軟硬間互地層水力壓裂裂縫三維延伸機理研究

軟硬間互地層不但廣泛發(fā)育于壩址邊坡、隧洞圍巖，而且在地?zé)?、油氣資源開發(fā)工程中常有涉及。受控于地應(yīng)力及地層巖性的復(fù)雜性，軟硬間互地層中水力壓裂裂縫的三維擴展路徑復(fù)雜。本項目通過實驗和數(shù)值計算相結(jié)合的方法，以軟硬間互儲層水力壓裂開發(fā)工程中的壓裂裂縫形態(tài)預(yù)測與控制為背景，首先開展了室內(nèi)巖樣及相似材料模型的實驗，獲得了基本巖石力學(xué)參數(shù)及壓裂裂縫起裂與擴展的基本規(guī)律；其次結(jié)合并行有限元技術(shù)及矩張量反演技術(shù)，建立了基于數(shù)值模擬與微地震的水力壓裂裂縫精細表征方法；接著研究了軟硬間互地層巖心的脆性特征及其對壓裂裂縫的影響、研究了軟硬間互地層模量、泊松比、滲透率及層厚對壓裂裂縫擴展過程中應(yīng)力演化的影響、研究了軟硬間互地層水力壓裂裂縫遇到軟弱層及層理的擴展路徑；最后構(gòu)建了工程全尺度真三維數(shù)值模型，分析了壓裂裂縫的起裂、擴展方向及速率、空間規(guī)模等，并與現(xiàn)場測井及微地震數(shù)據(jù)進行了互饋分析。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，軟弱隔層的脆性指數(shù)如果下降20%，可有效封隔水力壓裂裂縫的擴展；水力壓裂裂縫遇到軟硬相間層和層理時，有穿層、扭轉(zhuǎn)、分叉、鈍化、止裂等5種基本擴展模式；除了巖性之外，層厚、施工排量及壓裂液粘度對裂縫類型及裂縫復(fù)雜性均具有重要影響。本項目提出的研究方法有一定的適用性，對于細觀尺度水力壓裂裂縫可實現(xiàn)完全定量化分析；對于工程尺度模型，受控于參數(shù)來源、計算規(guī)模及結(jié)果驗證等因素影響，可實現(xiàn)近似量化分析。本項目的研究成果豐富了水力壓裂裂縫擴展分析的研究方法和理論，為水力壓裂工程的設(shè)計與壓裂效果評價提供了進一步的理論和技術(shù)支撐。 2100433B

本項目擬通過試驗（包括室內(nèi)試驗、水力壓裂工程現(xiàn)場測井與微地震監(jiān)測）和數(shù)值計算的相結(jié)合，以軟硬間互儲層水力壓裂開發(fā)工程中的壓裂裂縫形態(tài)預(yù)測與控制為背景：(1)開展室內(nèi)巖樣及相似材料模型的壓裂試驗，獲得軟硬間互條件下巖層壓裂裂縫起裂與擴展的基本規(guī)律；(2)結(jié)合壓裂過程中背景應(yīng)力場、壓裂裂縫孕育與發(fā)展、微地震信息之間的內(nèi)因影響和聯(lián)系，建立基于微地震與數(shù)值模擬的水力壓裂裂縫精細表征方法，并構(gòu)建2個實際依托工程的全尺度真三維數(shù)值模型，分析壓裂裂縫的起裂、擴展方向及速率、空間規(guī)模等，并與現(xiàn)場測井及微地震數(shù)據(jù)進行互饋分析，提高壓裂裂縫模擬與預(yù)測的可靠性；(3)界定所提出方法的適用條件和適用范圍，結(jié)合相似材料模型試驗和數(shù)值模擬，揭示壓裂裂縫遇到軟硬相間層、天然裂隙、層理時穿層、扭轉(zhuǎn)、分叉、鈍化或止裂等非平面擴展機理，以及縫間、層間干擾機制。嘗試為軟硬間互地層水力壓裂工程的設(shè)計與壓裂效果評價提供參考依據(jù)。

煤層氣藏水力壓裂網(wǎng)狀裂縫形成機理及擴展規(guī)律

姜婷婷，任高峰，張建華著

• 出版社：武漢大學(xué)出版社

• ISBN：9787307207714

• 版次：1

• 商品編碼：12515243

• 品牌：其他品牌

• 包裝：平裝

• 開本：16開

• 出版時間：2019-03-01

• 用紙：膠版紙

• 頁數(shù)：159

• 正文語種：中文

內(nèi)容簡介

《煤層氣藏水力壓裂網(wǎng)狀裂縫形成機理及擴展規(guī)律》針對煤層氣藏水力壓裂過程中裂縫起裂和擴展預(yù)測的難題，系統(tǒng)地開展模擬實際壓裂條件下的煤巖力學(xué)參數(shù)試驗，建立應(yīng)力和滲流耦合條件下煤巖起裂判據(jù)，研究煤巖節(jié)理、層理和天然裂縫等對水力壓裂過程中裂縫網(wǎng)絡(luò)的影響規(guī)律，揭示水力壓裂裂縫起裂和延伸的力學(xué)機理，實現(xiàn)對煤層氣藏水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)幾何尺寸和復(fù)雜程度的設(shè)計控制。研究成果可為現(xiàn)場施工提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

水力壓裂就是利用地面高壓泵，通過井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液。當注入壓裂液的速度超過油層的吸收能力時，則在井底油層上形成很高的壓力，當這種壓力超過井底附近油層巖石的破裂壓力時，油層將被壓開并產(chǎn)生裂縫。這時，繼續(xù)不停地向油層擠注壓裂液，裂縫就會繼續(xù)向油層內(nèi)部擴張。為了保持壓開的裂縫處于張開狀態(tài)，接著向油層擠入帶有支撐劑（通常石英砂）的攜砂液，攜砂液進入裂縫之后，一方面可以使裂縫繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支撐已經(jīng)壓開的裂縫，使其不致于閉合。再接著注入頂替液，將井筒的攜砂液全部頂替進入裂縫，用石英砂將裂縫支撐起來。最后，注入的高粘度壓裂液會自動降解排出井筒之外，在油層中留下一條或多條長、寬、高不等的裂縫，使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道。壓裂之后，油氣井的產(chǎn)量一般會大幅度增長。

盡管水力壓裂法在19世紀就已發(fā)明，但直到近十幾年才開始大規(guī)模使用，如今，美國近些年的新油井有95%是用水力壓裂法進行鉆探的