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考虑毛细管力的页岩储层压裂缝网扩展研究

中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第11期47卷 62-73页

作者：王迪陈勉金衍卢运虎中国石油大学(北京)油气资源与工程国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

页岩储层中广泛发育着各种尺度的天然裂缝,这些天然裂缝小到纳米、微米量级,大到毫米甚至是工程量级,显著影响着压裂后的裂缝网络形态.同时,在页岩压裂施工过程中,压裂液会进入到这些不同尺度的天然裂缝中,在天然裂缝内部存在气-液两相... 详细信息

页岩储层中广泛发育着各种尺度的天然裂缝,这些天然裂缝小到纳米、微米量级,大到毫米甚至是工程量级,显著影响着压裂后的裂缝网络形态.同时,在页岩压裂施工过程中,压裂液会进入到这些不同尺度的天然裂缝中,在天然裂缝内部存在气-液两相流体,产生毛细管力.当天然裂缝尺度不同时,在裂缝中产生的毛细管力大小不同,尤其是当天然裂缝尺度较小时,在其内部会产生较大的毛细管力,进而显著影响天然裂缝内压裂液的流动以及压裂裂缝网络的扩展.本文建立了同时考虑天然裂缝尺度以及压裂液与储层岩石润湿特性的页岩压裂缝网扩展模型,研究了在毛细管力影响下的压裂裂缝网络的扩展特征.通过研究发现,当天然裂缝初始长度较长、缝宽较小、压力液与储层润湿性较强时,天然裂缝更容易扩展,形成较大规模的裂缝网络.当天然裂缝尺度各异时,将形成复杂的裂缝网络,该模拟结果与室内大型页岩水力压裂实验中观察到的裂缝网络扩展形态相同.

关键词：页岩气压裂缝网扩展天然裂缝尺度压裂液润湿性毛细管力

四川盆地不同埋深龙马溪页岩水力裂缝缝高延伸形态及差异分析

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石油科学通报 2022年第1期7卷 61-70页

作者：谭鹏金衍陈刚中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206

四川盆地不同埋深龙马溪页岩储层地质特征及应力状态不同,水力裂缝缝高形态及其延伸规律差异显著。本文基于石柱县中深层与武隆县深层龙马溪页岩露头的真三轴试验结果,总结不同埋深页岩水力裂缝的缝高延伸形态及差异,明确主控因素;在此... 详细信息

四川盆地不同埋深龙马溪页岩储层地质特征及应力状态不同,水力裂缝缝高形态及其延伸规律差异显著。本文基于石柱县中深层与武隆县深层龙马溪页岩露头的真三轴试验结果,总结不同埋深页岩水力裂缝的缝高延伸形态及差异,明确主控因素;在此基础上,建立水力裂缝与层理面交叉作用的三维有限元模型,定量表征层理强度与地应力两大主控因素对缝高扩展的影响,揭示不同埋深页岩水力裂缝纵向穿层扩展规律。研究结果表明,根据水力裂缝与层理面作用方式不同,得到5种近井筒水力裂缝起裂及扩展模式:(1)垂直于层理起裂和扩展;(2)沿层理起裂和扩展;(3)垂直于层理起裂和扩展,并在局部沟通层理面;(4)沿层理起裂并扩展一定距离后,转向沿垂直层理面方向扩展;(5)多条裂缝同时起裂和扩展。随着埋深增加,页岩缝高形态逐渐由瘦高型过渡为矮胖型,石柱县中深层页岩缝网类型呈以横切缝为主缝的鱼骨刺状裂缝网络;武隆县深层页岩缝网类型呈以层理缝为主缝的多侧向台阶状裂缝网络。层理强度与垂向应力差异系数大小决定水力裂缝与层理的交叉方式,是不同埋深页岩储层缝高形态差异的主控因素。研究结果可为认识川南页岩气压裂缝高形态与指导压裂施工提供依据。

关键词：深层页岩缝网压裂裂缝形态缝高穿层

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结合CT技术的火山岩水力裂缝延伸实验

石油勘探与开发 2013年第3期40卷 377-380页

作者：贾利春陈勉孙良田孙志宇张伟朱千千孙振金衍中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室中国石化石油勘探开发研究院

为了准确获知火山岩水力压裂过程中裂缝的平面和空间扩展形态,采用真三轴水力压裂模拟系统,对火山岩天然岩样进行了室内压裂模拟实验,在实验前后采用工业CT技术对岩样进行扫描,并对CT图像进行三维重建和可视化处理。对岩样的CT图像进行... 详细信息

为了准确获知火山岩水力压裂过程中裂缝的平面和空间扩展形态,采用真三轴水力压裂模拟系统,对火山岩天然岩样进行了室内压裂模拟实验,在实验前后采用工业CT技术对岩样进行扫描,并对CT图像进行三维重建和可视化处理。对岩样的CT图像进行分析发现:经过压裂的火山岩内部裂缝在延伸过程中会连通部分天然孔隙,但裂缝并未沿着天然孔隙发育密集的区域延伸;裂缝延伸方向整体上与最大水平地应力方向趋于一致。对岩样的裂缝三维图和可视化图进行分析发现:火山岩压裂中的破裂压力梯度高,导致其难于形成裂缝。对岩样的造缝能力进行分析发现:井眼附近的岩石力学特性是影响岩石造缝能力的重要因素,火山岩往往具有较高的杨氏模量和抗压强度,造缝能力低。因此,火山岩现场压裂改造中的关键问题之一是降低破裂压力梯度。

关键词：火山岩水力压裂模拟实验 CT图像

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各向异性地层中斜井井壁失稳机理

石油学报 2013年第3期34卷 563-568页

作者：卢运虎陈勉袁建波金衍滕学清中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油塔里木油田公司博士后科研工作站新疆库尔勒841000

深部层理性地层井壁稳定性必须考虑地层物理力学性质的各向异性,然而目前井壁稳定设计方面仍粗略地将其近似为各向同性体,使得预测的维持井壁稳定的坍塌压力和破裂压力不能满足安全钻井的需要。笔者在研究层理地层岩石力学特性的基础上... 详细信息

深部层理性地层井壁稳定性必须考虑地层物理力学性质的各向异性,然而目前井壁稳定设计方面仍粗略地将其近似为各向同性体,使得预测的维持井壁稳定的坍塌压力和破裂压力不能满足安全钻井的需要。笔者在研究层理地层岩石力学特性的基础上,获得了一种考虑地层方向特性的井壁围岩应力分布公式,分析了横观各向同性地层的井壁应力分布特征,建立了新的斜井地层井壁稳定分析模型。研究结果表明,岩石的弹性模量、地应力和地层倾斜度的变化对井壁围岩的应力分布和坍塌、破裂压力均会产生影响,克服了常规各向同性井壁稳定分析模型不能准确预测层理性地层斜井井壁稳定的难题。因此在钻井施工设计当中,须根据地层特性选择合适的分析模型,以更好地指导现场实践。

关键词：井壁稳定横观各向同性拉伸破坏剪切破坏各向异性度

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高温下页岩水化损伤的各向异性实验研究

中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第11期47卷 134-141页

作者：卢运虎梁川金衍陈勉油气资源与工程国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石油海洋工程有限公司北京100028

为了研究高温页岩水化损伤的各向异性特征,以龙马溪页岩为例,利用FEI Qemscan 650F型矿物定量分析-热场发射环境扫描电子显微镜(EDS-FESEM),系统观察不同温度、压力和浸泡时间下页岩平行层理和垂直层理面特征黏土矿物及微观结构变化特征... 详细信息

为了研究高温页岩水化损伤的各向异性特征,以龙马溪页岩为例,利用FEI Qemscan 650F型矿物定量分析-热场发射环境扫描电子显微镜(EDS-FESEM),系统观察不同温度、压力和浸泡时间下页岩平行层理和垂直层理面特征黏土矿物及微观结构变化特征.研究结果表明,龙马溪页岩细观尺度的各向异性引起页岩水化特征存在明显区别,即平行层理面表现为大量微纳米溶蚀孔伴生发育的原生裂隙膨胀、闭合、塌陷的损伤模式,而垂直层理面表现为大量微纳米长石矿物溶蚀孔隙的损伤模式.相同浸泡时间和压力下,温度越高页岩细观结构的水化损伤越快;相同温度和压力下,随着浸泡时间增加,页岩细观结构的水化程度先增大后逐渐趋于平缓,温度升高减小了页岩水化特征时间,其内在联系需进一步开展实验探讨.

关键词：页岩各向异性水化损伤微观特征高温

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SAGD井微压裂储层渗透率变化规律研究

西南石油大学学报（自然科学版） 2018年第1期40卷 141-148页

作者：陈森林伯韬金衍张磊黄勇中国石油新疆油田工程技术研究院新疆克拉玛依834000 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京昌平102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京昌平102249

对超稠油SAGD井储层进行微压裂能够快速建立上下水平井连通,提高启动效率。为了掌握微压裂储层渗透率演变规律及评价微压裂效果,通过实验获取了新疆风城不同物性油砂储层的孔渗参数,研究了油砂的孔隙体积、各向异性及温度对渗透率的影... 详细信息

对超稠油SAGD井储层进行微压裂能够快速建立上下水平井连通,提高启动效率。为了掌握微压裂储层渗透率演变规律及评价微压裂效果,通过实验获取了新疆风城不同物性油砂储层的孔渗参数,研究了油砂的孔隙体积、各向异性及温度对渗透率的影响。实验结果表明,无论是原位还是剪切扩容后的状态,风城陆相油砂的绝对渗透率及水的有效渗透率随孔隙度或体应变的变化均遵从Kozeny Carman或Kozeny Poiseuille方程;同时,该油砂绝对渗透率为水平方向大于垂直方向,而水的有效渗透率则为垂直方向大于水平方向。同时,微压裂的注液温度对水的有效渗透率的影响可以忽略。在此基础上从机理出发探讨了微压裂和注蒸汽循环阶段的渗流差异,进一步运用有限元模拟手段,通过案例计算证实了微压裂模拟过程应采用水的有效渗透率。

关键词：微压裂陆相油砂孔隙度渗透率有限元分析

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砂页交互页岩油储层开采诱导应力场演化规律

地下空间与工程学报 2023年第1期19卷 107-116页

作者：夏阳韦世明王迪金衍中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京100083

页岩油储层立体开发中地应力演化规律复杂,影响邻井工程作业。本文以纵向砂页互层页岩油储层为研究对象,建立应力敏感模型,基于多孔弹性力学建立压裂储层开采诱导应力场演化预测模型,初步表征了页岩纵向非均质性条件下层内、层间开采诱... 详细信息

页岩油储层立体开发中地应力演化规律复杂,影响邻井工程作业。本文以纵向砂页互层页岩油储层为研究对象,建立应力敏感模型,基于多孔弹性力学建立压裂储层开采诱导应力场演化预测模型,初步表征了页岩纵向非均质性条件下层内、层间开采诱导地应力动态演化规律。结果表明:多层合采时,水平井不同位置处的应力剖面演化规律不同,水平井中段近井处的层间水平应力差随时间减小,而端部的层间水平应力差随时间增大;随着生产进行,高渗层(砂岩)内有效最小水平主应力增大幅度和应力转向角度均大于低渗层(页岩);生产3年后,高渗层(砂岩)内最大应力转向角度达到79°。研究成果可为页岩油储层立体开发布井、压裂设计提供了理论支撑。

关键词：页岩砂页交互层流固耦合应力场

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含气页岩破坏模式及力学特性的试验研究

岩石力学与工程学报 2012年第A02期31卷 3763-3771页

作者：李庆辉陈勉金衍 WANG F P 中国石油大学石油工程系北京102249 德克萨斯州立大学经济地质局奥斯汀美国78758

采用MTS815试验机对取自北美Barnett,Haynesville,Eagle Ford和中国南方下志留统龙马溪组含气页岩进行三轴压缩试验,获得不同应力条件下含气页岩的破坏模式和力学行为,并对比分析中美含气页岩力学特性上的差异。破坏模式上,低围压测试... 详细信息

采用MTS815试验机对取自北美Barnett,Haynesville,Eagle Ford和中国南方下志留统龙马溪组含气页岩进行三轴压缩试验,获得不同应力条件下含气页岩的破坏模式和力学行为,并对比分析中美含气页岩力学特性上的差异。破坏模式上,低围压测试时含气页岩破坏模式以劈裂式、双剪切破坏为主,高围压测试时以单剪切破坏为主。页岩种类、天然埋深、取芯角度和测试围压与其力学特性关系明显;矿物组成中脆性矿物含量越高,脆性特征越显著,碎裂越完全。页岩极限承载力与围压大小关系显著,围压增加,极限承载力升高,弹性模量总体趋势为缓慢增加,围压超过30 MPa后弹性模量迅速增加,页岩的峰值强度与围压大致呈线性关系。Barnett页岩的强度高于Haynesville页岩,低于Eagle Ford页岩;中国南方页岩与北美页岩相比强度和弹性模量更高,泊松比更低,脆性特征大致相当。

关键词：岩石力学含气页岩围压破坏模式力学特性

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油砂注液过程中水有效渗透率变化的试验研究

地下空间与工程学报 2018年第S2期14卷 536-541页

作者：庞惠文金衍林伯韬中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

为降低超稠油SAGD(蒸汽辅助重力泄油)开发成本,通常在蒸汽循环预热阶段前进行注水微压裂。这种储层改造的方法,大大缩短了预热周期,减少过热蒸汽的用量。但微压裂过程中水的渗流机理和高渗通道的细观特征不甚明了。本文旨在通过室内试... 详细信息

为降低超稠油SAGD(蒸汽辅助重力泄油)开发成本,通常在蒸汽循环预热阶段前进行注水微压裂。这种储层改造的方法,大大缩短了预热周期,减少过热蒸汽的用量。但微压裂过程中水的渗流机理和高渗通道的细观特征不甚明了。本文旨在通过室内试验研究在常温(沥青质不流动)条件下,克拉玛依油砂在三轴剪切破坏前后水的有效渗透性和孔隙结构细观参数的变化。分别采用瞬态和稳态注液测渗透率测试结果来评价,水在不同沥青质、泥质含量油砂中的渗流能力。同时,分析这两种试验方法在测试油砂水的有效渗透率上的优点和缺陷。所得结论可用于油砂注液过程的数模研究,进一步指导和评价现场微压裂施工的效果。

关键词：油砂水有效渗透率微压裂 SAGD