煤岩体压裂分形损伤突变演化模型的研究及应用

煤岩与其他普通岩石的力学性能明显不同.为了描述煤岩体压裂岩体突变形成裂缝以及裂缝的扩展问题,基于突变理论定义了损伤变量,并建立了岩体突变过程的能量释放计算模型.基于能量守恒原理,建立了突变后微裂缝扩展的能量方程.通过对黑龙江省鸡西煤矿张晨矿区西三采区3#层右六巷区块煤样在不同压裂阶段缝内流体净压力和微裂缝扩展规律的观察分析,得到由于岩体物性参数不同,微裂缝开始破裂的时间不同,为后续裂缝演化内在混沌特征的研究提供了依据.     

煤岩体压裂裂缝演化混沌特征研究

准确地描述煤岩体压裂裂缝的形成与演化规律对煤层气井开采具有重要意义.本文以煤岩体压裂裂缝演化过程的微裂缝演化数目、裂缝尖端区域的径向应力与周向应力作为描述裂缝演化的特征指标,引入关联维数、最大Lyapunov指数和Ko1mogorov熵作为裂缝演化系统的混沌特征量,计算与描述煤岩体压裂裂缝的损伤演化过程.以黑龙江省某一煤岩开采区块岩体作为研究对象,计算分析煤岩体压裂裂缝的形成的混沌特征,为后续煤岩体压裂裂缝形成规律的研究提供了新的思路.     

页岩压裂水平井增产改造体积的动态演化模型

页岩气藏开发实践表明,水平井分段压裂是实现页岩气藏经济有效开发的关键技术,其中增产改造体积(SRV)是控制页岩压后效果的核心参数,对SRV的准确计算和表征已成为页岩压裂研究领域的重点难点问题.基于目前SRV评价方法的局限性,考虑动态扩展裂缝与储层应力场和压力场的耦合作用,以及它们实时变化触发储层天然裂缝的破裂机制,建立了一种SRV动态演化计算模型,采用该模型可以计算和表征裂缝动态扩展形态、储层渗透率演化分布以及SRV的空间展布.由于模型与页岩压裂过程中储层SRV实际动态扩展物理机制较一致,采用该模型对SRV的评价计算更符合矿场实际.基于文中提出的计算方法,以威远页岩气开发示范区某压裂井段为例,验证了模型的可靠性,并计算分析了SRV随时间的动态演化过程及变化规律.该文研究对于提升页岩水平井分段分簇压裂SRV计算准确性,提高压裂优化设计以及压后效果评估具有重要的理论指导意义和矿场应用价值.     

基于数值模拟方法的水力压裂分支裂缝产能预测研究

水力压裂是开发低孔、低渗/特低渗油气储层无可替代的技术.而在重复压裂、转向压裂和体积压裂中均可能产生分支裂缝,对于水力压裂后形成分支裂缝的储层进行产能预测是非常必要的一项工作.建立了数学模型对具有分支裂缝系统的储层进行了产能模拟.首先,通过定量化描述裂缝的起点位置、角度和长度,实现了裂缝系统的描述.其次,采用二维单相可压缩液体不稳定渗流,将带有分支裂缝的储层视为各向异性的非均质储层,建立了数学模型.并根据数学模型,采用中心差分法建立差分方程组,给出了计算步骤和流程.最后,对实际的一口井进行了拟合并进行了敏感性参数分析,效果较好.数学模型和方法可作为分支裂缝产量预测的有效工具.     

水平井多裂缝尖端应力干扰现象分析

致密砂岩储层具有低孔低渗的特征,水平井多裂缝压裂是致密砂岩储层油气增产的重要手段,合理预测裂缝扩展趋势是进行水力压裂开采的关键.为了准确认识水平井多裂缝压裂过程中尖端应力场变化,综合考虑地应力分布、井筒内压等因素,建立二维均质流固耦合有限元数值分析模型.模拟了致密砂岩储层不同裂缝半长、不同裂缝条数、不同裂缝间距及不同裂缝位置的应力场,进一步分析裂缝尖端应力干扰情况.结果表明,裂缝尖端附近存在明显的应力干扰现象,多裂缝同时压裂时,裂缝半长越长,裂缝条数越多,裂缝间距越小,应力干扰现象越明显.中间位置裂缝应力受附近裂缝的应力干扰,裂缝尖端应力集中值明显降低,不利于裂缝延伸和扩展,两侧裂缝尖端的应力集中有所增加.该研究深入认识水平井多裂缝压裂裂缝起裂和延伸机制,对制定压裂方案具有一定的指导意义.     

基于正交灰关联法的气藏水平井体积压裂影响因素研究北大核心

影响苏里格气田致密砂岩气藏水平井段内多缝体积压裂效果的裂缝因素为裂缝条数、裂缝长度、裂缝导流能力、裂缝间距和缝宽.揭示裂缝参数对水平井段内多缝体积压裂效果的影响及影响程度的主次关系,优选合理压裂裂缝参数已成为必须解决的紧迫问题之一,它是制约水平井在苏里格致密砂岩气藏应用的技术瓶颈.针对苏里格气田致密砂岩气藏水平井段内多缝体积压裂效果多衡量指标、多影响因素的特点,运用正交试验设计结合灰关联分析法对水平井段内多缝体积压裂效果的各个影响因素进行了分析.应用结果表明,正交灰关联分析法能给出各指标影响权重大小、因素影响主次顺序及最优方案,该方法避免了仅通过单一评价指标来进行决策的不科学性,可为压裂方案的优化设计和施工提供可靠理论依据.     

基于正交灰关联法的气藏水平井体积压裂影响因素研究

影响苏里格气田致密砂岩气藏水平井段内多缝体积压裂效果的裂缝因素为裂缝条数、裂缝长度、裂缝导流能力、裂缝间距和缝宽.揭示裂缝参数对水平井段内多缝体积压裂效果的影响及影响程度的主次关系,优选合理压裂裂缝参数已成为必须解决的紧迫问题之一,它是制约水平井在苏里格致密砂岩气藏应用的技术瓶颈.针对苏里格气田致密砂岩气藏水平井段内多缝体积压裂效果多衡量指标、多影响因素的特点,运用正交试验设计结合灰关联分析法对水平井段内多缝体积压裂效果的各个影响因素进行了分析.应用结果表明,正交灰关联分析法能给出各指标影响权重大小、因素影响主次顺序及最优方案,该方法避免了仅通过单一评价指标来进行决策的不科学性,可为压裂方案的优化设计和施工提供可靠理论依据.     

垂直裂缝气藏中凝析油气试井模型及应用

凝析气井经过压裂产生垂直裂缝,流体在地层与裂缝中往往形成双线性流.根据凝析气形成的双线性流渗流特点,通过凝析油气不稳定渗流的基本微分方程,经过线性化处理,考虑裂缝传导能力和表皮效应,应用拉普拉斯变换,建立了垂直裂缝气藏中凝析油气渗流的双线性流的新模型,求出了模型的解.并绘出了凝析气藏试井理论曲线,通过试井测试资料解释,可计算凝析气井的地层渗透率,气藏压力,裂缝传导能力和裂缝表皮系数等相应的地层参数,可为气藏开发提供动态参数和理论依据.     

多翼裂缝压裂偏心井半解析模型及其渗流特征

考虑压裂多翼裂缝偏心井的实际情况,建立了多翼裂缝偏心井的数学模型.采用Laplace变换和压降叠加原理得到Laplace空间多翼裂缝压裂偏心井井底压力的半解析解.采用非均匀流量法,对井底压力的半解析解进行离散.结合Stehfest数值反演获得实空间井底压力的数值解和产量分布.借助SAPHIR试井分析软件建立了储层的数值试井模型并进行了数值离散计算.将计算结果与该文的半解析模型计算结果进行了对比,验证了该文模型的正确性.结果表明,多翼裂缝压裂偏心井井底压力变化可划分为8个主要流动阶段.最后讨论了裂缝的无因次导流能力、裂缝的不对称因子和井的偏心距对井底压力变化和产量分布特征的影响.     

基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟

考虑裂缝内流体流动和周围岩石应力变形,建立了页岩人工裂缝扩展的数学模型,分别采用有限元和扩展有限元求解裂缝流场和岩石应力场,并通过Picard迭代方法耦合求解,计算结果与经典模型结果吻合,验证了模型正确性.在此基础上,分析了岩石弹性模量、Poisson(泊松)比和注入速度对裂缝几何形态的影响以及水力裂缝任意角度逼近天然裂缝扩展动态.结果表明:弹性模量和注入速度对裂缝形态具有重要影响,而Poisson比对裂缝形态影响较小;随着页岩脆性增高,压裂裂缝趋于"长窄型"扩展;地应力差和逼近角越大,水力裂缝越易贯穿天然裂缝;水力裂缝与天然裂缝相交处裂缝宽度存在相对较大的降低;扩展有限元方法避免了计算过程中的网格重构与网格加密,减少了计算量,该模型可以为页岩压裂设计提供理论指导.     

应用模糊综合评判和灰色关联度分析评价水平井多级压裂效果

水平井多级压裂是低渗透和非常规油气田开发的有效技术手段,其压后产能评价问题已成为相关研究的热点和难点.水平井多级压裂压后产能的各项影响因素之间关系复杂,通过常规理论分析量化研究困难,压裂效果很难准确预测.本文提出应用模糊综合评判和灰色关联度分析相结合的方法,对多级压裂水平井的压裂效果进行评价.首先运用灰色理论分析影响压裂效果的各因素之间的灰色关联度,计算各影响因素在综合评判中的权重值,再结合模糊综合评判方法,对多级压裂井压后效果进行预测评价.通过目的区块24口多级压裂水平井压后效果评价与实际生产情况对比,表明模型计算准确率达到95.8%,评价结果准确可靠.     

Group invariant solution for a pre-existing fracture driven by a power-law fluid in impermeable rock

The effect of power-law rheology on hydraulic fracturing is investigated. The evolution of a two-dimensional fracture with non-zero initial length and driven by a power-law fluid is analyzed. Only fluid injection into the fracture is considered. The surrounding rock mass is impermeable. With the aid of lubrication theory and the PKN approximation a partial differential equation for the fracture half-width is derived. Using a linear combination of the Lie-point symmetry generators of the partial differential equation, the group invariant solution is obtained and the problem is reduced to a boundary value problem for an ordinary differential equation. Exact analytical solutions are derived for hydraulic fractures with constant volume and with constant propagation speed. The asymptotic solution near the fracture tip is found. The numerical solution for general working conditions is obtained by transforming the boundary value problem to a pair of initial value problems. Throughout the paper, hydraulic fracturing with shear thinning, Newtonian and shear thickening fluids are compared.     

煤层压裂裂缝三维延伸模拟及产量预测研究

针对煤层气井的压裂特点和产出机理,综合应用流体力学、线弹性断裂力学、传热学、计算数学和软件工程等方面的知识,提出了煤层压裂裂缝三维延伸模型和产量动态预测模型,其中裂缝三维延伸模型考虑了煤层、上下遮挡层之间的地应力和岩石力学参数变化的影响,产量动态预测模型考虑了煤层气先解吸扩散后渗流入井的产出机理。在此基础上研制了煤层气井三维压裂优化设计软件,并通过实例计算验证了其实用性和可靠性。     

垂直裂缝气井生产动态预测及参数识别

为了摆脱分析解释水力压裂裂缝参数时选择图版的繁复工作和克服人为的误差,在引入非达西因子的基础上,考虑裂缝导流能力在生产过程中的变化,提出了垂直裂缝气井中真实气体在地层-裂缝系统中非达西渗流的数学模型和生产动态预测模型,建立了识别垂直裂缝气井水力裂缝参数的生产历史自动拟合模型,并给出了数值解法,为认识和了解气层、分析和评估气井压裂施工质量,提供了准确可靠的方法。     

Transboundary extraction of groundwater in the presence of hydraulic fracturing

We studied transboundary groundwater management problems in the presence of hydraulic fracturing. We found that the presence of risk suggests there should be caution when considering hydraulic fracturing. Our results from the cooperative solution show a decrease in hydraulic fracturing and increase in the steady state survival rate of groundwater. We also provide a Pigouvian type tax that could be imposed on natural gas developers.