应用断裂力学理论建立油气井压裂时岩石破裂压力计算模型

考虑地层岩石存在天然微裂隙这一客观事实，运用断裂力学理论建立了地应力与压裂液共同作用时地层裂隙的应力强度因子表达式；根据断裂判据，推得了地层破裂压力计算模型；并对某油田几口井进行了实算与电算对比．结果表明，运用断裂理论建立的破裂压力计算模型由于考虑了裂隙的存在，与地层的实际更为吻合，因而准确性更高，适用范围更广．其计算结果与现场实测值更为撞近．从而廿．验证了模型的可靠性．     

运用断裂理论确定地层破裂压力(P_F)值

本文综合应用断裂理论、岩体力学等知识,对油气层压裂机理进行了有益的探讨。通过对油气井井底的地应力静应力场,和动应力场的分析,考虑地层岩石存在天然微裂隙这一客现事实。建立了地应力与压裂液共同作用时,地层裂隙的应力强度因子表达式;根据断裂判据,推得了地层破裂压力计算模型;并对四川油田川中矿区几口井进行了实算与电算对比,验证了模型的可靠性。     

三维分层地应力模型与井眼岩石破裂准则

对油田开发分层地应力进行弹性力学分析 ,建立了分层地应力三维弹性力学计算模型 .分析模型综合考虑了垂向地应力与岩石特性对破裂压力的影响 ,给出考虑垂直应力影响的最小地应力计算公式 ,结果可用于油田开发设计 .另外 ,分别考虑地层垂向压力和岩石变形特性的影响 ,采用控制最小周向应变参数得到了井眼岩石破裂的准则 .     

酸损伤降低岩石破裂压力计算新方法

地层岩石难以破裂是深层、致密油气藏压裂改造的瓶颈问题,酸损伤技术是降低破裂压力的新型技术。岩石经强酸损伤后,孔隙空间增加;定义孔隙度的变化为损伤变量,并将损伤变量引入破裂压力预测模型。利用砂岩酸化模型计算损伤变量,并基于损伤变量预测酸损伤后的破裂压力,形成破裂压力变化图版。研究结果表明:当损伤变量大于0.2时,破裂压力降低幅度明显;酸损伤施工参数对损伤变量有明显影响。采用优选的施工参数即注酸强度为2.0 m3/m,HF酸浓度为3.0%,排量为1.5~2.0 m3/min,X井破裂压力降低12.1 MPa。模型预测与矿场结果吻合程度高,验证了模型的正确性。     

深水浅层破裂压力计算方法

假设深水浅部地层为均质、各向同性的理想弹塑性材料,将井眼周围的地层分为弹性区和塑性区两部分,地层屈服后服从Mohr-Coulomb强度准则,推导出深水浅层不排水时的塑性区半径和井周应力场的理论解答,引入土力学中的超孔隙压力理论,得出井眼钻开引起的超孔隙压力在井眼周围的分布规律,结合水力压裂理论分析了深水浅部地层的破裂机理并推导出破裂压力的理论公式。该理论的计算结果与工程实测结果接近,证明该理论的可靠性的。深水浅部地层未成岩,在分析深水浅部地层的地质力学问题时,应当考虑引入土力学中的相关理论进行分析。     

岩石动态复合型初始断裂的应力强度因子计算

采用有限元和动态Ｊ积分相结合的方法,首次精确地计算了四点弯曲试件的Ｋｉ（ｔ）Ｋ（ｔ）的值,获得了各种复合比时Ｋ１（ｔ）,Ｋ（ｔ）的关系曲线,并提出了一种确定Ｋ１ｄ和ＫＩＩｄ的方法,对提出的算法程序进行了验证。     

一种地层破裂压力的估算方法

目前预测地层破裂压力的方法很多,多数方法中的参数需经过大量的岩心试验获取.实际工作中我们常常遇到没有岩心实验数据或者数据不足的情况,本文提出的是一种利用现场实测数据的方法,通过实测数据反算计算公式中的参数,然后计算破裂压力.在资料不全的情况下用此方法简单实用,现场应用亦很方便.     

岩石破裂压力和力学特性参数的计算

钻井工程、井下作业及采油均需要了解地层的各种压力及力学特性参数．文中介绍了岩石破裂压力、单轴抗压强度、起始剪切强度、就地最小主应力、就地最大主应力及方向和杨氏模量、切变模量、泊松比等弹性参数的计算方法及其在油田工程、地质、采油等领域的应用．对计算方法的适用条件进行了分析讨论．在分析研究的基础上编制了用于生产的软件并设计了汉字图头，为现场提供了各种有用信息．     

利用多极子阵列声波测井资料计算横向各向同性地层破裂压力

准确计算各向异性地层中岩石破裂压力在石油勘探开发中有着十分重要的作用.针对常见的横向各向同性介质地层,推导了三轴地应力计算公式,提出了利用多极子阵列声波测井资料来求解其相关参数,从而计算岩石破裂压力的方法.同时开发了相应的计算软件,给出了在某油田碳酸盐岩储层的应用实例.实际资料处理表明,利用该计算公式处理的结果与各向同性模型相比,更符合破裂压力实际监测结果.     

利用多极子阵列声波测井资料计算横向各向同性地层破裂压力

准确计算各向异性地层中岩石破裂压力在石油勘探开发中有着十分重要的作用。针对常见的横向各向同性介质地层,推导了三轴地应力计算公式,提出了利用多极子阵列声波测井资料来求解其相关参数,从而计算岩石破裂压力的方法。同时开发了相应的计算软件,给出了在某油田碳酸盐岩储层的应用实例。实际资料处理表明,利用该计算公式处理的结果与各向同性模型相比,更符合破裂压力实际监测结果。     

油气层爆燃压裂裂缝动态延伸模型

基于油气层爆燃压裂造缝加载模型,建立地层破裂和止裂压力、爆燃气体渗滤、裂缝延伸长度和宽度以及爆燃气体的质量守恒与能量守恒计算模型,并耦合求解,分析爆燃压裂过程中井筒压力、裂缝几何形态变化。结果表明:火药爆燃后,井筒中的压力、温度迅速上升,达到地层破裂压力时起裂,裂缝开始延伸;在火药爆燃、气体渗滤作用下,爆燃气体的压力先增加后减小,最后降至地层初始压力;在爆燃加载条件相同的情况下,随裂缝条数的增加峰值压力和裂缝长度均减小;裂缝延伸过程中裂缝宽度先增大后减小,裂缝条数越少,裂缝宽度最大值和最终值越大。     

页岩油水平井多段压裂裂缝高度扩展试验

针对吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层压裂垂向改造程度低的问题,基于真三轴水力压裂模拟试验研究CO2与胍胶复合压裂相比于常规水基和超临界CO2压裂缝高扩展的优势.创新性建立一套针对天然页岩的水平井多段压裂模拟试验方法,并通过试样剖分、CT扫描和声发射监测等方法综合确定多段压裂裂缝形态和破裂机制.结果表明:低黏度滑溜水和超临...     

油井水力压裂的三维数值模拟

为了研究油层岩石在水力载荷作用下的裂纹扩展及渗流行为,采用渗流应力耦合模型对水力压裂过程进行了三维有限元方法数值模拟研究.预设裂纹用粘结单元来模拟,裂纹的起裂和张开用单元的损伤因子表征.为了使得在裂纹扩展过程中,流体压力能随裂纹扩展动态地跟踪加载到裂纹面上,给出了流体压力在裂纹内传递的模型,并编写用户子程序予以实现.模拟结果得到了水力压裂过程中岩石中的应力分布、孔隙压力分布、压裂液的滤失以及裂缝的几何形态.分析了压力和隔层等因素对裂纹几何形态的影响.该研究结果对石油工程中压裂方案设计及故障诊断有一定的理论参考价值.     

滑套固井压裂起裂压力及影响因素

起裂压力高是滑套固井压裂面临的主要问题。根据滑套固井压裂的特征,建立地应力条件下滑套固井压裂计算模型,运用有限元法及岩石抗拉强度准则计算起裂压力,通过长庆油田桃X井的实例进行验证。结果表明:水平地应力差及端口方位角是滑套固井压裂起裂压力的主要影响因素,随着水平地应力差的增大,起裂压力降低,端口方位角增大时,起裂压力增大;地层岩石的弹性模量对起裂压力有较大影响,随着地层岩石弹性模量的增大,起裂压力增大;水泥环厚度对起裂压力的影响规律与水泥环和地层的弹性模量有关,当地层弹性模量大于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而减小,当地层弹性模量小于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而增大。     

水力裂缝层内爆燃压裂油井产能模型电模拟实验评价

根据相似原理，建立了水力裂缝层内爆燃压裂油井流体渗流场分析的电模拟实验装置，并利用该装置测定和分析了不同水力裂缝和爆燃裂缝参数条件下的等压线和电流比，用电流比表征油井增产效果，与水力裂缝层内爆燃压裂油井产能模型的计算结果进行了对比。研究结果表明，水力裂缝和爆燃裂缝的存在，改善了流体在地层中的渗流状况，有利于油井产能的提高；实验模型产能测试结果与计算模型预测结果之间相对偏差为0．21％～7．72％，平均相对偏差为4．06％，证明电模拟实验具有较高精度。     

考虑启动压力梯度的低渗透油藏污染井压裂增产新模型

根据单一启动压力梯度的低渗透油藏直井产能公式,分别考虑污染区与未污染区压裂后的渗透率和相应的启动压力梯度变化,建立分区考虑启动压力梯度的低渗透油藏污染井压裂增产新模型。结果表明:污染区内外的启动压力梯度差别较大,考虑污染区内外不同启动压力梯度的低渗透油藏污染井产能预测模型更符合实际情况;考虑污染区内外不同启动压力梯度所计算的产能比没有考虑启动压力梯度的产能要小得多,对于压裂井,启动压力梯度的影响较小。     

煤层气井压裂引起的渗透率损伤研究

由于煤层的应力敏感性,在煤层气井的压裂过程中,随着高压流体的持续注入,压裂裂缝的产生势必会对附近的煤层渗透率产生影响。针对煤层气井压裂引起的渗透率损伤问题,通过理论计算的方法,建立了压裂引起的诱导应力与渗透率之间的关系式,通过计算实例,分析了压裂引起的渗透率的损伤特征。研究认为:压裂产生的诱导应力和引起的渗透率损伤均在裂缝两侧呈对称性分布;压裂对裂缝附近煤层渗透率会产生直接的影响,渗透率损伤现象明显;压裂引起的渗透率损伤可能是某些已压裂的煤层气井增产效果不明显的原因之一。     

气体钻井井底低温对岩石破碎的影响机制

首先分析井底钻头喷嘴的Joule-Thomson效应,其次,建立急剧冷却条件下井底岩石的温度场分布模型,并以此建立井底岩石动态热应力分布模型,对气体钻井井底热冲击应力进行深入剖析。此外,通过引入井底岩石裂纹尖端应力强度因子,对钻头载荷和热应力共同作用下的井底岩石裂纹扩展失稳进行分析,对砂岩岩样进行液氮冷却试验,并对其进行声波实时测量。结果表明:在热应力的作用下岩石裂纹的抗扩展阻力存在极小值,气体钻井岩屑粒度较小;随着温度的降低,波速在岩石中呈线性衰减,声波的首波波幅也有明显的延迟,说明冷却处理对岩心内部结构产生了很大影响。     

高能气体压裂载荷计算模型与合理药量确定方法

针对高能气体压裂中合理火药质量范围难确定的问题,分别利用不同加载条件下的岩石动态损伤模拟试验和对强内压下射孔套管径向位移、周向应力的理论研究,建立既能确保压裂储层岩石又不会破坏套管的极限压力计算模型;结合已有火药爆燃加载模型和压挡液柱运动模型,组建极限装药量耦合动力学模型,进而推导耦合数值求解方法;在此基础上分别研究火药弹装药结构和压挡液柱高度对极限火药质量的影响。应用结果表明,11次现场高能气体压裂施工中无破坏套管井例,8次作业措施有效,达到预期效果。