水力压裂可视裂缝模拟系统的研制与应用

为指导现场压裂实践,建立一套模拟实际压裂施工的室内模拟系统。以现场施工设备为原型,综合考虑缝宽、温度、压裂液滤失、储层岩性等多种实际因素,研制了可高度模拟储层环境的大型可视裂缝模拟系统。该系统通过测定实验过程中支撑剂的水平运移速度与沉降规律,分析支撑剂形成的砂堤形态,针对性地解决支撑剂在裂缝中铺置规律认识模糊的问题;该模拟系统可优选支撑剂与压裂液体系,优化施工参数和返排制度,实现通道压裂技术研究与新技术测试等功能,对压裂施工方案的设计与评价都具有重要的指导意义。

三维裂缝模拟软件

奎北克水电公司工程技术人员研制开发一套能够模拟大坝裂缝状态的软件系统。

径向井立体压裂裂缝扩展数值模拟

基于有限元-无网格法,考虑压裂液流动与岩石基质变形的耦合作用,建立了径向井压裂裂缝扩展数值模型,模拟了径向井压裂裂缝形态,定量表征了径向井对裂缝的诱导作用,揭示了方位夹角、水平主应力差与岩石基质渗透率等对裂缝形态演化的影响机制。研究表明,同层双分支径向井压裂时径向井间存在挤压作用,当径向井沿最小水平主应力方向对称分布且方位夹角大于15°时,挤压作用减小了径向井的裂缝引导长度,当径向井沿最大水平主应力方向对称分布时,挤压作用增大了径向井的裂缝引导长度。裂缝形态由径向井的纠偏作用、径向井间的挤压作用与最大水平主应力的偏转作用共同控制。当径向井沿最小水平主应力方向对称分布时,径向井的裂缝引导长度随着方位夹角的增大逐渐减小,当径向井沿最大水平主应力方向对称分布时,径向井的裂缝引导长度随着方位夹角的增大先减小后增大。径向井的裂缝引导长度随水平主应力差的增大而减小。岩石基质渗透率增大,径向井周围基质的孔隙压力增大,对裂缝的诱导作用增强。

封堵评价用微裂缝岩心的模拟及模拟封堵实验

采用不同厚度的金属箔片和胶凝材料浇筑出了微裂缝岩心,配合高温高压失水仪外筒和泥浆杯,通过监测30min内的漏失量,即可开展微裂缝岩心封堵评价实验,评价钻井液的封堵效果。通过微观观察法和流量计算法对制作的微裂缝的表面形态和开度进行了验证,结果表明岩心缝面具有一定的粗糙度,裂缝开度符合实验设计,最小3.33μm,且岩心具有5~10cm的裂缝行程。微裂缝岩心制作方法简单,重复率高,通过室内实验验证了制作的微裂缝岩心可以用于钻井液封堵材料的封堵性能评价,为微裂缝封堵评价实验提供了岩心模块,弥补了使用缝板模拟裂缝表面光滑和采用砂床钢珠砂盘等孔隙介质换算裂缝开度的不足。

离散裂缝网络模型与有限元方法在页岩气藏数值模拟中的研究

目前对砂岩单孔隙介质油藏的数值模拟理论和方法比较成熟,由于页岩基质和裂缝之间显著的物性差异以及页岩气的吸附规律使得我们无法继续采用单孔隙介质来对其进行气藏数值模拟研究,对于复杂而致密的页岩气藏,其理论基础还不完善,调研国内外页岩气数值模拟现状,搞清楚气水在页岩气藏中的渗流机理,建立此流动机制的页岩气藏的控制方程,并建立页岩气藏离散裂缝网络数学模型,探索页岩气藏离散裂缝模型的离散化方法,使用有限元方法求解离散裂缝网络模型,通过离散裂缝网络数值模拟方法优化页岩气藏地层参数和裂缝参数,并作出产能评价,这些方面对页岩气藏离散裂缝网络数值模拟研究的突破具有十分重大的实际意义。

哈里伯顿利用压裂多源数据提高裂缝模拟精度

美国哈里伯顿(Halliburton)公司利用多种数据来源,改进水力压裂设计中的几何裂缝模拟精度,提高压裂作业经济效益。哈里伯顿公司所利用的压裂作业"多源数据"种类,包括以下5个方面:一是压裂作业常规生产数据,如生产日志信息等。二是利用在压裂液内放置"放射性示踪剂"所产生的数据.

用人工模拟裂缝装置研究盐酸/白云岩反应速率的影响因素

压裂酸化效果的好坏，在很大程度上决定于酸岩反应速率的大小。通过选择和控制适当的工艺参数，可以达到延缓酸岩反应速率、提高酸化效果的目的。文中利用人工模拟裂缝装置，研究了温度、注酸排量、裂缝宽度等因素对盐酸／白云岩反应速率的影响规律；并采用四因素四水平的正交试验，综合考察了温度、排量、酸浓度、缝宽四种因素对酸岩反应速率的影响的主次顺序，发现对酸岩反应速率影响力的大小次序为：酸浓度＞ 排量＞温度＞ 缝宽；最后，提出了盐酸／ 白云岩反应可能的机理模式，并根据这一模式对诸因素的影响进行了合理的解释。

水平井压裂裂缝形态定量解释新方法

利用连续油管井温测井资料对水平井压裂裂缝形态进行定量解释。建立了全三维水平井压裂模拟模型和温度场计算模型,提出了应用连续油管测井温技术结合三维裂缝模拟技术解释水平井压裂裂缝形态的方法,并通过现场数据验证方法可行。定量解释结果对提高水平井压裂裂缝形态认识,指导水平井压裂设计优化具有重要意义。

水工混凝土构件裂缝检测方法及发展趋势

论述了有效发现水工混凝土裂缝的主要方法,说明参数量化是水工混凝土裂缝防控的重点。基于水工混凝土构件裂缝检测方法研究历程,详细分析了人工探视法、破损检测法及无损检测法的检测机理及特点,表明现阶段仅超声红外热像综合法能有效发现水工混凝土构件的微裂纹,但其在量化微裂纹参数方面的能力有待进一步提高。最后总结出"微裂纹的发现与量化"将成为今后研究的热点,"通过混凝土裂缝模拟体辅助研究"将成为主要研究方式。

水工钢筋混凝土的作用机理及其数值模拟概述

阐述了钢筋混凝土的数值模拟计算的现状和特点,介绍了常用的数值模型各自的优缺点和适用条件.评述了有限元模型分析通常采用的主要的单元模式、传力机理以及数值方法.探讨了数值模拟中的主要影响因素并分析原因,总结了实际应用中的一般原则方法,提出了这一领域今后的研究方向.

地层裂缝的研究

本文以偶极子声波测井理论为依据,根据物理模型相似性原理,用水泥、细砂和水为主要材料制作了无裂缝、水平裂缝和竖直裂缝三种模拟井。使用一发双收,6cm,8cm,10cm,12cm四种源距的偶极子声系分别在三种模拟井中进行实验并得出结论。

基于能量梯度消减最大原理模拟混凝土开裂的初探

本文采用水文模型中河网识别的能量梯度消减最大原理模拟混凝土开裂。首先采用有限元程序计算出三点弯曲混凝土切口梁的等效应力分布,根据单元中应力值,利用单元能量梯度消减最大原理确定每个单元的开裂方向,形成整体开裂方向矩阵;接着依次搜索开裂方向矩阵,计算开裂度矩阵;然后通过试算后确定的开裂度阀值判断是否开裂单元及开裂走向,将开裂的网格连接后,就形成最终裂缝。最后,本文以混凝土三点弯曲梁为算例,说明利用能量梯度消减最大方法来进行混凝土裂缝扩展的模拟的可行性。

非常规油气藏储层体积改造模拟技术研究进展

目前非常规油气藏的开发已成为国内外能源开发的热点,如致密气、致密油、页岩气和页岩油的开发,此类油气藏的典型特征就是储层渗透率极低,需要采取一定的改造措施才能投产,储层体积改造技术是有效开发非常规油气藏的重要技术之一。通过调研和分析国内外非常规油气藏储层体积改造模拟技术,详细地介绍了储层体积改造的广义和狭义概念,以及直井和水平井储层体积改造措施方法;系统总结了储层体积改造压裂裂缝描述及模拟方法,主要有基于单孔介质模型的模拟方法,基于双孔介质模型的模拟方法以及基于离散裂缝模型的模拟方法;同时分析了储层体积改造后的渗流规律、井模型及产能特征。该研究可以为今后中国非常规油气藏的开发提供相应的理论参考和技术支持。

低渗透致密砂岩气藏裂缝类型及特征

应用岩心裂缝描述、岩石力学实验、三维有限元数值模拟、裂缝网络模拟等方法 ,对东濮凹陷户部寨气田沙四段低渗透致密裂缝储层的裂缝组系及产状、裂缝性质、裂缝发育程度及其分布规律进行的研究表明 ,户部寨气田储层裂缝主要有 4组 ,其走向方位分别为 3 3°、83°、10 9°和 13 3° ,主要集中在 83°。这些裂缝基本上为垂直缝 ,裂缝原始状态下以相对孤立的构造裂缝系统为主。裂缝组系之间以及同组系裂缝之间连通性差 ,且裂缝的发育程度在不同部位有较大的变化 ,人工压裂后裂缝网络系统在气田开发过程中仍难以沟通。生产动态主要表现为储层具有双重介质特征 ,气井产能差异大 ,气井泄气半径差异大 ,气藏连通性差。沿断块构造高部位采用了线状不均匀布井方式 ,在裂缝发育带钻井 ,取得了较好的开发效果。

裂缝性漏失的桥塞堵漏钻井液技术

利用新研制的模拟裂缝封堵装置,开展了裂缝桥塞堵漏的实验研究,对比了不同形态裂缝的堵漏效果,分析了裂缝性漏失的桥塞堵漏规律。结果表明:新研制的裂缝堵漏实验装置有更好的模拟裂缝堵漏的能力,该装置模拟的裂缝具有较长的深度,实验完成后可以打开裂缝模块,观察堵漏材料在裂缝内的封堵位置和形态,探索桥接堵漏材料封堵裂缝的机理和规律;堵漏材料在裂缝"喉部"和"腰部"形成封堵段塞是堵漏成功的标志;裂缝的长度与裂缝壁面的粗糙度对堵漏效果有较大的影响。

HTI介质中PP与PS波方位各向异性数值模拟与分析(英文)

通过数值模拟研究了HTI介质中利用宽方位多分量地震数据进行各向异性分析时会影响结果的几种因素,模拟了PP与PS波的方位各向异性响应,分析了利用PP与PS波随方位变化的地震属性进行裂缝检测的可行性。结果显示:针对HTI介质的椭圆方位各向异性分析对地震数据的炮检距分布范围有限制,并且PS波数据适合于椭圆方位各向异性分析的炮检距范围要明显大于PP波数据,其显示出的方位各向异性特征也比PP波更加明显。PS波方位振幅拟合的椭圆长轴方向垂直于裂缝方向,而PP波方位振幅拟合的椭圆长轴平行于裂缝方向。与PP波类似,PS波R分量的层间旅行时也具有椭圆方位各向异性特征,其长轴方向垂直于裂缝方向。PS波R分量与PP波的方位振幅属性与层间旅行时属性均显示了与裂缝密度的相关性,当数据的炮检距范围合适时,拟合椭圆的长短轴之比可以用于刻画裂缝的相对密度。

文东裂缝发育规律研究

文东沙三中油藏具有产量变化大,注水井吸水能力强,油井含水上升速度快,表皮系数大多为负值等低渗裂缝性油藏特征。定量研究裂缝发育程度、分布及方向,特别是主裂缝方向,对开发调整极为重要。本文主要结合显微裂缝观察、岩心裂缝观察、人工压裂缝探测从微观、宏观尺度对裂缝进行分析,并进行裂缝系统的定量计算,为油气开发实践提供依据。

页岩气多裂缝结构支撑剂沉降规律实验

为了研究页岩气储层压裂改造中支撑剂的沉降规律,研制了多裂缝支撑剂铺置模拟设备,开展了不同裂缝结构、排量以及黏度下的实验。实验结果表明:随着压裂液黏度增加,主干裂缝中砂堤堆积高度减小,砂堤长度增加,砂堤表面变平缓,次级裂缝砂堤堆积高度变小;当排量增加时,主干缝砂堤坡度在裂缝入口端变平缓,在裂缝末端坡度增加,次级裂缝高度减小;对比不同裂缝结构,多裂缝结构的主干缝在节点处砂堤会出现突变,节点处砂堤高度忽然降低,形成“凹点”;次级裂缝数量越多,主干缝砂堤长度越小,“一”形多裂缝为0.55 m,而“T”形多裂缝和“十”形多裂缝的主干缝砂堤长度分别为0.50,0.42 m,减小了9.09%,23.64%。实验研究结果丰富了支撑剂沉降理论。

昭通示范区太阳气田浅层页岩气立体开发实践与认识

昭通示范区太阳浅层页岩气田自规模开发以来,一直存在着较大井距、单一靶体的开发方式所带来的低储量动用率和低采收率的问题,同时也给后期井网加密或调整留下严重的工程隐患。为此,在太阳浅层页岩气田部署实施了TYH11井组小井距立体开发试验井组,以地质、钻井、压裂、试采资料为基础,以水力裂缝模拟和生产数值模拟为手段,对该井组开展“部署—钻井—压裂—排采—产能”全过程的评价。研究结果表明:太阳气田上奥陶统五峰组—下志留统龙一1亚段内Ⅰ+Ⅱ类储层均具有高产条件,具备纵向多靶体动用基础;形成了钻井、压裂、返排测试全过程的工程技术序列,可支撑小井距立体开发井组顺利实施;小井距立体开发方式有效提高储量动用率23.0%、提高采收率11.0%;天然裂缝沟通造成井组内部以及与邻井的压窜干扰,对老井产量造成较大负面影响;邻井组已生产老井周边地应力场变化会加剧井间干扰,建议新投井与老井至少保持380~500m井距。该研究成果为昭通示范区太阳气田浅层页岩气立体开发的推广应用、开发方案设计、开发政策制定和规模效益开发奠定了基础。

CO_(2)与清水的压裂特征对比

CO_(2)压裂技术以压裂液流动性好、不伤害储层、返排快、易于形成复杂缝网等优势而备受关注。与清水压裂相比,CO_(2)黏度、密度和压缩性与清水存在很大不同,且CO_(2)物性受地层温度和压力的影响较大。基于Helmholtz自由能建立了热物性状态方程,完全可以满足CO_(2)压裂中所能面临的热物性计算需求。对比研究了液态CO_(2)压裂、超临界CO_(2)压裂及清水压裂的液体热物理性质、裂缝起裂压力、简单双翼裂缝的扩展和天然裂缝性储层中的复杂裂缝网络的扩展。结果表明:相比于超临界CO_(2)压裂,清水压裂由于滤失小、增压速度相对快,更易形成较简单的裂缝网络,尤其是简单的双翼裂缝;超临界CO_(2)的增压范围略大于液态CO_(2),两种相态的CO_(2)大于清水的增压范围,CO_(2)压裂更有利于张裂缝和剪切裂缝的混合扩展,形成复杂的裂缝网络。研究成果对CO_(2)压裂和清水压裂的取舍和设计具有一定指导意义。