迂曲裂缝内支撑剂运移数值模拟

水力压裂后,储层形成较多的迂曲裂缝,支撑剂在迂曲裂缝中的运移和铺置规律尚不明确,在稠密颗粒流模型的基础上耦合颗粒物料仿真软件,模拟迂曲角度、支撑剂尺寸、注入速率、携砂液密度和支撑剂密度对迂曲裂缝中支撑剂运移和砂堵的影响。结果表明:大多支撑剂会堆积在裂缝第一转折角处,迂曲角度的变化会显著影响支撑剂的运移和砂堵的发生,迂曲角度大,容易发生砂堵且砂堵程度严重;密度大和粒径小的支撑剂发生砂堵时会形成致密的支撑剂堆积,加剧砂堵程度;注入速率大,支撑剂在裂缝中运移距离较远,但注入速度和携砂液密度的增加,会加剧砂堵程度。

基于CFD-DEM方法的迂曲裂缝中支撑剂运移关键影响因素分析

裂缝中支撑剂的运移和铺置是维持裂缝开放和增强裂缝导流能力的关键,但支撑剂在迂曲裂缝中的运移机理尚不明确。为此,基于计算流体力学原理,利用离散单元法建立支撑剂在迂曲裂缝中运移的数值模型,研究携砂液注入速度、压裂液砂比、支撑剂粒径等因素对迂曲裂缝中支撑剂运移铺置规律的影响。结果表明:裂缝迂曲度越大、支撑剂铺置距离越短,流速损失越大;在距裂缝入口20 mm处,与迂曲度为1.0的裂缝相比,迂曲度为1.2、1.5、2.0的裂缝中的流速损失率增大2.2、3.7、4.5倍;迂曲裂缝内支撑剂铺置距离随支撑剂注入速度的增大而增大,随压裂液砂比、支撑剂粒径的增大而缩短。该研究可为支撑剂在迂曲裂缝中运移的相关研究提供理论指导。

超临界CO_(2)压裂迂曲裂缝内支撑剂运移特征

在“双碳”目标引领和水力压裂受水资源影响下,超临界CO_(2)压裂是发展的主要趋势。为了明确支撑剂在超临界CO_(2)致裂裂缝内的运移特征,利用激光形貌扫描技术对超临界CO_(2)压裂后的岩石裂缝面进行重构,结合CFD—DEM方法建立了迂曲裂缝内超临界CO_(2)携砂运移模型,对比平板裂缝分析了迂曲裂缝内支撑剂的运移和铺置特征,研究了支撑剂密度、携砂液注入速度和砂比等关键参数对支撑剂在裂缝内输送和分布的影响。研究结果表明:(1)相较于平板裂缝,迂曲裂缝中的超临界CO_(2)携砂液流动路径具有曲折和多变的特点,支撑剂运移时在横向和纵向上具有更强的波动性和跳跃性;(2)支撑剂在迂曲裂缝内的铺置形态呈现出波浪状甚至簇团状的非均匀分布特征;(3)低密度支撑剂在迂曲裂缝内具有更好的通过性,高注入速度能够降低迂曲裂缝结构对支撑剂堵塞的影响;(4)迂曲裂缝中过低的注入砂比并不能够获得好的裂缝支撑效果,模拟条件下最优值在3%附近。结论认为,模拟实验研究结果对认识超临界CO_(2)压裂携砂液泵注过程中砂堵发生机制以及优化现场压裂设计具有重要的理论和工程意义。

玛湖凹陷乌尔禾组砾岩储集层裂缝支撑剂运移规律

玛湖凹陷乌尔禾组致密砾岩油藏水力压裂裂缝形态复杂,支撑剂运移铺置规律尚不清楚,影响了储集层压裂效果。通过对不同形态迂曲裂缝进行重构,利用Fluent中的两相流模型,在考虑支撑剂与粗糙缝面相互作用的基础上,分析了砾石粒径、砾石数量以及砾石处缝宽衰减等对支撑剂运移铺置的影响。研究结果表明,砾石粒径对支撑剂运移的影响较为明显,砂堤平衡高度与砾石粒径呈负相关,平衡时间与砾石粒径呈正相关;砾石数量对支撑剂运移的影响较小,砂堤平衡时间和平衡高度与砾石数量呈负相关;砾石处缝宽衰减对支撑剂运移的影响很大,随砾石处缝宽衰减程度增大,砂堤平衡高度和平衡时间均减小。

页岩拉张型微裂缝几何特征描述及渗透率计算

为了研究页岩拉张型微裂缝中的渗流规律，采用巴西实验在5块Barnett页岩岩心中形成拉张型裂缝。采用三维面轮廓仪获取裂缝面形态，基于扫描原理将三维信息转换为二维信息计算迂曲度、倾角、粗糙度等特征参数，引入聚类分析方法明确各参数间距离，采用格子玻尔兹曼方法模拟开度在0．05～0．40mm范围内页岩微裂缝渗流，并结合理论分析推导微裂缝渗透率计算公式。结果表明：所选取样本迂曲度在1．10左右，倾角为0．99°～8．86°，粗糙度为0．062-0．162mm；迂曲度、粗糙度、倾角对渗透率影响不存在替代关系，必须同时考虑三者的影响；计算微裂缝渗透率比平板模型渗透率要小19％-29％，说明必须考虑裂缝粗糙度影响；经验证，推导的渗透率计算公式误差控制在4％以内，可用于拉张型微裂缝渗透率计算。

页岩体积压裂支撑剂铺置运移模拟及其应用

支撑剂在裂缝中的运移是页岩体积压裂中的难点及研究热点,目前一般将裂缝考虑为矩形平板状,但据现场实际、室内实验、微地震监测、理论分析,体积压裂裂缝一般具有不规则齿状特征,裂缝初始延伸方向很有可能与最终延伸方向存在一定夹角,并极有可能形成裂缝网络。针对页岩体积压裂中支撑剂在粗糙、迂曲的复杂裂缝中运移的问题,通过自底向顶的方式建立了三维粗糙迂曲裂缝模型,模拟了不同粗糙程度和迂曲程度中的固液两相流,研究了压裂液和支撑剂性能对铺砂的影响。结果表明:裂缝粗糙程度越大,裂缝迂曲、扭转程度越大,裂缝内平均砂浓度越高,铺砂越均匀;压裂液流速、黏度越大,支撑剂粒径、密度越小,平均砂浓度越高,铺砂越均匀。基于此结论对某井进行了支撑剂优选和组合,压裂施工过程顺利,压后效果较好。

压裂支撑剂在迂曲微裂缝中输送与分布规律

支撑剂在水力裂缝中的分布是影响压裂井产能的重要因素。通过对任意长度、孔隙度、迂曲度和方位角微裂缝的二维重构,利用COMSOL Multiphysics中的自由与多孔介质流动耦合模型,对压裂液在微裂缝中流动及向基质中滤失的情况进行模拟,在考虑支撑剂与压裂液相互作用的基础上,分析了支撑剂颗粒在输送过程中的受力情况,研究了不同砂比和支撑剂密度的情况下,支撑剂在迂曲微裂缝中的分布。研究结果表明,与规则裂缝相比,由于迂曲微裂缝壁面不规则,支撑剂不会均匀推进;在高砂比情况下,支撑剂大部分堆积在迂曲裂缝端部,无法有效支撑深部裂缝;降低砂比可以有效改善单条裂缝的支撑剂分布;不同砂比和支撑剂密度的组合可以改善相交裂缝的支撑剂分布,但是对于单条裂缝的作用不明显。

页岩气储层迂曲微裂缝二维重构及多点起裂分析

在复杂的地质条件下,页岩气储层中的天然裂缝往往呈现迂曲状几何形态,为了研究迂曲微裂缝在水力压裂过程中的起裂位置,根据描述真实裂缝几何形态的相关参数,利用自主开发的MATLAB程序,实现了对不同长度、孔隙度、迂曲度和方位角的裂缝的二维重构,借助COMSOL Multiphisics中"自由和多孔介质流动模块"以及"多孔弹性模块"建立了裂缝—基质耦合渗流模型及岩石基质应力—应变模型,对不同迂曲度、方位角以及带天然裂缝的迂曲裂缝周围应力及起裂位置进行分析。结果表明,压裂液流速在迂曲微裂缝中呈现波动下降,其压力平缓下降且压力梯度沿裂缝长度方向逐渐减小;迂曲微裂缝会在裂缝曲率较大的位置出现多个起裂点,且起裂位置数量和区域大小随裂缝迂曲度的增大而增加,而裂缝方位角的变化对起裂位置影响较小;在主裂缝中流体压力作用下,未胶结的天然裂缝两端出现破裂,更有利于页岩气储层中复杂缝网的形成。