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基于诱导应力场的井下顶板长钻孔分段压裂间距优化研究

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煤炭技术 2023年第4期42卷 167-171页

作者：李文博孙四清煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

应用二维裂缝诱导应力分析模型,对阳泉矿区井下顶板压裂裂缝诱导应力场分布规律进行理论计算,根据诱导应力作用强度将其分为强烈区和微弱区。数值模拟从裂缝几何尺寸和起裂压力差异性2方面,对比了诱导应力场不同分区内的缝间干扰强弱差... 详细信息

应用二维裂缝诱导应力分析模型,对阳泉矿区井下顶板压裂裂缝诱导应力场分布规律进行理论计算,根据诱导应力作用强度将其分为强烈区和微弱区。数值模拟从裂缝几何尺寸和起裂压力差异性2方面,对比了诱导应力场不同分区内的缝间干扰强弱差异,并实现分段间距优选。当分段间距为40~60 m时,缝间干扰影响程度显著减小。在阳泉矿区进行了2个压裂钻孔的水力压裂工程试验,1#钻孔和2#钻孔分段间距分别设计为50~75 m和50 m,百日瓦斯抽采监测结果表明:2#钻孔为1#钻孔的2.74倍。

关键词：诱导应力场缝间干扰分段间距优化分段压裂煤矿井下

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水平井分段压裂诱导应力场研究与应用

水平井分段压裂诱导应力场研究与应用

作者：尹建西南石油大学

学位级别：硕士

目前致密油、致密气、页岩气在内的非常规油气资源占有越来越重要的地位,水平井分段压裂技术是有效开发非常规资源的技术关键。为了准确认识水平井分段压裂过程中井筒周围应力场变化,指导裂缝起裂和延伸机理研究,以均质、各向同性的二... 详细信息

目前致密油、致密气、页岩气在内的非常规油气资源占有越来越重要的地位,水平井分段压裂技术是有效开发非常规资源的技术关键。为了准确认识水平井分段压裂过程中井筒周围应力场变化,指导裂缝起裂和延伸机理研究,以均质、各向同性的二维平面人工裂缝模型为基础,利用位移不连续理论,推导建立了非等裂缝半长、非等间距和任意裂缝倾角的水力裂缝诱导应力数学模型,并结合井筒内压、原地应力、压裂液渗流效应、岩石温度变化和射孔作用产生的诱导应力场建立水平井分段压裂诱导应力场计算模型。在模型基础上通过分析裂缝千扰下井壁处应力场的变化规律,结合岩石破裂强度准则预测破裂压力的变化规律,从降低破裂压力角度提出破裂点优选方法,通过分析裂缝干扰下井筒周围应力场的变化规律,结合岩石形成复杂裂缝的地应力条件开展压裂形成复杂裂缝的可行性研究。通过研究得到以下一些主要成果和认识：(1)采用位移不连续理论建立的裂缝诱导应力场模型能够解决常规解析法不能解决的水平井筒周围诱导应力场问题,同时能够分析裂缝与井筒不同夹角以及不规则裂缝产生的诱导应力。(2)水平井分段压裂时,先压开裂缝产生的诱导应力影响会让水平井筒周围应力场更为复杂,在先压开裂缝诱导干扰区域内的裂缝起裂和延伸形态更为复杂,压裂优化设计时必须考虑这一因素。(3)先压开裂缝产生的诱导应力在一定裂缝间距内会导致后续裂缝破裂压力增高,造成压裂作业难度的增加,而超过了一定裂缝间距,诱导应力反而可能会使破裂压力值降低,基于此从降低破裂压力角度优化不同完井方式下裂缝破裂点位置,为压裂优化设计中射孔位置优化提供参考。(4)裂缝产生的诱导应力场会影响水平井筒周围的主应力差,进而影响后续裂缝延伸过程中的形态,通过优选射孔方式、裂缝参数等因素可以增加裂缝间干扰程度,提高复杂裂缝产生的可行性大小。研究对于认清多裂缝应力干扰理论以及存在裂缝干扰下水平井筒周围应力场变化规律,指导分段压裂优化设计具有一定意义。

关键词：水平井分段压裂诱导应力场裂缝破裂点复杂裂缝

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考虑天然裂缝的诱导应力场模型研究

考虑天然裂缝的诱导应力场模型研究

作者：吕照西南石油大学

学位级别：硕士

我国页岩气可采储量高,具有广阔的发展前景,目前该类储层多采用水平井分段压裂技术进行开发。然而部分页岩气井压裂后产能较低,其中一个重要原因是压裂过程中水力裂缝受诱导应力场干扰使其扩展受限,不能有效沟通储层、释放产能;且诱导... 详细信息

我国页岩气可采储量高,具有广阔的发展前景,目前该类储层多采用水平井分段压裂技术进行开发。然而部分页岩气井压裂后产能较低,其中一个重要原因是压裂过程中水力裂缝受诱导应力场干扰使其扩展受限,不能有效沟通储层、释放产能;且诱导应力场模型是水力裂缝扩展模型的重要组成部分。因此需要对页岩储层诱导应力场进行计算,为裂缝扩展模拟提供应力场模型,并完成“十三五”国家科技重大专项相关研究内容。本文从储层诱导应力场计算模型出发,在水力裂缝物理模型的基础上,利用二维位移不连续理论并引入缝高修正系数建立了水力裂缝诱导应力场模型,并采用高斯约旦消元法及列主元消去法进行求解,通过与前人研究成果进行对比来验证本文建立模型的准确性;在此基础上分析了天然裂缝在水力裂缝诱导应力及原地应力作用下的受力情况,结合天然裂缝破坏准则,判断天然裂缝破坏状态,建立了破坏的天然裂缝诱导应力场模型;结合水力裂缝诱导应力场模型,建立了考虑天然裂缝的诱导应力场模型。然后在该模型基础上分析了储层参数、水力裂缝及天然裂缝参数的影响规律,并研究了考虑天然裂缝的诱导应力场对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响。取得了以下结论及认识:（1）天然裂缝未破坏时,水力裂缝在其尖端的诱导应力差为正;天然裂缝破坏时,就裂缝尖端诱导应力差大小而言,考虑张开型天然裂缝大于考虑闭合型天然裂缝大于水力裂缝,说明天然裂缝的破坏增大了尖端应力差,使水力裂缝转向困难,不利于裂缝网络的形成;（2）对于不同的储层诱导应力场模型,随着净压力的增大水力裂缝尖端处的诱导应力差也随之增大,但诱导应力差增大幅度略小于净压力增大幅度,说明通过增大缝内净压力来使裂缝转向增大储层改造体积效果并不明显;随着水力裂缝长度的增加或者天然裂缝长度的减小,水力裂缝尖端的诱导应力差增大,不利于裂缝转向形成复杂缝网;当水力裂缝偏转角小于90°或者天然裂缝偏转角不大于45°时,裂缝尖端诱导应力差较小且部分区域为负,对水力裂缝转向阻碍作用较小,有利于形成复杂缝网;弹性模量及泊松比对模型计算结果无影响;（3）张开型天然裂缝剪切破坏范围大于闭合型天然裂缝剪切破坏范围大于天然裂缝拉张破坏范围。以水力裂缝尖端为中心,张开型天然裂缝发生剪切破坏最远距离为18m;闭合型天然裂缝发生剪切破坏最远距离为12m;天然裂缝发生拉张破坏的最远距离为8m;（4）考虑天然裂缝的储层诱导应力场对与水力裂缝相交的天然裂缝发生张性破坏及剪切破坏的破坏形式无影响。但是其对天然裂缝发生张性或剪切破坏的趋势影响不同:就张性破坏而言,它会增加相交点右侧天然裂缝单元体发生张性破坏的趋势,削弱相交点左侧单元体发生张性破坏的趋势;就剪切破坏而言,它会削弱相交点天然裂缝单元体发生剪切破坏的趋势,增加其它单元体发生剪切破坏的趋势。

关键词：天然裂缝水力裂缝诱导应力场 DDM方法页岩储层

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大港致密油储层压裂诱导应力场研究与应用

大港致密油储层压裂诱导应力场研究与应用

作者：李超西南石油大学

学位级别：硕士

大港油田致密油藏具有储量大、物性差、低孔低渗等特点,通过常规压裂改造后增产效果不明显,大大制约了大港致密油藏进一步开发,因此中石油总公司特开设了重点研究专题深入研究致密油藏储层复杂裂缝形成机制。针对目前压裂诱导应力场的... 详细信息

大港油田致密油藏具有储量大、物性差、低孔低渗等特点,通过常规压裂改造后增产效果不明显,大大制约了大港致密油藏进一步开发,因此中石油总公司特开设了重点研究专题深入研究致密油藏储层复杂裂缝形成机制。针对目前压裂诱导应力场的研究还不够系统,有必要深入研究压裂过程中诱导应力场的产生机理和影响规律,对致密油储层复杂裂缝的形成具有重要意义。本论文以大港油田致密油藏为研究对象,在通过力学实验认识致密油储层力学性质和地应力特征的基础上,利用位移不连续方法建立裸眼井和射孔井诱导应力场数学模型,并对模型进行编程求解;最后利用编制的软件模拟分析直井和水平井诱导应力场的影响因素及规律,指导致密油藏压裂优化设计。通过本文的研究,得到如下几点结论和认识：(1)大港油田孔二段和沙河街组致密油储层岩石杨氏模量较低,平均值为16138.6MPa,而泊松比中等偏高,平均值为0.27。孔二段储层最大水平主应力为53.3MPa,最小水平主应力为44.4MPa;沙河街组储层最大水平主应力为70.2MPa,最小水平主应力为63.6MPa。两储层水平应力差异系数较小,但地应力差值较大,仍需利用诱导应力降低水平应力差异增加裂缝复杂程度。(2)采用位移不连续理论建立了裂缝诱导应力场数学模型,同时结合井筒流体内压、温度差、压裂液滤失、地应力和射孔孔眼应力等因素,通过叠加原理,分别建立了裸眼井和射孔井的诱导应力场数学模型。(3)利用VB编制了大港油田致密油诱导应力场软件,结合压裂过程中裂缝破裂压力模型分析,表明考虑诱导应力场影响的破裂压力与实际破裂压力值更接近,间接验证了本论文诱导应力场模型的准确性。(4)直井水力裂缝产生的诱导应力对原地应力场有较大的影响,当初次压裂裂缝越长、压裂净压力越大、原地应力差异系数越小,对压裂诱导应力场的影响越大,在此基础上提出了直井二次加砂压裂工艺,在大港油田现场应用取得了较好的效果。(5)分析了致密油藏水平井分段压裂诱导应力场的影响,结果表明多簇射孔更有利于诱导应力场降低地应力差,水平井利用诱导应力场降低水平应力差的最优裂缝间距为50m左右;同时裂缝净压力越大,裂缝长度越长,越有助于降低水平应力差,有利于形成复杂裂缝。通过本文的研究,为致密油压裂优化设计提供理论支持和方法手段,从而促进大港油田致密油藏的有效开发。

关键词：致密油藏诱导应力场复杂裂缝位移不连续法二次压裂

基于诱导应力场的煤层气水平井分段压裂间距优化研究

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中国煤炭地质 2018年第2期30卷 24-28,72页

作者：巫修平中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054

为了提高水平井分段压裂煤储层改造体积,提高煤层气的采收率,基于水平井分段压裂裂缝诱导应力场,运用数值模拟手段,对裂缝间距进行了优化。结果显示,水平井分段压裂先压裂缝产生的水平诱导应力差随着与其裂缝距离的增加呈先增加后减少... 详细信息

为了提高水平井分段压裂煤储层改造体积,提高煤层气的采收率,基于水平井分段压裂裂缝诱导应力场,运用数值模拟手段,对裂缝间距进行了优化。结果显示,水平井分段压裂先压裂缝产生的水平诱导应力差随着与其裂缝距离的增加呈先增加后减少的趋势,导致最大水平主应力转向乃至反转。当诱导应力场叠加后的最大水平主应力转向角为5°时对应的位置为最优压裂分段间距,以此布置分段间距,既能保证间距尽可能的小,也能使裂缝正常扩展,形成多个相互平行的有效主裂缝,实现对煤储层的体积切割,提高煤储层的压裂改造增产效果,对于煤层气水平井分段压裂裂缝参数优化具有较好的指导意义。

关键词：诱导应力场水平井分段压裂压裂间距

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基于扩展有限元法的多径向井压裂裂缝形态

中国石油大学学报（自然科学版） 2018年第1期42卷 73-81页

作者：曲占庆李小龙李建雄郭天魁田克寒张伟田雨中国石油大学石油工程学院山东青岛266580 四川大学建筑与环境学院四川成都610065

通过ABAQUS扩展有限元法(XFEM)建立基于地层流-固耦合方程的储层模型,以最大主应力准则、最大能量释放率准则为损伤机制,模拟分析单径向井、垂向多径向井、水平多径向井情况下的裂缝形态,并通过大型真三维物理模拟试验在一定程度上验证... 详细信息

通过ABAQUS扩展有限元法(XFEM)建立基于地层流-固耦合方程的储层模型,以最大主应力准则、最大能量释放率准则为损伤机制,模拟分析单径向井、垂向多径向井、水平多径向井情况下的裂缝形态,并通过大型真三维物理模拟试验在一定程度上验证数值模拟结果的正确性。在多径向井压裂裂缝形态研究的基础上,对径向钻孔的布孔方案进行优化。结果表明:压裂时沿径向井分布的诱导应力场是压裂裂缝沿径向井定向扩展的根本原因,其有效引导距离可达40 m;垂向多径向井可有效强化压裂裂缝的定向扩展效果,且具备降低起裂压力的能力;水平多径向井在远井带形成沿各径向井独立扩展的主裂缝,近井带形成沟通相邻两径向井的次级裂缝,两者协同可有效提高泄油面积、降低近井带油流阻力。

关键词：径向井压裂诱导应力场干扰应力场定向扩展扩展有限元法

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水平井分段多簇压裂缝间干扰研究

西南石油大学学报（自然科学版） 2016年第1期38卷 76-83页

作者：李勇明陈曦宇赵金洲申峰乔红军 "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室.西南石油大学四川成都610500 陕西延长石油(集团)有限责任公司陕西西安710075

水平井分段多簇压裂在现场得到了广泛运用,其压裂过程中普遍存在缝间干扰现象。缝间干扰有助于形成复杂裂缝网络以提高储层导流能力,但是也会导致起裂困难,甚至形成砂堵。因此有必要对分段多簇压裂的缝间干扰问题进行研究。对此,基于弹... 详细信息

水平井分段多簇压裂在现场得到了广泛运用,其压裂过程中普遍存在缝间干扰现象。缝间干扰有助于形成复杂裂缝网络以提高储层导流能力,但是也会导致起裂困难,甚至形成砂堵。因此有必要对分段多簇压裂的缝间干扰问题进行研究。对此,基于弹性力学建立了分析多簇裂缝诱导应力的数学模型,从起裂压力、裂缝宽度、簇间距等多方面研究了缝间干扰对水平井分段多簇压裂施工的影响。模拟结果显示,诱导应力会导致起裂压力升高、裂缝变窄,严重时将造成压裂施工失败。通过进行分析,给出了起裂过程及延伸过程中缝间干扰的影响关系分析认为,利用缝间干扰提高改造体积时应当控制簇间距防止对压裂施工造成负面影响研究结论对优化水平井分段多簇压裂设计具有指导意义。

关键词：缝间干扰诱导应力场起裂压力裂缝宽度多簇压裂

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射孔水平井分段压裂破裂点优化方法

现代地质 2014年第6期28卷 1307-1314页

作者：尹建郭建春赵志红王杏尊鲍文辉中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院四川广汉618300 西南石油大学"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室四川成都610500 中海油田服务股份有限公司天津300457

为确定水平井裂缝破裂点位置,指导射孔位置的优选,建立了综合考虑多条人工裂缝诱导应力、井筒内压、原地应力、热应力、压裂液渗流效应和射孔联合作用下的水平井分段压裂应力场模型,模型重点考虑了先压开裂缝产生的诱导应力场影响,更符... 详细信息

为确定水平井裂缝破裂点位置,指导射孔位置的优选,建立了综合考虑多条人工裂缝诱导应力、井筒内压、原地应力、热应力、压裂液渗流效应和射孔联合作用下的水平井分段压裂应力场模型,模型重点考虑了先压开裂缝产生的诱导应力场影响,更符合水平井分段压裂的实际特点,在此基础上结合岩石破裂准则从降低破裂压力角度形成了破裂点优化方法。研究结果表明先压开裂缝产生的诱导应力场影响使得水平井筒周围应力场更为复杂,研究裂缝起裂问题时必须考虑这一因素。对川西水平井分段压裂的破裂点进行了优化,压裂后输气求产,实际破裂压力梯度低于邻井同层的破裂压力梯度,大大降低了施工风险。该破裂点优化方法对水平井分段压裂优化设计有一定的指导意义。

关键词：射孔水平井分段压裂诱导应力场破裂点优化现场应用

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基于扩展有限元的单径向井压裂裂缝扩展规律

科学技术与工程 2019年第7期19卷 78-86页

作者：李小龙中国石化石油勘探开发研究院博士后科研工作站北京100083

径向井压裂技术已应用于多个油田并取得良好效果,而径向井对裂缝扩展的影响规律仍待研究。基于地层流-固耦合方程,建立扩展有限元(extended finite element method,XFEM)模型,利用最大主应力准则、最大能量释放率准则判断裂缝的起裂与扩... 详细信息

径向井压裂技术已应用于多个油田并取得良好效果,而径向井对裂缝扩展的影响规律仍待研究。基于地层流-固耦合方程,建立扩展有限元(extended finite element method,XFEM)模型,利用最大主应力准则、最大能量释放率准则判断裂缝的起裂与扩展,量化分析了不同参数对裂缝形态的影响规律,并对影响因素进行了灰色关联分析,最后通过大型真三维物模实验在一定程度上验证了数模结果的正确性。结果表明,压裂液通过径向井壁向地层渗滤形成了沿径向井分布的诱导应力场,在一定范围内,径向井产生的诱导应力可实现主裂缝沿径向井方向定向扩展,有效引导距离可达40 m;水平地应力差、储层厚度的增大均会大幅降低径向井引导裂缝定向扩展的能力;径向井方位角的增大会显著增大起裂压力。研究成果对现场应用具有重要的指导意义。

关键词：径向井压裂诱导应力场干扰应力场定向扩展扩展有限元