多孔眼裂缝竞争起裂与扩展数值模拟

射孔是水力压裂作业成功实施的关键因素之一,射孔参数研究对于储层改造、油气开采具有重要意义。基于全局嵌入黏聚区域模型（Cohesive Zone Model）,建立了模拟多孔眼裂缝起裂、扩展的有限元模型。模型把储层考虑为致密、低渗透性的孔弹性介质,耦合了裂缝中流体流动与地质应力间的相互作用。KGD解析解与模拟结果保持吻合,验证了黏聚区域模型的准确性。研究结果表明多孔眼起裂会表现出4种竞争起裂模式：第一,初期就起裂并维持张开;第二,孔眼张开但未曾起裂;第三,初期起裂扩展后又闭合;第四,初期未起裂中后期才起裂。随着射孔密度的增加,孔眼的起裂率和平均破裂压力逐渐降低,近井筒区域裂缝复杂度增加。随着排量与黏度的增加,孔眼的初始起裂率、形成的主裂缝以及微裂缝数量都呈增加的趋势,水平应力差的影响则与之相反。多个射孔孔眼存在时,裂缝通过合并或闭合的方式呈现出由复杂到简单的变化,裂缝数量表现出由多到少的变化,最终形成以2~4条主裂缝为主（按孔眼起裂形成的主缝数进行统计）,微裂缝为辅的扩展模式。     

泌阳凹陷陆相页岩复杂裂缝起裂及扩展研究

泌阳凹陷陆相页岩油具备较好的形成条件,进行水力压裂改造的可行性较好,但泌阳凹陷已部署的几口页岩油井均存在高产期短、稳产油量低的问题。通过大型真三轴水力压裂物理模拟实验系统,开展泌阳凹陷陆相页岩油储层水力压裂裂缝起裂及扩展的机理研究,结果表明,泌阳凹陷陆相页岩压裂时为了形成复杂裂缝,水平应力差异系数不应大于0.2。当井筒与层理面呈45°夹角时,更有利于形成复杂裂缝;当压裂液排量为25 mL/min(换算实际排量为12.4 m3/min)时比较容易形成复杂裂缝。在此基础上,通过可视裂缝模拟系统优化了具体的压裂施工参数,对下一步泌阳凹陷陆相页岩压裂改造具有一定的借鉴意义。     

多射孔压裂对水力裂缝扩展规律的影响

岩石水力压裂涉及到复杂的流固耦合过程,水力裂缝扩展规律及压裂液与岩体间耦合机理是目前研究的热点与难点。基于ABAQUS平台的扩展有限元法（XFEM）具有计算精度高和计算量小的优势,其中的Soil模块可用来模拟岩石水力压裂的复杂过程,分析水力裂缝的扩展路径、宽度、应力等基本参数。通过上述数值模拟方法,研究了单射孔压裂、两射孔异步压裂、两射孔同步压裂3种工况对水力裂缝扩展路径、裂缝宽度、裂缝长度、射孔眼孔压等参数的影响。模拟结果显示：(1)在两射孔异步压裂和两射孔同步压裂工况下,由于裂缝之间的干扰,最小水平主应力的大小和方向以及储层抗拉强度发生改变,进而改变了水力裂缝的扩展路径;(2)在3种工况下,单射孔压裂形成的水力裂缝宽度最小,储层岩石初始起裂压力最小;异步压裂形成的水力裂缝宽度最大,长度最大,储层岩石的初始起裂压力最大;两射孔同步压裂时形成的水力裂缝长度最短,宽度、初始起裂压力则位于前述2种工况之间;(3)射孔间距影响同步压裂和异步压裂时的初始起裂压力,缝宽最大值及裂缝长度等。模拟结果可为不同的场地条件及压裂需求下选取合适的压裂方法提供初步理论指导。     

水平井定向射孔裂缝起裂与穿层特征数值分析

为了探索水力裂缝的起裂形式和受控因素影响以及水力裂缝扩展至产层隔层界面处的穿层特征,运用基于有限元的数值模拟方法建立数值模型对其进行分析和研究,重点探讨了压裂双裂缝形成的可能性和条件,模拟了裂缝延伸至产层与隔层界面处的穿层现象。结果表明,地应力差和射孔方位角对压裂裂缝的起裂形式影响显著,地应力差越大,则裂缝从射孔方向起裂的可能性越小,方位角越大,从射孔方向起裂的可能性也越小,此时若水泥环失效,裂缝可从井壁大主应力方向起裂;若满足岩层物理力学与压裂条件,裂缝同时从射孔方向和井壁大主应力方向起裂的双裂缝起裂形式是可能的;在裂缝延伸过程中,产层与隔层弱胶结界面可使裂缝钝化或滑移成“T”型裂缝,弹性模量较小的隔层有利于裂缝穿层并继续延伸。数值分析结果可对水平井射孔参数优化及水力压裂施工提供些许参考。     

断裂力学在水力压应用的最新研究

为了分析断裂力学能否用来模拟水力压裂和注水中裂缝的产生和扩展，讨论了断裂力学的基本概念，评述了新近在裂缝产生和准平衡形成的模拟上所取得的进展，特别注意到过程 压裂中的作用。在实验室和现场的水力压裂试验中观察到的过程带，可以 解释模拟的和实测的有效破裂压力之间的差异。揭示了过程带是断裂力学常见的重要部分，可用来校准水力压理解模型。指出了压裂现象中带确定性和概率性的技巧，讨论了标度和速度效应。     

页岩储层多簇限流射孔裂缝扩展规律

在多簇密集切割压裂情况下,多缝间诱导应力干扰现象严重,使得优化射孔簇参数促进多簇均衡改造变得尤为重要.采用耦合岩石变形和流体流动的多簇限流射孔裂缝扩展模型,结合裂缝形态定量评价指标,展开限流射孔参数对裂缝扩展影响规律研究.结果表明:段内六簇射孔压裂时,密集切割使得多簇间诱导应力场影响区更为复杂,高孔密、均匀布孔时多裂缝...     

射孔水平井爆燃气体压裂裂缝起裂研究

爆燃气体压裂技术可实现水平井的经济高效开采,压裂过程中水平井方位、射孔相位与裂缝起裂密切相关,影响施工成败和压裂效果。应用叠加原理将作用于油水井壁裂缝的复杂载荷分解为单个简单载荷,根据弹性力学、线弹性断裂力学理论,基于两孔相交应力集中的力学模型推导了射孔完井方式水平井井壁处的应力场,得到了爆燃气体压裂井壁岩层动态起裂条件,通过设定与时间相关的井筒推进剂燃烧气体压力脉冲函数,可以实现水平井方位角与射孔相位角及裂缝起裂压力、起裂角及起裂时间关系的迭代求解。算例分析表明,与裸眼井相比,射孔完井裂缝的起裂压力和起裂角受水平井方位角和射孔相位角双重制约,射孔可有效降低爆燃气体压裂水平井起裂压力,不同的水平井方位角对应于不同的最优射孔相位角使起裂压力最低。     

射孔相位及地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展影响的实验研究

为了深入研究射孔相位、地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展的影响,采用大尺寸真三轴模拟实验系统进行水力压裂实验,通过扫描裂缝断面描述了水力裂缝扩展和分布状态,分析了射孔相位及地应力对薄互层起裂压力及裂缝扩展的影响,并进行初步的机理分析,为压裂设计和施工提供支持。实验结果表明:①岩心在射孔末端沿射孔方向开裂,随后裂缝转向,沿垂直于最小水平主应力方向扩展;相同地应力下,射孔相位60°时岩心起裂压力最小,初次开裂及压裂过程用时最短,且裂缝扩展或产生新缝数量多、形式复杂。②当垂向主应力与最大水平主应力差较大且水平主应力差较小时,岩心起裂压力较小,裂缝扩展过程平稳,受岩石断裂韧性影响微弱;当垂向主应力与最大水平主应力差较小时,水平主应力差越大,则起裂压力越大,裂缝扩展次数越少,压裂过程用时越短。③当水平主应力差较大时,裂缝沿垂向扩展明显,断裂面平直且垂直于最小水平主应力方向;当水平主应力差较小时,裂缝扩展方向难控制,易产生偏转或横向裂缝。④水力裂缝与结构面相遇时产生支裂缝,以及出现分叉、转向、穿层等现象是形成复杂裂缝网络的必要条件。层理影响裂缝穿层,微裂隙与微空隙对起裂压力和裂缝扩展均有影响。      

新井定向射孔转向压裂裂缝起裂与延伸机理研究

为了提高特低渗油藏新井的压裂效果,提出了采用定向射孔技术进行转向压裂从而形成双S型水力裂缝的新方法。基于有限元三维应力分析,研究了定向射孔下水力裂缝的起裂机理。考虑任意裂缝形态、地应力和缝内液体压力分布的影响,建立了任意形状裂缝应力强度因子的确定模型;同时考虑Ⅰ型和Ⅱ型断裂,建立了复合裂缝延伸准则。提出了定向射孔水力压裂裂缝的延伸轨迹计算模型和步骤,编制了裂缝延伸的模拟软件。采用地面微震进行了3口井的现场验证,地面微震检测结果与计算结果吻合。利用定向射孔压裂技术在单个层内可以形成双S型水力裂缝,可作为提高特低渗透油田产量的一种方式。     

地层压裂缝高度预测方法及应用

水力压裂高度预测,对试油和储层改造都有非常重要的作用。本文通过地层强度参数、地层闭合压力(一般来说是最小水平应力)和岩石破裂特性计算出应力强度因子和岩石韧度来获取地层压力剖面和裂缝高度。同时运用破裂点最小水平应力与加压值之和与预测点最小水平应力相比较的方法来预测射孔层段压裂缝高度.将这些方法应用到实例中,达到了预期的压裂效果。     

高压水射流射孔井眼应力数值模拟研究

水力射孔技术是一种新型完井方式,利用深穿透水力射孔技术辅助定向压裂,可实现油层改造和油井增产。考虑套管水泥环的影响,采用有限元理论结合ANSYS软件计算了高压水射流水力射孔井眼周围的应力,重点分析了水力射孔参数对井周应力的影响规律,初步研究了直井水力压裂时水力射孔对裂缝起裂的影响。计算结果表明,沿最大水平地应力方向布孔时,孔眼根部的周向拉应力最大,裂缝将会在孔眼根部起裂;选择合理水力射孔参数可有效降低地层破裂压力。研究结果可为高压水射流水力射孔辅助定向压裂提供参数优选的依据。     

超高压射孔-油井增产措施联作完井技术

超高压射孔技术可与酸化、压裂技术联作,用于灰岩及低压、低渗油藏,降低操作费用,提高采油指数;与防砂技术联作用于疏松砂岩油藏,可减少污染,改善防砂效果。从16口超高压射孔完井的压力恢复曲线统计可知,14口井的表皮系数为负值。     

垂直射孔井地应力及破裂压力研究

一般水力压裂井施工前都进行了射孔作业,不同的射孔参数可能会对压裂施工和压后产能产生不同程度的影响。应力分析是进行这类研究的基础,文章在国内外相关应力分析研究的基础上,运用解析方法研究了射孔后孔眼围岩的地应力分布,通过应力分布计算,结合抗拉破坏准则,对垂直射孔井水力压裂破裂压力进行了分析,得到了孔眼围岩应力分布和垂直射孔井水力压裂破裂压力的定性认识,可以为压裂井射孔工艺技术优化设计提供一定的指导。
     

裂缝延伸压力的现场确定方法研究及应用

根据新疆鄯善油田38口井的压裂施工资料,拟合出裂缝延伸压力梯度与压裂目的层压力系数之间的关系。经验证,该方法简单可靠。在新区进行压裂设计时,由于没有先前的压裂施工资料可供借鉴,此时可用该方法对裂缝的延伸压力进行估算,进而掌握地面施工系压和功率消耗情况,并由此选择地面设备、井下工具及部分压裂工艺参数,使压裂设计更具科学性。     

同步压裂时裂缝延伸规律

同步压裂是对两口或两口以上基本平行的水平井的对应井段同时进行压裂施工,以期获得更好的单井产量、提高采收率。以边界元方法中位移不连续法为基础,根据岩石断裂力学,结合裂缝转向机理建立一个平面二维模型,模拟研究两口井同步压裂时裂缝的延伸,对比相同条件下单井压裂时裂缝的延伸情况,讨论缝内净压力和缝间距对裂缝延伸路径的影响。研究表明:在相同的条件下,同步压裂比单井压裂更容易使裂缝发生偏转;同步压裂时裂缝相互吸引、靠近,单井压裂时裂缝相互排斥、远离;缝内净压力对裂缝偏转的影响大于缝间距。该研究为致密油以及页岩气实施同步压裂提供了理论依据与参考。     

利用测井资料求取地应力及压裂控制研究

通过常规测井资料求取岩石力学参数的方法研究、地应力的现场求取方法研究、地层孔隙压力的计算和地层破裂压力的计算方法研究，为现场进行压裂施工提供依据。在方法研究的基础上，自主开发了利用常规测井资料求取地应力剖面和压裂控制的解释平台，对实际测井资料进行处理解释，取得了满意的效果。     

柴达木盆地某油气聚集区电性结构研究

柴达木盆地某油气聚集区地质条件复杂,地震勘探效果不明显。 在该区布设了 5 条广域电磁法测线,采用 2 n 序列伪随机信号发射源和广域电磁法油气目标识别技术,研究了该区电性结构特征。 结果表明,该区存在 5 个主要电性层,产气层为高电阻率特征,产气层反演电阻率是非产气层的 2 倍以上。 反演
结果与钻井及地震资料对比证明,广域电磁法对油气层识别较有效。 由于施工简单,成本低,广域电磁法有一定的推广应用价值。     

压裂裂缝垂向延伸的人工控制技术

本文较为详细地分析了垂直裂缝高度人工控制技术机理,在此基础上提出在压裂裂缝形成初期,填加低密度上浮剂或高密度下沉刻,从而增大裂缝垂向末梢的阻抗值和假滑动效应,形成人工遮挡层,限制裂缝垂向上的过度延伸,防止压穿上下水层,提高压裂液效率、裂缝效率及压裂的有效性,降低压裂成本,增加油井产量。通过实例计算分析,说明本文所用方法在垂向裂缝的人工控制上是可行的。     

整体压裂水力裂缝参数对采收率的影响

针对低渗透油田五点法注水开发井网,采用数值模拟方法,研究了整体压裂改造中水力裂缝方位及参数对采收率的影响.提出了把油藏与裂缝按一个系统建立数学模型的求解方法,并通过实例计算和文献结果对比,验证了这种方法的可行性.