孔沿着最大水平主应力方向，有助于裂缝的产生。在数值模拟的基础上分析了高压挤压过程中疏松砂岩的启裂机理，认为压密砂层的破裂压力即为高压挤压砾石充填的启裂压力，其裂缝形态，直接影响着近井地带的裂缝形态。     

鄯善油田裂缝体系及对注水开发效果的影响

目的 为较好地开发鄯善油田,研究了裂缝对油田开发的影响。方法在研究鄯善油田宏观裂缝和微观裂缝特征的基础上,采用岩心古地磁定向和倾角测井解释。结果确定了该区裂缝方位主要为NE和NW向,是燕山构造运动时期形成的;分析了天然裂缝的有效性,探讨了天然裂缝对人工压裂的影响,认为NW向天然裂缝与现今最大水平主应力方位夹角很小,压裂裂缝主要沿NW向开裂;最后分析了裂缝对注水的影响。结论在布井时应避免沿天然裂缝和最大水平主应力方向布置注采井,注水压力应低于地层破裂压力。     

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。文章利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10 000 m3。     

断层对煤层水力压裂裂缝扩展的影响

针对煤层中的次生断层或小型滑移断层会影响水力裂缝扩展方向的问题,通过建立压裂裂缝遇断层的二维模型,采用理论分析和数值模拟方法分析逼近角度、水平主应力差、煤岩体弹性模量差异等因素对水力裂缝扩展方向的影响规律,建立裂缝穿过断层形成有效压裂的判断准则,在给定煤岩体参数条件下,拟合出水力裂缝穿过断层形成上下盘煤层贯通裂缝的逼近角度-水平主应力差的临界曲线。结果表明:逼近角度、水平主应力差、煤岩体弹性模量是影响压裂裂缝走向的主要因素,在低主应力差、较小逼近角度、较高顶板弹性模量的情况下,断层面易产生张开型破坏;当逼近角度-应力差坐标点位于曲线上方时裂缝将穿过断层面进入顶板,当角度-应力差坐标点位于曲线下侧时断层面张开裂缝将扩展至下部煤层形成上下盘煤层贯通裂缝。     

径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究

为探究径向井排系统对裂缝的影响，明确水力裂缝的扩展规律，利用扩展有限元理论建立了流固耦合三维裂缝扩展模型，模拟了受径向井排引导的水力裂缝扩展过程。重点分析了3种影响因素（径向井排方位角、水平地应力差、径向井孔径）对水力裂缝的引导机理。首次提出了"引导因子"的概念，并将其作为有效评价径向井排引导效果的量化参数。研究发现，径向井方位角、水平地应力差、径向井井径会对水力裂缝的引导效果产生影响：较小的径向井方位角、水平地应力差以及较大的井径都使径向井排具有较强的引导能力和较好的引导效果，反之亦然。同时，较大井径对增加水力裂缝宽度有明显作用。最后，利用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验证实了数值模拟结果具有一定的准确性。     

定向井压裂射孔方位优化及应用研究

低渗储层采用定向井水力压裂是油气田增储上产和降本增效的重要措施和手段。射孔是压裂前打开储层的首要工序,射孔质量好坏直接影响定向井产能的发挥程度。为了降低储层起裂压力、减少砂堵风险,需要进行定向井压裂射孔方位优化。考虑原地应力、套管水泥环诱导应力、射孔孔眼诱导应力、井筒注液诱导应力和流体渗流诱导应力综合叠加,基于张性破坏准则,建立了基于最低裂缝起裂压力(FIP)的定向井压裂射孔方位优化模型;并进一步通过室内物理模拟,验证了模型的可靠性与合理性。模拟结果表明,FIP在360°射孔方位内周期性变化,存在两个最小和最大FIP点,并且随着井筒方位角的增加而增加,最小FIP逐渐增加,最大FIP逐渐减小;不同井斜角和方位角的最小FIP对应的射孔方向相差较大,斜井的最佳射孔方向应同时考虑井斜角和方位角的综合影响;水平主应力差和施工排量等因素对确定最佳射孔方位影响不大;并且在SXM气田X井进行了现场应用,优化的最佳射孔方向角为20°和205°,其对应的最小起裂压力为45.5 MPa。从而降低施工难度,为低渗储层射孔方位优化技术提供借鉴。     

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究

水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率,裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一.建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,通过分析求解模型可以得出:井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0°时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂;对比分析了现有裂缝延伸模型,得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟;分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响,计算结果表明,当隔层与产层的应力差大于5MPa时,裂缝被限制在产层内.     

一种新型地层裂缝液固两相径向流动物理模拟方法

裂缝滤失和堵漏是油气田开发与增产改造的关键,但目前对裂缝中液固两相径向渗流缺少物理模拟研究。提出一种新型物理模拟实验方法,该方法的创新点在于基于Eascan-D光电扫描技术和MATLAB建模方法成功设计了地层裂缝径向流动模拟实验装置。该装置能更佳符合真实的地层裂缝空间形态特征、可视化模拟井眼和地层裂缝的径向流动。并通过实验分析验证了装置的可靠性,结果表明颗粒在孔喉较小处沉积并堵塞,且流速越小,堵塞效果越好;平均开度相同的模拟天然裂缝出口流量较小,说明了在解决裂缝漏失问题时需要考虑裂缝面形态特征对流体渗流的影响。实验装置对堵漏颗粒的选择与堵漏剂的堵漏效果评价,以及认识井下裂缝内液固两相流动规律有重要的指导意义。     

混凝土握裹层径向压力对带肋钢筋黏结性能影响试验研究

对于带肋钢筋的黏结性能,钢筋横肋与混凝土之间的咬合力起控制作用.混凝土握裹层的径向压力是研究带肋钢筋横肋与混凝土之间相互作用的重要条件.通过拉拔黏结试验测量了劈裂破坏过程中混凝土握裹层作用在带肋钢筋上的径向压力.试验中,在钢筋内开槽布置两个微型荷载传感器测量混凝土握裹层的径向压力,通过对6个试件开展拉拔黏结试验测定了不同厚度混凝土握裹层的约束作用.试验发现,在试件劈裂破坏过程中,钢筋肋前有效角不断变小,黏结应力与混凝土握裹层的径向压力成正比;试件劈裂破坏时,钢筋肋前有效角与保护层厚度成反比,黏结应力沿锚固段的分布受到保护层厚度的影响:当保护层厚度适中时,黏结应力分布均匀.另外,试验测得的混凝土握裹层径向压力最大值与考虑裂缝黏聚力的厚壁圆筒理论模型预测值吻合较好.