油藏水力压裂区域分解模拟算法

由于压裂裂缝能增加地层的非均质性,因此,选用适当的数学模型和算法是提高模拟效果和计算精度的关键。将区域分解算法与黑油模型相结合,对水力压裂后形成的裂缝油藏进行了精细的模拟计算,通过计算渗透率的大小来描述裂缝的几何尺寸和方向。同时考虑到生产过程中裂缝导流能力会发生变化,采用了指数递减的方法对裂缝导流能力进行综合处理。模拟计算表明,运用该算法能较好地描述裂缝。本方法可用于对水力压裂油藏进行长期生产动态的计算和预测。     

基于扩展有限元算法的裂缝转向扩展轨迹预测

针对常规算法难以准确预测煤层转向压裂过程中裂缝跳跃式、不连续偏转的问题,提出采用计算精度高、计算量小且在解决局部特征问题和模拟各种不连续性传播方面具有显著优势的扩展有限元算法模拟煤层转向压裂过程,实现对裂缝轨迹的精准预测。通过有限元离散化的方法得到了转向压裂过程的扩展有限元模型。基于ABAQUS软件平台,采用扩展有限元算法对转向压裂试验的裂缝轨迹进行了预测,并与试验结果进行了对比分析;采用扩展有限元与有限元算法对现场压裂的裂缝轨迹进行了预测,并与现场微震监测数据进行了对比分析。结果表明,采用扩展有限元算法预测的裂缝轨迹为关于注液点对称的双翼型裂缝;裂缝在射孔端起裂后逐渐发生偏转直到与最大水平地应力方向一致,偏转幅度先增后减;扩展有限元算法预测的裂缝轨迹与压裂试验结果及现场微震监测点具有较高的匹配性,证明了该算法的准确性与可靠性。     

三维弯曲水压裂缝力学模型及计算方法

大多数水力压裂裂缝是弯曲的，但以往的水力压裂模型都不能同时模拟裂缝的弯曲和止裂，文中建立了一种新的三维水力压裂模型，它可以计算模拟裂缝的弯曲和止裂。同时建立了与三维水力压裂模型相对应的计算方法，在给定压力分布条件下，利用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式的性质简化积分方程的求解，并计算裂缝宽度。     

储层-裂缝组合单元在水力压裂井产能模拟中的应用

采用储层-裂缝组合单元模拟压裂改造后的储层、裂缝力学型态,推导相关有限元公式并进行压裂井产能模拟分析.这种方法的实质是将裂缝的质量、刚度矩阵变换叠加到储层整体相应方程矩阵中,以更精确反映裂缝开发动态参数的影响.计算结果表明:采用储层-裂缝组合单元有效解决了储层-裂缝网格尺度匹配的问题;反力算法避免了在高导流裂缝局部求解压力梯度产生的计算误差,提高了运算速度和求解压裂井产能的精度,为水力压裂井生产动态模拟和设计方案优化提供了新的处理方法.     

水力压裂裂缝壁面上热流密度函数的推导

许多压裂的油气井都具有较高的地层温度。为了获得最佳的压裂效果，在压裂设计计算时应该考虑裂缝中温度变化对压裂液流变特性和滤失速度等的影响。因此，需要建立水力压裂裂缝中的温度场模型，用于计算施工过程中裂缝中压裂液的温度随时间和位置的变化。根据热能平衡方程，建立起了滤失和非滤失裂缝缝面附近地层中温度的偏微分方程，然后借助于拉普拉斯变换和逆变换，获得了这两种情况下，裂缝壁面上的热流密度函数。通过算例分析发     

基于离散裂缝模型的复杂裂缝系统水平井动态分析

针对目前人工压裂裂缝存在倾斜、分支及不对称分布等情况,提出复杂裂缝系统下水平井渗流数值计算方法。首先对裂缝系统进行显式处理,分别建立基岩和复杂裂缝系统的数学模型,利用有限元方法对模型进行求解,并基于离散裂缝模型对裂缝系统进行显式降维处理,以减少数值计算量。与Odeh和Zerzar模型对比验证数值算法的正确性,并对复杂裂缝系统下的水平井进行计算。结果表明:压裂水平井除常见的4种流动形态(不包括外边界),早期还可能存在裂缝内的径向流动;定产量生产时早期裂缝内径向流动不再出现,且外部裂缝产量所占比例增大;水平井定井底流压生产时,裂缝分支增加了储层改造体积,能大幅度提高压裂水平井产量。     

页岩储层水平井分段压裂裂缝间距设计及影响因素分析

水平井分段压裂技术在页岩储层中广泛应用。多级裂缝间的相互作用对裂缝周围的应力转向有很大的影响,如何优化裂缝间距是一个亟待解决的关键问题。以KGD水力裂缝模型为基础,建立了水力裂缝周围诱导应力场的计算模型和分段压裂裂缝周围复合应力场的计算模型。以水平最大主应力的偏转角、分段压裂段数极限、压裂井段总长度为判断依据,形成了水平井分段压裂裂缝间距设计方法。实例计算表明：裂缝间距与裂缝半长、原水平主应力差、裂缝内压有一定关系;在顺序分段压裂中,后压裂的裂缝间距应大于之前的裂缝间距。     

页岩储层水平井分段压裂裂缝间距设计方法及影响因素分析

水平井分段压裂技术在页岩储层中广泛应用。多级裂缝间的相互作用对裂缝周围的应力转向有很大的影响,如何优化裂缝间距是一个亟待解决的关键问题。以KGD水力裂缝模型为基础,建立了水力裂缝周围诱导应力场的计算模型和分段压裂裂缝周围复合应力场的计算模型。以水平最大主应力的偏转角、分段压裂段数极限、压裂井段总长度为判断依据,形成了水平井分段压裂裂缝间距设计方法。实例计算表明:裂缝间距与裂缝半长、原水平主应力差、裂缝内压有一定关系;在顺序分段压裂中,后压裂的裂缝间距应大于之前的裂缝间距。     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型

基于水力裂缝层内爆燃压裂技术提高低渗透油田采收率和油井产量的基本设想，利用油藏渗流理论和节点系统分析方法，建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井产能计算模型，并分析了水力裂缝和爆燃裂缝参数对油井产能的影响。研究结果表明，在低渗透油藏中，增加水力裂缝的长度比增加水力裂缝的导流能力对油井增产更有利；爆燃裂缝的存在可在水力裂缝增加油井产量的基础上进一步增产，相对于水力压裂油井，爆燃压裂油井增产倍数可达1．55。由此说明，利用水力裂缝层内爆燃压裂技术来提高低渗透油田油井产量是可行的。     

基于砂泵压力控制的重复压裂缝宽计算

重复压裂过程中混砂车砂泵的排出压力控制裂缝宽度.重复压裂过程新裂缝周围应力控制复杂,重复压裂的缝宽计算结果与初次压裂的相比存在差别.本文建立了基于复杂压力控制的重复压裂裂缝宽度的计算模型,计算结果与实际结果误差小于7%.     

裂缝性油气藏压裂滤失系数的计算方法

压裂过程中的天然裂缝诊断、滤失系数的计算是裂缝性油气藏压裂的关键技术;数值方法由于部分参数不易获得或参数代表性差,而影响其精度和实用性.分析了裂缝性地层压裂液滤失机理,建立了天然裂缝开启的滤失计算模型,根据实际压裂井的小型压裂测试数据,对天然裂缝的开启前后滤失系数进行了求解,得到了依赖于压力的滤失系数.计算表明,此滤失计算方法更能够反应天然裂缝地层的滤失特点,对裂缝性地层的压裂设计具有指导意义.     

水平裂缝压裂井眼位移的有限元计算

用有限元法分别对有１－３条水平裂缝井眼在压裂时油层附近的井眼位移分布进行了计算。计算结果表明，增加裂缝数，并未使井眼位移的影响范围和位移的绝对值成倍增加，而是使裂缝周围区域的岩石更加紧密，同时还使裂缝处的水泥环承受巨大的拉应力，这样可能导致水泥环被破坏，该计算结果可用于分析和研究压裂对油层孔隙度及渗透率的影响。     

水平裂缝压裂井眼位移的有限元计算

用有限元法分别对有１～３条水平裂缝井眼在压裂时油层附近的井眼位移分布进行了计算。计算结果表明，增加裂缝数，并未使井眼位移的影响范围和位移的绝对值成倍增加，而是使裂缝周围区域的岩石更加紧密，同时还使裂缝处的水泥环承受巨大的拉应力，这样可能导致水泥环被破坏。该计算结果可用于分析和研究压裂对油层孔隙度及渗透率的影响     

气藏压裂水平井产能预测新方法

根据流体力学理论和动量定理，结合气体的性质和实际气体的状态方程，建立了气藏压裂水平井地层渗流和水平井筒管流耦合的计算模型，并给出了模型的求解方法。运用该模型对长庆油田低渗气藏进行了实际计算，同时分析了井筒半径、水平段长度、裂缝条数以及管壁粗糙度等参数对井筒压力损失和压裂水平气井产能的影响。计算结果表明，水平井筒内的压力损失对压裂水平井的生产动态有一定的影响；水平井内每条压裂缝的产量并不相等，端部裂缝的产气量高于中部裂缝的产气量；水平井筒内的压力呈不均匀分布，从指端到根端压力逐渐降低。     

压裂液黏度及注入速率对裂缝网络形态的影响

根据现场监测与岩芯观察结果,天然裂缝对水力压裂效果影响显著,压裂后易形成复杂缝网。通过数值计算对裂缝性储层压裂效果进行预测,可以实现对压裂参数(如压裂液黏度、注入速率等)的优化。本研究采用位移不连续方法计算压裂裂缝与天然裂缝的法向与切向位移,裂缝内流动方程采用有限体积法计算。压裂裂缝的扩展基于F能量判据,天然裂缝根据受力状态的不同存在闭合、滑移及开启3种形式。通过将裂缝变形方程与流动方程耦合求解,可以获得压裂裂缝在天然裂缝网络中的生长情况。由于压裂施工参数可以进行人为调整,因此了解不同施工参数对压裂效果的影响至关重要。现场及室内试验结果表明,高速注入高黏度流体更容易获得较为集中的裂缝分布。对比不同压裂液黏度及注入速率条件下天然裂缝壁面次级裂隙的生长行为,结果表明,高黏度、高注入速率的压裂方式更有助于次级裂隙的生长,从而抑制流体沿大尺度天然裂缝的流动,使压裂后裂缝分布更为集中。同时,计算结果还表明,高黏度、高速率的压裂方式获得的裂缝开度较大,总长较短,接触天然裂缝面积较小;低黏度、低速率注入的方式有助于激发天然裂缝网络,诱导天然裂缝发生明显的剪切滑移。     

基于模拟退火法的水力压裂裂缝参数反演

提出一种基于模拟退火的水力压裂裂缝参数反演算法, 并以合成的倾斜场数据为例, 对水压裂缝的中心位置、倾向、倾角和体积等参数进行了反演试算。试算结果表明, 与传统的梯度法或贝叶斯反演方法相比, 这种新方法在有效估算水力压裂裂缝关键参数的同时, 显著地扩大了目标函数的收敛区域, 降低了算法对裂缝参数初始值精度的依赖程度, 提升了反演算法的适用范围, 并且不需要任何裂缝参数的先验信息。该研究为水力压裂过程中裂缝参数的实时解算提供了算法基础。     

基于模拟退火法的水力压裂裂缝参数反演

提出一种基于模拟退火的水力压裂裂缝参数反演算法,并以合成的倾斜场数据为例,对水压裂缝的中心位置、倾向、倾角和体积等参数进行了反演试算。试算结果表明,与传统的梯度法或贝叶斯反演方法相比,这种新方法在有效估算水力压裂裂缝关键参数的同时,显著地扩大了目标函数的收敛区域,降低了算法对裂缝参数初始值精度的依赖程度,提升了反演算法的适用范围,并且不需要任何裂缝参数的先验信息。该研究为水力压裂过程中裂缝参数的实时解算提供了算法基础。     

基于最小体积封闭椭球算法的多段水力压裂改造体积估算

压裂改造体积(stimulated reservoir volume,SRV)是页岩油气开发的重要参数之一。为了解决在多段水力压裂作业过程中,不同压裂井段间压裂改造体积彼此重叠、单段压裂可能会形成复杂裂缝网络的问题。提出了基于最小体积封闭椭球算法(minimum volume enclosing ellipsoid,MVEE)的SRV估计算法。该算法首先使用DBSCAN(density based spatial clustering of applications with noise)算法消除微震事件的异常定位结果并将复杂微震事件展布进行分组处理,转化为多组分布特征相对简单的微震事件,然后使用最小体积封闭椭球算法(minimum volume enclosing ellipsoid,MVEE)估算单段压裂改造体积,最后基于椭球体参数,利用仿射变换消除多段压裂改造体积的重叠区域和单段压裂的不同分组间的重叠区域,并最终估算出整体压裂改造体积。使用两组实测水力压裂微震监测数据对本文方法进行了验证,结果表明:提出的方法对于多段压裂裂缝网络重叠和单段压裂可能形成复杂裂缝网络两类情况下的压裂改造体积的估算具有较好的效果。     

裂缝性地层中水平井压裂裂缝起裂新模型

对裂缝性地层中的水平井进行水力压裂时,井筒附近的天然裂缝会对压裂产生影响。现有压裂裂缝起裂压力计算模型所考虑的影响因素各有侧重,且尚未考虑井筒附近天然裂缝产生的诱导应力场对起裂压力造成的影响。本文基于弹性力学及岩石力学理论,综合考虑了井筒周围天然裂缝的诱导应力、压裂液渗滤效应、岩石温度变化、封隔器影响等因素,建立了一个适用于裂缝性地层中的水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,且计算简便便于推广。本文根据实例计算分析了天然裂缝影响起裂压力的各个因素,并进行了对比。计算结果表明,一定条件下井筒周围天然裂缝对起裂压力影响明显,采用以前的起裂压力计算模型误差较大。     

基于微地震事件点的SRV拟合方法比较研究

针对噪声影响下基于微地震事件点的改造体积（SRV）计算不准确的问题,开展了微地震事件SRV拟合算法研究。采用三维水力压裂模型来模拟主裂缝扩展和压裂液由裂缝向基质扩散的过程,依据断裂准则和临界孔隙压力来判断所引发的微地震事件,进而得到水力压裂SRV。基于异常点概念,采用各算法拟合去异常点前、后的微地震事件点集,进而得到相应的SRV,并与水力压裂模拟求得的SRV对比。结果表明,异常点处理可以降低噪声对3种拟合算法计算SRV的影响;面元算法虽然较为保守,但微地震事件SRV与水力压裂SRV相差不大,且具有较好的稳定性和抗噪性;三维狄洛尼三角剖分和最小体积覆盖椭球两种算法所得的微地震事件拟合SRV虽然与水力压裂SRV误差相对较大,但这两种方法不仅从数学领域清楚地划分了微地震活动区域,且提供了更详细、更定量化的SRV几何结构。