水平井定面射孔条件下水力裂缝起裂机理

建立水平井定面射孔局部地应力计算模型,利用建立的模型分析水平井定面射孔条件下水力裂缝起裂机理,研究井筒位置、射孔参数等对起裂压力的影响规律。根据渗流力学理论建立了定面射孔岩体三维流固耦合地应力模型,采用最大拉应力理论给出了定面射孔起裂压力确定方法,并通过应用实例验证了模型的可靠性。采用模型进行计算分析后发现:对于正断层型和逆断层型地应力场,定面射孔时裂缝均在射孔壁面上起裂,正断层型地应力场易形成宽而短的垂直缝,逆断层型地应力场易形成长而窄的转向缝;对于正断层型地应力场,井筒方位角和井筒倾斜角越大,定面射孔的起裂压力越低;对于逆断层型地应力场,井筒方位角越大、井筒倾斜角越小,定面射孔起裂压力越低;射孔夹角越小、射孔直径越大、射孔深度越大,定面射孔起裂压力越低。

射孔对致密砂岩气藏水力压裂裂缝起裂与扩展的影响

为降低致密砂岩气藏偏高的地层破裂压力及增加储层改造体积,设计小型水力压裂实验装置,通过鄂尔多斯致密砂岩气藏钻井取心,研究不同射孔数量﹑射孔间距﹑射孔深度及水平应力差条件下水力压裂裂缝起裂与扩展规律.结果表明,射孔可以有效地降低致密砂岩气藏的破裂压力;增加射孔数量可以增加裂缝条数,并且裂缝沿射孔的方向扩展,有利于均匀布缝,提高储层的改造体积;低水平应力差和较小的射孔间距产生的缝间干扰导致裂缝在扩展的过程中发生偏转,缝间干扰随着射孔间距的增加及水平应力差的增大而减弱;射孔深度对于裂缝起裂也有一定的影响,裂缝更容易从射孔较深的区域起裂,为致密砂岩气藏压裂井射孔参数优化提供依据.

水平井压裂裂缝起裂及裂缝延伸规律研究

水平井压裂可以有效提高低渗透油气藏水平井的采油速度和最终采收率,裂缝起裂和裂缝延伸规律是水平井压裂的关键问题之一.建立了水平井压裂裂缝起裂压力计算模型,通过分析求解模型可以得出:井筒方位角不同,最小水平主应力和垂直主应力对裂缝的起裂压力影响规律不同,在井筒方位角为0°时最不容易起裂,而在井筒方位角为90°时最容易起裂;对比分析了现有裂缝延伸模型,得出全三维裂缝延伸模型适合水平井压裂裂缝延伸模拟;分析了产层和盖层的应力差对裂缝缝高的影响,计算结果表明,当隔层与产层的应力差大于5MPa时,裂缝被限制在产层内.

深层页岩气水力裂缝起裂与扩展试验及压裂优化设计

受地质构造、成岩作用等多方面因素影响,深层页岩的层理发育程度、脆性指数、岩石力学特性、最小水平主应力梯度及水平应力差都与中深层页岩有明显差异,使人工裂缝起裂压力更高,裂缝复杂程度更低,从而极大地影响了深层页岩气地层的体积压裂设计和安全施工。为此,利用大尺寸岩样,模拟研究了深层页岩气地层的水平应力差、压裂流体黏度、施工排量等地层和工艺参数及缝内暂堵措施对人工裂缝的起裂与扩展特征的影响规律。研究发现,裂缝起裂与扩展特性受层理胶结强弱、水平应力差及前置液黏度等因素影响较大,压裂裂缝容易沿层理起裂导致早期憋压超压,从而使施工失败,高应力差条件下裂缝扩展形态相对简单,前置中黏压裂液、缝内暂堵等措施有利于裂缝多次破裂、产生次生裂缝使裂缝复杂化。在此基础上,提出了密切割分段、短簇距射孔、组合液体及变排量施工等压裂优化设计方案,现场应用后深层页岩气产量获得了重要突破。

基于分形方法的水力压裂裂缝起裂扩展机理

利用分形几何模型描述岩石断裂裂纹的曲折形态,建立了裂纹分形模型下的岩石应力强度因子表达式。在此基础上,以裸眼井为例分析了井底岩石的起裂压力,并建立了考虑裂纹分形扩展的缝内压力计算模型和裂缝宽度方程。理论分析结果表明,岩石扩展路径的曲折程度对模型的计算结果影响较大,考虑裂纹分形扩展后的模型计算数值大于直线型扩展的计算结果,且考虑裂纹分形模型与直线型模型的裂缝宽度计算值之比随着断裂面分形维数的增大而增大。

复合射孔爆燃气体压裂裂缝起裂扩展研究

结合线弹性断裂力学的裂缝尖端应力强度因子判据,建立了复合射孔爆燃气体压裂裂缝的起裂扩展模型,通过建立与多个变量相关的缝内气体压力分布函数,利用迭代法实现了模型的数值求解,获得了缝内气体压力分布随时间的动态变化规律,并分析了不同特征参数对裂缝起裂扩展与止裂过程的影响。实例计算结果表明:(1)随着裂缝扩展的进行,爆燃气体流动尖端与裂缝尖端经历了由重合到不重合再到重合的过程;(2)地应力越大,裂缝起裂扩展越困难,爆燃气体有效致裂作用时间越短,最终得到的裂缝扩展长度也越小;(3)初始裂缝越长,裂缝更容易起裂扩展,爆燃气体能量利用率越高,裂缝扩展更长;(4)岩石断裂韧性的改变对裂缝起裂、止裂和裂缝扩展长度没有明显的影响;(5)升压速率越小,爆燃气体有效致裂作用时间越长,最终裂缝扩展也更长,但对裂缝起裂压力与止裂压力几乎没有影响。

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加 ,大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段。大位移井水力压裂裂缝起裂与直井、普通定向井有显著差别 ,其起裂模式不仅与井眼轨迹 (井斜角、方位角等 )有关 ,而且还与地应力方位密切相关。以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件、压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响 ,建立了大位移井井筒周围应力场分布模型 ,提出了裂缝起裂压力和起裂方位预测模型 ,并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响。计算结果表明 ,建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。

含泥砂岩储层水力压裂裂缝起裂及延伸规律

含泥砂岩储层是海拉尔油田主力油层之一，由于含泥砂岩具有一定的弹塑性，其裂缝起裂及延伸有别于砂岩储层，所以压裂成功率仅为70％左右。为进一步提高压裂成功率，对不同泥质质量分数条件下岩石的应变关系进行了研究，根据不同泥质质量分数条件下裂缝起裂及扩展准则，利用有限元分析软件建立含泥地层裂缝起裂及延伸的力学模型，通过模拟分析不同泥质质量分数条件下地层的破裂压力和裂缝延伸的特点，认清了含泥及砂泥互层情况下裂缝起裂及延伸规律。模拟结果表明，高含泥砂岩储层往往需要提供更高的起裂压力和延伸压力，为该类储层水力压裂的优化设计提供了依据。

深井重复压裂裂缝起裂模型

考虑固流热耦合作用,建立深井重复压裂井周围孔隙压力诱导最大主应力和主应力方位角数学模型.基于初次人工裂缝对应力场的影响,建立初次人工裂缝诱导应力场模型,再根据线性叠加原理,得到深井重复压裂井周围应力场分布模型;最终根据断裂力学裂纹破裂准则,建立深井重复压裂裂缝起裂角数学模型.应用该模型对5口重复压裂深井进行计算,现场实测裂缝转向角为76°,在有限元软件模拟的裂缝转向方位角60°-90°范围内,模拟结果与实测数据吻合,表明计算的深井重复压裂裂缝起裂角范围准确.

水力压裂多裂缝起裂射孔参数优化研究

针对复杂地质近井筒多裂缝起裂的难题,结合岩体力学与损伤力学相关理论,建立了近井筒地层流固一损伤力学模型,采用数值求解获得了射孔壁面的应力及损伤状态,计算表明:初始地应力最小值越小,地层的起裂压力越低;射孔方位角越小,起裂压力越低.随着射孔方位角增大,近井筒微裂缝为45。夹角的拐折裂缝,起裂压力增大,基于此,对于正断层及顺滑断层地应力类型,取射孔方位角小于30°,螺旋射孔夹角30°或45°,对于逆断层地应力类型,螺旋射孔夹角取45°,可有效地实现多裂缝起裂.

水平井压裂裂缝起裂数学模型及敏感性分析

假设岩石处于线弹性状态,根据应力迭加原理,考虑井筒方位,井筒周围的岩石性质、井筒周围应力分布以及作业条件的因素,建立了水平井压裂裂缝起裂数学模型;在迭代求解数学模型的基础上,分别分析了在不同应力状态、不同水平井井筒方位角的情况下,最小水平主应力和垂向应力对裂缝起裂压力的影响规律;计算结果表明,地层构造应力、最小水平主应力和垂向主应力对裂缝起裂压力都有显著的影响,水平井井筒方位角是影响裂缝起裂压力大小的主要因素。

重复压裂裂缝起裂角模型研究

考虑流固耦合下重复压裂井周围注/采孔隙压力分布,建立重复压裂井周围孔隙压力诱导最大主应力和主应力方位角数学模型;考虑初次人工裂缝内充满弱可压缩流体,引入流体影响因子,建立初次人工裂缝诱导应力场模型;根据线性叠加原理,建立重复压裂井周围应力场分布模型;根据裂纹破裂准则,建立了重复压裂裂缝起裂角数学模型,得出重复压裂裂缝起裂角范围,并通过两口重复压裂井计算结果与生产结果进行对比,表明模型计算结果准确,且计算方法实用。

泥质疏松砂岩裂缝起裂实验研究

压裂防砂技术已经在我国部分海上区块得到规模应用,取得了很好的效果。压裂防砂工艺及工具也很成熟,但对于疏松砂岩储层的裂缝起裂规律研究的相对较少。本文主要通过物理模拟手段,对泥质疏松砂岩裂缝起裂进行实验研究,并进行相关影响因素的分析,以便对类似储层后续压裂防砂作业有一定的理论支持。

汪清、农安和桦甸油页岩物理力学性质及裂缝起裂压力对比分析研究

本文主要探究了吉林省汪清、农安和桦甸地区油页岩物理力学性质的关键参数和裂缝起裂压力的取值范围及其分布特点。首先对汪清、农安、桦甸三地油页岩的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比参数取值范围进行了对比分析,发现三地油页岩的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比范围是相近的,由此得到吉林省油页岩抗压强度的范围是9～30 MPa,均值是15.35 MPa;抗拉强度的范围是0.3～3 MPa,均值是0.95 MPa;弹性模量的范围是0.22～9.9 GPa,均值是3.1 GPa;泊松比的范围是0.2～0.5,均值是0.33。随后,计算了三地油页岩在不同埋藏深度下的裂缝起裂压力,发现在相同埋藏深度下,汪清、农安、桦甸三地油页岩裂缝起裂压力是依次减小的;并且随埋藏深度的增加,裂缝起裂压力近似线性增大。最后,得到吉林省油页岩在不同埋藏深度下的裂缝起裂压力:当埋藏深度d=200 m时,起裂压力范围是0.5～2.3 MPa;当d=400 m时,起裂压力范围是1.0～4.5 MPa;当d=600 m时,起裂压力范围是1.6～6.8 MPa;当d=800 m时,起裂压力范围是2.1～9.0 MPa;因此,对吉林省油页岩进行水力压裂开采时,建议压力范围控制在0.5～9 MPa。

页岩水力压裂裂缝起裂和扩展断裂力学模型

结合大尺寸真三轴水平井水力压裂物理模拟试验,对龙马溪组页岩的起裂、扩展以及扩展过程中水力裂缝与天然裂缝的相互作用进行了详细的力学分析,并基于断裂力学和流体力学理论知识,建立了水力裂缝起裂和扩展力学模型,推导了相应的断裂力学判据。结果表明:①起裂方式可以分为3类,即页岩本体张性起裂、沿天然裂缝(层理面)的剪切起裂、沿天然裂缝(层理面)的张拉起裂;②水力裂缝扩展过程中,随着裂缝长度的增加,泵压逐渐减小,最终趋于一个略大于最小水平主应力的稳定值;③水力裂缝与天然裂缝的相互作用类型可根据天然裂缝是否开启分为以下5类,即剪切天然裂缝后穿过、直接穿过天然裂缝、从天然裂缝一端穿过、同时从天然裂缝两端穿过、从某一弱面穿过。研究结果可为页岩气藏水平井压裂开采提供有力技术支持。

水平井压裂裂缝起裂及延伸规律模拟实验研究

水平井多级压裂技术已经广泛应用于非常规油气储层的体积压裂缝网改造,但较少研究水平井井筒走向与地应力方位的关系对压裂裂缝起裂及延伸的影响,以及主应力差对裂缝复杂程度的影响等问题研究。根据现场水平井压裂施工要求,通过物模压裂实验模拟了低孔低渗砂泥岩地层水平井在裸眼完井与套管射孔完井2种完井方式下,主应力差为10 MPa和4 MPa,水平井井筒方位角分别为0、30、45、60、90°时的裂缝起裂和延伸规律。结果表明:主应力差对裂缝起裂影响很大,应力差越小起裂压力越高,裂缝起裂和延伸越复杂;裂缝沿井筒轴向起裂,在井筒两端裂缝最终转向垂直于最小水平主应力方向延伸;水平段井筒沿最小水平主应力方向时,压裂能够形成横断缝。该研究对理解不同方位角的水平井压裂裂缝的起裂及裂缝延伸规律具有重要意义。

汪清油页岩物理力学性质及裂缝起裂压力的研究

本文主要探究了吉林省汪清地区油页岩的物理力学性质及裂缝起裂压力。首先用DNS300型电子万能试验机对油页岩进行了物理力学性质的实验研究,分析并得到了油页岩的各项基本物理力学性质参数的取值范围。其中在垂直层理方向:油页岩的抗压强度范围是21~30 MPa;抗拉强度范围是1.1~3 MPa;弹性模量范围是7.1~9.9GPa;泊松比范围是0.21~0.27;剪切模量是3.4GPa。在平行层理方向:抗压强度范围是13~17MPa;抗拉强度范围是0.3~0.6MPa;弹性模量范围是1.2~1.6GPa;泊松比范围是0.31~0.36;剪切模量是0.5GPa。依据实验结果,选取合适参数,理论计算了汪清油页岩的裂缝起裂压力,并通过真三轴水力压裂装置进行了油页岩水力压裂实验,表明汪清油页岩裂缝起裂压力为5.34MPa。根据理论计算与实验结果,建议汪清油页岩现场水力压裂实验的起裂压力控制在4~6MPa。

压裂裂缝起裂及延伸机理探讨

水力压裂技术是通过在地面向井下注入高压液体,迫使地层岩石在高压下破裂形成裂缝,该裂缝在支撑剂支撑下具有较高的导流能力,达到增产作用。为了有针对性地进行储层压裂改造,必须深入研究压裂裂缝起裂及延伸机理。本文基于应力迭加原理,建立了压裂裂缝起裂数学模型,并结合实际井例的岩石力学实验数据,进行了裂缝起裂及延伸分析,为油井压裂改造提供了理论支撑。

煤储层裸眼水平分支水力裂缝起裂特征分析

基于三维弹性力学和岩石断裂力学理论,提出考虑原地应力、井眼内压引起的应力和压裂液滤失引起的应力的情况下,结合径向井裸眼水平分支井壁应力分布模型,建立岩石本体张性起裂、沿天然裂缝剪切起裂和沿天然裂缝张性起裂3种起裂模式下的起裂压力计算模型,综合预测分析煤储层中水力裂缝受发育天然裂缝干扰影响下的起裂特征。研究结果表明,水力裂缝起裂特征受水平分支方位、应力状态和天然裂缝共同作用影响,当径向井裸眼水平分支与天然裂缝相交时,水力裂缝易沿天然裂缝张性起裂。

高停泵特征储层压裂施工参数优化设计方法——以海拉尔油田为例

海拉尔油田深部储层大规模压裂施工停泵压力梯度高,加砂困难,压裂效益低。为了明确高停泵储层裂缝起裂和扩展特征,优化高停泵储层压裂施工参数,利用FracproPT软件模拟海拉尔油田高停泵储层的裂缝扩展,分析了裂缝起裂和扩展的特征,以及高停泵储层渗透率、储层与隔层应力差、杨氏模量和泊松比对施工参数的影响,并对排量、液量、平均砂比和前置液百分数四个施工参数进行了关联性模拟研究。结果表明,高停泵储层压裂裂缝高度易失去控制,裂缝长度和铺砂浓度小,施工成功率低。针对高停泵储层压裂施工特征,最终形成了控制压力,限制缝高的高停泵储层压裂优化设计方法。通过开展实例井应用,证实了该方法的适用性,可为高停泵储层的压裂优化设计和高效开发提供借鉴。