不同注液速率水力压裂多裂缝扩展规律研究

为了分析影响水力压裂效果的射孔参数,采用TCHFSM-I型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置,并配合声发射监测系统和高温-高压动态流量计,以均质水泥砂浆试件为研究对象,对不同注液速率下水力压裂多裂缝同步扩展规律进行研究。研究结果表明:随注液速率增大,射孔裂缝长度和宽度不同程度增加,缝间干扰程度减弱,应力阴影效应减小,射孔间距较大时裂缝扩展更加均衡,压裂效果更佳;随注液速率增大,射孔水力压裂裂缝起裂压力增大,起裂时间变短,受射孔间距影响较小;不同注液速率条件下各射孔注液流量分配差异显著,且受射孔间距影响明显,射孔间距为20 mm和60 mm时,中部射孔注液流量占比分别为7.31%、10.88%、16.12%和31.12%、32.69%、33.44%。

压裂液黏度和注液速率对含层理页岩水力裂缝扩展行为的影响规律研究

为了研究压裂液黏度和注液速率等施工参数对含层理页岩水力压裂过程中其水力裂缝扩展行为的影响规律,首先采用数值模拟的研究方法,借助块体离散元法建立相关水力裂缝扩展模型,并对其模拟结果进行验证;在数值模型基础上,通过设置不同施工参数来进行模拟研究。研究发现:较低的压裂液黏度和注液速率时,所形成的水力裂缝内压力较低且分布均匀,水力裂缝更倾向于转向沿层理面扩展;而较高的压裂液黏度和注液速率时,裂缝内压力较高且分布差异大,此时水力裂缝更趋向于穿过层理面竖向扩展。

注液速率及压裂液黏度对煤层水力裂缝形态的影响

注液速率及压裂液黏度是煤层气井压裂设计中两个重要的可控参数,其不仅影响水力裂缝起裂压力及压裂施工压力,而且控制水力裂缝形态。采用鄂尔多斯盆地东南缘大宁-吉县地区天然煤岩,基于试验室物理模拟试验研究注液速率及压裂液黏度对水力裂缝形态及施工压力的影响。结果表明:注液速率及压裂液黏度较小时,主裂缝与分支缝连通形成沿最大水平主应力方向的复杂裂缝网络系统;随着注液速率及压裂液黏度的增加,水力裂缝复杂程度降低,形成平直单裂缝。提高注液速率或压裂液黏度会增大施工压力。对注液速率及压裂液黏度进行合理控制,可先在井筒附近生成平直裂缝,后在远离井筒处生成复杂裂缝网络,有利于增大煤层气单井排采体积。

注液速率对页岩水力压裂起裂的影响规律研究

为了研究近井筒区域内的裂缝起裂行为,采用单轴水力压裂设备开展水力压裂试验。采用不同的注液速率开展压裂试验,结果表明注液速率对近井筒范围内的裂缝起裂时间有显著影响,随注液速率增加,起裂时间减小。注液速率对裂缝起裂压力的影响可以忽略,裂缝起裂与注液总量具有较强的关联性。通过图像对比,分析了裂缝表面的粗糙程度,结果表明沿不同位置起裂的裂缝表面粗糙程度不同,沿层理面起裂的裂缝表面粗糙程度更大。

深部煤系储层缝间干扰多裂缝同步扩展规律试验研究

为研究深部煤系储层缝间干扰多裂缝同步扩展规律,采用自行研制的TCHFSM-I型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置,开展不同压裂孔间距、不同注液速率对多裂缝同步扩展规律的影响试验。通过观察和分析压裂过程中裂缝扩展形态、注液压力演化规律,以及声发射动态响应特征和注液流量演化特征,结果表明:压裂孔间距较小时,左右两侧裂缝扩展长度大于中部裂缝,随着压裂孔间距增大,左中右3条裂缝均衡扩展;增大注液速率可以使起裂压力增高,多裂缝长度增加,有效提高储层改造体积;增大压裂孔间距和注液速率,可以使左中右3个压裂孔的注液流量占比更均衡。

砂岩钻孔轴向预制裂缝定向压裂试验研究

针对煤矿坚硬难垮顶板带来的冲击灾害,提出沿钻孔轴向预制裂缝定向水力压裂缩短悬顶长度的降冲技术。选用尺寸为300mm×300mm×300mm的紫砂岩试样,在试件中心打通孔,孔径为25mm,沿孔壁不同方位预制裂缝长度为10mm的对称裂缝,共制备试件16块,利用真三轴压裂试验平台与恒流恒压注液泵开展水力定向压裂试验,监测获得注液压力-注液时间的变化曲线,统计压裂裂缝路径形态,并引入裂缝偏转角表征裂缝路径的偏转特征,研究了不同预制裂缝角、水平应力差异系数及注液速率对水力裂缝的起裂、扩展规律的影响,并结合Hubbert-Willis弹性水力压裂模型与Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹水力压裂模型分别讨论了试验结果中水力裂缝的起裂机理与扩展机制。试验结果表明:预制裂缝定向压裂均形成单一裂缝,且裂缝形态可归纳为两类:转向裂缝和平直裂缝。起裂压力随预制裂缝角的增大而增大,随着水平应力差异系数的增加而减小,随着注液速率的增加而增大;具有定向作用的预制裂缝角度随水平应力差异系数增大而减小。在相同偏转角下裂缝的扩展长度随预制裂缝角的增大先减小后增加,在45°时为最小;随着水平应力差异系数的增加而减小;随着注液速率的增加而增大。结合试验结果与理论模型讨论可知:预制裂缝具有定向作用时,可用Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹水力压裂模型预测起裂压力和裂缝偏转规律;预制裂缝定向作用失效时,适用Hubbert-Willis弹性水力压裂模型求解起裂压力。研究结果为现场预制裂缝定向压裂参数设计提供参照。

考虑页岩弱层理的水力裂缝扩展路径三维数值模拟

页岩弱层理界面是其区别于其它油气储层的典型特征,弱层理界面的存在决定了页岩体积压裂所形成缝网的复杂程度,影响着最终的体积压裂效果。以威远地区页岩气体积压裂为背景,基于粘聚力模型(Cohesive),建立了弱层理页岩储层水力裂缝扩展的三维有限元模型,计算分析了地应力差、层理面性质、注液速率对水力裂缝在弱层理面扩展路径的影响规律。结果表明,地应力差是影响裂缝扩展路径选择的重要因素,地应力差越大,弱胶结层理界面越难以开启,垂直裂缝越容易穿过页岩层理;层理面胶结强度越小,垂直裂缝容易在层理界面处发生偏折,影响裂缝高度;忽略压裂液缝内滤失,注液速率越大,垂直裂缝穿过弱胶结层理界面的可能性越大。

定向射孔多孔同步压裂裂缝交互扩展规律研究

针对传统切顶卸压沿空留巷技术很难控制顶板变形垮落等问题,为了更好地掌握切顶卸压时顶板的裂缝扩展规律,提出定向射孔多孔同步压裂切顶卸压方案并进行试验研究。在传统压裂试验过程中,射孔间距、注液速率对裂缝扩展效果影响较大,通过结合真三轴压裂渗流模拟试验系统与声发射监测系统,对300mm的立方体砂岩试件进行模拟试验。结果表明:声发射监测的声发射(AE)事件分布图能很好地反映出试件压裂过程中每个阶段的裂缝扩展形态和裂缝扩展规律;裂缝长度、起裂压力和裂缝缝网面积随横向射孔间距的增大而增大,裂缝宽度随射孔间距的增大而减小;随着注液速率的增大,主裂缝产生的次生裂缝减小,裂缝偏移现象也减少,复杂的裂缝也变得单一;压裂初期,裂缝从各射孔端部起裂,随着压裂的进行,射孔端部的裂缝变得复杂,主裂缝会沿着射孔方向扩展,形成横向射孔之间的贯通缝,最终裂缝从试件表面中部起裂扩展延伸至两端。研究结果可为定向射孔切顶卸压设计与施工提供一定的参考依据。

深井高应力砂岩压裂裂缝扩展规律研究

针对深井高应力条件下,煤矿顶板坚硬难以垮落带来的冲击灾害问题,提出高应力条件下压裂方案并进行试验研究,采用大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置进行水力压裂物理模拟试验,研究不同注液速率、不同黏度压裂液介质对裂缝起裂扩展规律的影响。结果表明:注液速率的提升可以明显缩短高应力条件下砂岩的起裂时间;注液速率的改变对高应力条件下砂岩的起裂压力影响不明显;压裂液黏度的增加对裂缝宽度具有一定的影响;通过对注液速率和压裂液黏度的合理调控,在一定的试验条件范围内可实现对砂岩起裂压力和起裂时间的预测;高地应力条件是影响裂缝发育的主要因素,由于高水平地应力差的存在,裂缝基本不会发生偏转,形成一条垂直于最小主应力的主裂缝。研究结果对深井高应力致裂顶板具有一定的参考价值。