基于扩展有限元的页岩水平井多裂缝模拟研究

页岩储层水平井分段多簇压裂簇间距优选是压裂技术的关键,建立了水力压裂流固耦合数学模型,基于扩展有限单元法模拟多条裂缝的扩展过程,研究多条裂缝同时扩展的转向规律,以及应力干扰、水平主应力差、裂缝间距等因素与裂缝转向角度的关系.结果表明:应力干扰作用对裂缝宽度具有限制作用,单条裂缝张开宽度比两条裂缝的大;裂缝转角随应力差的减小而增大,随压裂时间的增加而增大.簇间距越小,应力干扰越强,转角越大,综合主缝均匀扩展、支撑剂填充以及复杂裂缝网络形成等条件,确定最优簇间距为30~40 m.多条裂缝同时扩展时,中间裂缝会受到两边裂缝的限制作用,簇间距越小,限制作用越强,裂缝发育时间越长,扩展速度越慢.     

考虑基岩向井筒供气的气藏压裂水平井产能预测模型

基于等效井径模型,综合考虑各裂缝不同参数、裂缝变质量入流和井筒变质量流动等因素的影响,建立并求解了基岩和压裂缝同时向井筒供气的井筒与气藏耦合的压裂水平井产能预测模型.研究分析了压裂水平井产能敏感因素.结果表明:压裂水平井的产能随裂缝条数、裂缝半长、裂缝间距的增加而增加;为获得较高的产能,压裂时应尽可能保持裂缝与井筒垂直;压裂缝条数一定时,裂缝越长、间距越大,压裂缝产能贡献越大,而裂缝越短、间距越小时,基岩向井筒供气的贡献越大,压裂缝贡献相对较小.研究成果为气藏压裂水平井设计提供了科学依据.     

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.     

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.     

考虑应力阻隔和干扰效应的分段多簇压裂诱导应力计算模型

针对水平井分段多簇压裂过程中段内多条裂缝同步扩展的形成特点,考虑裂缝间存在的应力阻隔效应和应力干扰效应,分析了段内各条裂缝诱导应力的影响范围以及其相对于不同位置处的有效净压力,建立了水平井分段多簇压裂段内不同位置处诱导应力计算模型.通过研究得出如下认识:第N段压裂之前段内各点受到的诱导应力为之前各段最后一条裂缝产生的诱导应力的叠加,第N段压裂过程中段内各点受到的诱导应力是与其相邻的裂缝产生的;最小水平地应力方向的诱导应力抵消了一部分缝内净压力,应根据应力阻隔和应力干扰效应以及之前各段压裂诱导应力的分布计算每条裂缝相对于左右两侧地层的有效净压力以及诱导应力.考虑多条裂缝同步扩展时的应力阻隔和应力干扰效应以及有效净压力变化的分段多簇压裂诱导应力计算模型更为符合实际的工况情况,具有较高的精度,能够为水平井分段多簇压裂优化设计提供更为准确的理论指导.     

基于灰色关联法的水平井压裂参数优化研究

针对低渗透薄互砂岩油藏A油田C9区块水平井井区储层物性差、非均质性强、开发难度大等问题,为改善水平井井区开发效果、提高水平井单井产能,应用灰色关联法,结合数值模拟软件,分析影响压裂水平井产能的主要因素,开展水平井压裂参数优化研究,结果表明裂缝半长和裂缝间距是影响压裂水平井产能的主要因素,优选出水平井压裂方案:裂缝半长为...     

页岩裂缝系统产量预测的敏感性研究

考虑气体渗流、解吸附效应、储层压缩性和滑脱效应,建立了页岩裂缝系统产能的全耦合数学模型.采用有限元方法求解基质和裂缝流场,计算结果与已有的研究结果吻合,验证了模型的正确性.在此基础上,分析了裂缝半长、条数、间距等参数对产能的影响以及解吸附效应对产能的作用.结果表明:裂缝参数之间存在相互作用.裂缝半长对产能的影响最大,裂缝条数的优化与裂缝半长有关;在生产中后期,解吸附效应可以提供相当可观的气体产量,对稳定产能有重要意义.该模型可以为页岩压裂设计提供理论指导.     

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.     

致密气储层压裂水平井产能影响因素排序

致密气是我国重要的战略接替资源,其开发理论研究处于起步阶段.水平井压裂是非常规致密气藏实现工业开采价值均有效技术手段,而压裂后产能影响因素的研究是该类气藏能否实现工业价值的关键.提出灰色关联原理和正交试验设计方法综合应用的方法对产能影响因素进行排序.首先利用灰色关联原理初步确定影响因素排序;再利用正交试验设计研究影响因素,并弥补灰色关联理论对因素之间相互制约和促进关系分析的不足;最后综合确定致密气藏单井产能影响因素的排序.研究表明:储层渗透率是影响单井无阻流量的决定性因素;其他主要因素依次为水平井段长度、有效厚度、裂缝条数;裂缝半长、水平井段纵向位置以及生产压差为次要因素.上述两种数学方法分析结果具有良好的一致性和实用性,对致密气藏现场实际生产具有重要的指导意义.     

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.     

夹角断层多段压裂水平井试井求解新方法

我国东部部分油藏含有发育的封闭断层,而断层对于油气井压力变化特征和相关参数的求取具有很大的影响.基于渗流力学基本原理,首先,利用点源函数基本理论和Laplace积分变换获得拉氏空间无限导流垂直裂缝井井底压力解,结合导流能力函数获得有限导流垂直裂缝井井底压力解;其次,通过镜像反映原理和压降叠加原则获得不同夹角封闭断层的有限导流多段压裂水平井拉氏空间解析解;利用Stehfest数值反演计算实空间井底压力解并绘制压力和压力导数双对数曲线图.研究表明:该典型特征曲线共分为8个流动阶段,在断层反映阶段无因次压力导数呈值为"0.5"360°/θ"的水平线;水平井中心到断层的垂直距离越小,断层反映时间越早,径向流动阶段越容易被边界反映所掩盖;裂缝间距越大,早期裂缝拟径向流特征曲线越明显;裂缝条数越多、导流能力越大,早期无因次压力和压力导数曲线位置越低.通过该模型能够很好地对含有封闭断层边界的油气藏做出准确评价和相关参数的求取.     

轴对称金属模具电磁热裂纹止裂中热应力场的分析

为求解金属模具脉冲放电止裂瞬间裂纹尖端附近的热应力场,选择具有半埋藏环形裂纹的金属凹模为研究对象,采用复变函数方法求解了凹模内外环面均匀通入强脉冲电流放电止裂时的热应力场．理论分析结果证实:由于放电瞬间脉冲电流的绕流集中效应,使金属凹模内部环形裂纹尖端附近金属迅速升温,金属熔化形成堆焊,并由于瞬间温升产生热压应力场．研究结果表明:应用电磁热效应止裂技术可以减小裂纹尖端的应力集中,形成的热压应力场有效地阻止金属模具中干线裂纹源的开裂趋势,达到了裂纹止裂目的．     

各向异性双晶和三晶体晶界附近应力场分析

采用率相关晶体滑移有限元程序对不同取向晶粒构成的双晶体和三晶体在晶界和三晶交点附近的应力集中特性进行了计算分析．双晶体的数值结果表明,不同取向晶粒的晶界附近应力场具有较大的应力梯度,存在应力集中现象;三晶体由于晶界之间的相互作用使得三晶交点可能造成应力集中地,也可能不造成应力集中,晶界附近的应力结构与双晶体晶界附近的应力结构亦不相同,这主要取决于三个晶粒的晶体取向．对双晶体和三晶体的分析说明,不同取向的晶粒具有不同的变形规律．因此研究金属材料的损伤、断裂问题至少需要采用晶体滑移理论从细观的角度分析不同晶粒之间的相互作用．     

基于灰色模糊聚类的压裂水平井见水层段判识方法

目前水平井机械找水主要通过井下开关控制逐段生产找水,随着水平井改造段数逐年增加,造成找水测试周期较长,需要将可能见水的射孔段组合进行找水.由于水平井对应注水井多、微裂缝发育造成缝网关系复杂以及超低渗透储层非均质性强,导致来水方向及井筒见水位置判识难度大.以已完成找水措施的水平井各射孔段油藏参数和改造参数为基础,采用灰色关联法对参数优选,并对优选参数进行模糊聚类分析,将聚类结果应用于新见水水平井的出水位置预判,形成一种多段压裂水平井见水层段的辅助判识方法,可将见水层段优化组合,达到缩短水平井找水周期的目的.     

非均质气藏水平井三维渗流的产能预测方法

建立了非均质气藏水平井三维渗流产能预测的数学模型,采用有限元方法对其进行求解,求解时将地质模型区块中不同空间位置处的渗透率值以及其它气藏物性参数分别布置到有限元模型的相应位置处的网格中,从而体现了三维空间中气藏的非均质特性.分析了非均质性对气藏水平井产能的影响.结果表明,气藏的非均质性对水平井的产气量影响很大,在相同的生产压差下,存在高渗透带的气藏水平井产量明显高于均质气藏水平井的产量;高渗透带条数越多、渗透率越大,导致气藏内压力消耗越小,水平井产量越高.最后,结合松辽盆地徐深层气田的地质特点和储层特性,给出了该气田的水平井产能预测实例.研究方法符合气藏的实际情况,为气藏水平井,特别是非均质气藏水平井的产能预测提供了一种行之有效的方法.     

相变增韧陶瓷平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹的渐近分析(Ⅱ)*

本文采用一种考虑相交剪切变形的陶瓷材料本构关系,对平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹尖端场进行渐近分析.给出了裂纹尖端附近环形域内的应力、速率分布以及应力奇异性指数.对不同材料参数下的变化规律进行了详细的分析和讨论.     

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.     

构成单材料裂纹和双材料界面裂纹有限应力集中的一般解析函数

对构成裂纹尖端附近有限应力集中解析函数的方法进行了综述.含裂纹平面问题的应力函数可以用无理函数和指数函数两种型式表示.对单材料裂纹,将裂纹长度作为参数,对无理函数型解析函数采用直接加权积分可以消除裂纹尖端应力的奇异性,构造有限连续的应力函数和尖劈型的张开位移函数.对指数函数型解析函数的间接积分适用于界面裂纹问题,但会使积分区间的应力分布出现正负反转和不合理的张开位移形状;结合选择不同权函数的叠加可以得到满足精度要求的有限应力集中解析函数.给出了中心裂纹和对称边裂纹在面内拉伸、剪切和弯曲等6种受力状态下的基本解.阐述了作为解析函数何以回避裂纹尖端应力奇异性的理由.     

高速扩展裂纹尖端的各向异性塑性应力场

在理想弹塑性材料中,高速扩展裂纹尖端的应力分量都只是θ的函数.利用这个条件以及定常运动方程、应力应变关系与Hill各向异性屈服条件,我们得到反平面应变和平面应变两者的一般解.将这两个一般解分别用于扩展Ⅲ型裂纹和Ⅰ型裂纹,我们就求出了Ⅱ型裂纹和Ⅰ型裂纹的高速扩展尖端的各向异性塑性应力场.     

探讨一种新的复合型断裂判据——塑性区最短距离r_(min)判据

裂纹尖端塑性区的存在是抗裂的重要因素,在同一个塑性区上,哪个方向上塑性区距离最短(指裂纹尖端到塑性区边缘的距离),裂纹就最容易从哪个方向上扩展.将复合型裂纹尖端应力分量代入R.von Mises屈服条件,得到裂纹尖端塑性区的边界方程:r表示从裂纹尖端到塑性区边缘的距离,裂纹沿rmin方向扩展,即由条件确定裂纹扩展方向.材料破坏的形式之一是在剪应力作用下产生滑动,在复杂受力下,八面体剪应力就是促使这种破坏的作用力.裂纹尖端附近某一点的八面体剪应力为:可令上式中B是一个和裂纹大小、形状以及外加应力有关的量.它的大小反映了裂纹尖端附近应力场的强弱.显然它可作为裂纹临界扩展的判据.当B达到临界值BC时,裂纹开始扩展,即B=BC,用本判据理论研究Ⅰ型裂纹问题,得到本判据理论是根据弹性力学八面体剪应力和R.von Mises屈服条件建立起来的,它把断裂力学和传统的力学理论联系了起来,概念清楚、计算简便.从电算结果来看,它比S判据、(σθ)_max判据,G判据更合理、更准确些.