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地应力差对煤层水力压裂的影响

煤矿安全 2015年第3期46卷 140-144页

作者：李树刚马瑞峰许满贵徐刚西安科技大学能源学院陕西西安710054

为进一步揭示地应力的大小和方向对煤层水力裂缝破裂压力和裂缝几何形态及延伸的影响,从而指导水力压裂设计、施工,提高压裂抽采效果,采用RFPA数值模拟软件对不同地应力差下破裂压力和裂缝延伸的变化规律进行研究。结果表明:煤层的水力... 详细信息

为进一步揭示地应力的大小和方向对煤层水力裂缝破裂压力和裂缝几何形态及延伸的影响,从而指导水力压裂设计、施工,提高压裂抽采效果,采用RFPA数值模拟软件对不同地应力差下破裂压力和裂缝延伸的变化规律进行研究。结果表明:煤层的水力压裂过程可分为裂前、微裂和破裂3个阶段,破裂阶段初始时的注水压力即为破裂压力;破裂压力随地应力差增大而线性减小;地应力差大于4 MPa时,最大地应力方向主导裂缝延伸方向;地应力差小于2 MPa时,裂缝形态趋于复杂;地应力差越大,裂缝形态越单一,方向性越显著,主裂缝延伸范围越大,越有利于煤层的增透和瓦斯的抽采,工程应用结果与数值模拟结果一致。

关键词：煤层水力压裂地应力差数值模拟瓦斯抽采

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深层页岩气断层属性对压裂缝网的影响

特种油气藏 2023年第2期30卷 95-100页

作者：任岚于志豪赵金洲林然吴建发宋毅吴建军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 中国石油西南油气田分公司四川成都610051 中国石油煤层气公司陕西西安710082

深层页岩地层断层较为发育,附近地应力场呈现非均匀分布,水力压裂产生的裂缝可能出现非平面、非对称、非规则延伸行为,进而影响压裂缝网体积。针对该问题,以川南区块Y101井区实际断层为例,构建了深层页岩气复杂构造内断层附近非均匀应... 详细信息

深层页岩地层断层较为发育,附近地应力场呈现非均匀分布,水力压裂产生的裂缝可能出现非平面、非对称、非规则延伸行为,进而影响压裂缝网体积。针对该问题,以川南区块Y101井区实际断层为例,构建了深层页岩气复杂构造内断层附近非均匀应力场表征模型与压裂缝网扩展模型,分析了断层特征参数对地应力的影响,并定量研究了断层类型、断距、长度、高度、走向、倾角和距离对压裂缝网体积的影响。结果表明:断层的断距、长度和高度越大,地应力偏转角和地应力差越大,压裂缝网体积越小;断层的倾角和远离断层的距离越大,地应力偏转角和地应力差越小,压裂缝网体积越大;断层的走向越大,地应力偏转角越大,地应力差越小,压裂缝网体积越大。断层参数对缝网体积的影响程度由大到小依次为倾角、走向、断距、距离、高度、长度。该研究可为深层页岩复杂构造下的缝网压裂优化设计提供理论依据。

关键词：深层页岩断层非均匀应力场压裂缝网地应力差

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中扬子宜昌地区志留系页岩气勘探制约因素

地质论评 2023年第S1期69卷 277-278页

作者：罗胜元苗凤彬张保民董田王传尚中国地质调查局武汉地质调查中心武汉430205 中国地质大学(武汉) 构造与油气资源教育部重点实验室武汉430074

四川盆地焦石坝气田以及长宁威远气田的发现,极大推动了我国页岩气发展,奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩是我国南方重要的海相烃源岩之,也是页岩气勘探热点层位。湖北宜昌位于中扬子地区,页岩成熟度高、经历多期构造运动、地质条件复... 详细信息

四川盆地焦石坝气田以及长宁威远气田的发现,极大推动了我国页岩气发展,奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩是我国南方重要的海相烃源岩之,也是页岩气勘探热点层位。湖北宜昌位于中扬子地区,页岩成熟度高、经历多期构造运动、地质条件复杂(郭旭升等,2022)。近年来,该区多口井获得稳定工业气流,展示良好页岩气前景。

关键词：五峰—龙马溪组笔石带地应力差宜昌

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既有洞室对水力裂缝起裂及扩展的影响

既有洞室对水力裂缝起裂及扩展的影响

作者：范志鑫山东大学

学位级别：硕士

水力压裂技术在油气开采中被广泛应用,岩体中天然洞室大量存在,洞室会改变地层中应力的分布,影响水力裂缝的起裂形态及扩展路径。但目前对缝洞相互作用领域的研究较少,为此本文引入洞室尺寸、洞室方位角、地应力比三个研究变量,分别通... 详细信息

水力压裂技术在油气开采中被广泛应用,岩体中天然洞室大量存在,洞室会改变地层中应力的分布,影响水力裂缝的起裂形态及扩展路径。但目前对缝洞相互作用领域的研究较少,为此本文引入洞室尺寸、洞室方位角、地应力比三个研究变量,分别通过室内实验、数值计算和理论分析等手段对该问题进行系统性的研究。旨在探究洞室对水力裂缝影响的规律及内在机理,提高含洞室岩层中水力压裂增产效率。本文首先使用类岩石试块进行室内水力压裂实验,实验采用真三轴水力压裂实验系统进行加载,同时利用声发射设备监测压裂过程,实验后整理归纳关键数据并总结规律。而后基于扩展有限元方法建立水力压裂计算模型,模拟实验工况,得到水力裂缝起裂和扩展过程中的应力状态及裂缝路径,与实验规律相互印证。最终基于断裂力学及弹性力学理论,分析洞室对水力裂缝起裂及扩展影响机理,得出结论如下:1、既有洞室影响水力裂缝起裂位置,地应力差减小以及洞室尺寸增大,使水力裂缝偏离最大地应力方向起裂概率增加。2、水力裂缝的初始起裂压力主要受地应力差、水力裂缝起裂方向与最大地应力方向夹角两者影响,起裂压力随前者增加而减小,随后者增加而增大。3、岩体中最大地应力和既有洞室周围拉应力区同时对水力裂缝裂尖产生诱导作用,水力裂缝在两者之间选择扩展路径。4、多个洞室的压应力区接近后相互叠加,叠加区域内最大压应力值随洞室尺寸增大以及洞室间距离减小而增大,压应力区不利于张拉裂缝的扩展,水力裂缝倾向于绕过该区域继续扩展。5、当岩层中地应力差较小时,既有洞室周围以压应力为主,扩展至洞室附近的水力裂缝较难穿透洞室;随地应力差增加,既有洞室周围拉应力区范围及最大拉应力值增加,扩展至洞室附近的水力裂缝更易穿透洞室。

关键词：水力压裂洞室方位角洞室尺寸地应力差扩展有限元

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压力衰竭地层地应力变化及影响因素

石油钻采工艺 2020年第6期42卷 697-702页

作者：胡棚杰李忠慧赵毅楼一珊方满宗长江大学石油工程学院长江大学·油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏研究室中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司

压力衰竭地层易发生井漏、井塌等井下复杂,其主要原因是油气压力下降后岩石特性参数以及地应力发生改变。如果沿用压力未衰竭时的安全钻井液密度窗口将会导致钻井液密度选用不合理,增大井下复杂情况的发生几率。为解决上述问题,考虑岩... 详细信息

压力衰竭地层易发生井漏、井塌等井下复杂,其主要原因是油气压力下降后岩石特性参数以及地应力发生改变。如果沿用压力未衰竭时的安全钻井液密度窗口将会导致钻井液密度选用不合理,增大井下复杂情况的发生几率。为解决上述问题,考虑岩石特性参数变化对地应力的影响,假设地层岩石为横观各向同性弹性材料,建立了新的地应力计算模型,以DF气田的DF111调整井为例,分析地应力影响因素。结果表明:岩石弹性模量增加会导致水平地应力差增大,且其对最小水平主地应力的影响随井深增加而变大;泊松比的变化不会改变水平地应力差;DF111调整井储层压力由1.03 g/cm^(3)衰竭到0.46 g/cm^(3),最小水平主地应力下降20.5%,最大水平主地应力下降16.1%,地层发生井漏的主要原因是地应力降低导致岩石有效剪应力增大。

关键词：钻井油气压力压力衰竭地应力地应力差有效剪应力

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致密灰岩储层压裂裂缝扩展形态试验研究

岩土工程学报 2016年第2期38卷 219-225页

作者：侯冰谭鹏陈勉袁亮熊振宇许超兰中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249

开发低孔、低渗的致密灰岩储层需要进行大规模的水力压裂。致密灰岩的成岩过程、矿物组成以及岩石力学性质与致密砂岩等储层差异很大,在不同应力状态以及施工参数条件下水力裂缝扩展形态有待研究。采用真三轴水力压裂试验系统对致密灰... 详细信息

开发低孔、低渗的致密灰岩储层需要进行大规模的水力压裂。致密灰岩的成岩过程、矿物组成以及岩石力学性质与致密砂岩等储层差异很大,在不同应力状态以及施工参数条件下水力裂缝扩展形态有待研究。采用真三轴水力压裂试验系统对致密灰岩露头展开压裂物模试验,研究地应力差、压裂液黏度、变排量、酸处理等多种因素对水平井压裂裂缝扩展规律的影响。试验结果表明：当水平地应力差在2~8 MPa之间时,水力裂缝易于沟通天然裂缝形成复杂裂缝网络;压裂液黏度升高,会降低剪切滑移和滤失膨胀的可能性,从而降低裂缝的复杂程度;在走滑断层的应力状态下,即σ_H〉σ_V〉σ_h,容易形成水平缝,特别是当井眼方向沿着层理面时极易沿着层理起裂;变排量压裂可以激活更多的天然裂缝,有助于形成复杂的裂缝网络;酸液预处理裸眼井段能够显著降低破裂压力,随泡酸时间的增加,破裂压力下降幅度逐渐增大。研究成果为现场压裂施工提供参考。

关键词：致密灰岩裂缝扩展地应力差压裂液黏度变排量酸处理

煤系“三气”共采产层组压裂裂缝扩展物模试验研究

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煤炭学报 2016年第1期41卷 221-227页

作者：孟尚志侯冰张健谭鹏熊振宇中联煤层气有限责任公司北京100011 中国石油大学(北京)油气资源与国家重点实验室北京102249

硬脆性砂岩、页岩储层与塑性的煤层组合开发时,层间应力差、岩性差异、界面性质等因素会对水力裂缝扩展产生较大影响,复合储层人工裂缝扩展规律存在认识不清的难点,给储层改造方案的合理设计带来了难度。基于此,选取鄂尔多斯盆地东缘临... 详细信息

硬脆性砂岩、页岩储层与塑性的煤层组合开发时,层间应力差、岩性差异、界面性质等因素会对水力裂缝扩展产生较大影响,复合储层人工裂缝扩展规律存在认识不清的难点,给储层改造方案的合理设计带来了难度。基于此,选取鄂尔多斯盆地东缘临兴地区天然露头岩石进行不同岩性组合,开展室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟试验,研究不同地应力差、弹性模量差异、煤岩割理等参数对水力裂缝起裂及扩展的影响。结果表明：水力裂缝起裂方向受地应力条件及近井筒天然弱面共同控制;当应力差在4～6 MPa时,既能保证裂缝穿透界面,又能保证高效沟通煤岩中天然弱面形成网络裂缝;层间弹性模量差异越大,缝内流体压力越高,穿透界面时释放的压力脉冲有助于激活煤岩中的微裂缝形成复杂的裂缝网络。水力裂缝在煤岩中的扩展路径受割理影响较大,易发生转向或者分叉扩展;水力裂缝穿透界面时压裂曲线存在明显的2次憋压,沟通煤岩割理过程中压裂曲线上下波动明显。研究复合储层水力裂缝起裂及扩展规律可为油田现场预测裂缝形态以及优化泵注程序提供参考。

关键词：三气共采复合储层组合压裂裂缝扩展地应力差弹性参数

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深部岩体非线性蠕变变形预测的研究

煤炭学报 2005年第4期30卷 409-413页

作者：王永岩魏佳齐珺杨彩红李剑光辽宁工程技术大学力学与工程科学系辽宁阜新123000 北京师范大学环境科学研究所北京100875

利用蠕变实验数据进行数值模拟,得出了深部软岩巷道围岩在高地应力作用下的蠕变方程,建立了蠕变与时间和应力的定量关系.通过计算得到了应力差-蠕变曲线;时间-应力差-蠕变三维曲面.得出了地应力差是引起蠕变的主要因素,对深层软岩巷道... 详细信息

利用蠕变实验数据进行数值模拟,得出了深部软岩巷道围岩在高地应力作用下的蠕变方程,建立了蠕变与时间和应力的定量关系.通过计算得到了应力差-蠕变曲线;时间-应力差-蠕变三维曲面.得出了地应力差是引起蠕变的主要因素,对深层软岩巷道进行了变形仿真分析,并实现了与实测变形的对比.

关键词：深部开采蠕变变形高地应力巷道围岩地应力差

基于扩展有限元分析的页岩水力压裂裂缝扩展规律探究

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钻探工程 2022年第5期49卷 177-188页

作者：温继伟项天朱茂胡萍毛建设荆羽慧石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 中石化中原石油工程有限公司管具公司河南濮阳457300

水力压裂是开采地下页岩气资源的有效技术手段,探究页岩水力压裂裂缝的扩展规律,可为页岩气的高效开采提供科学的指导依据。通过运用大型有限元软件ABAQUS中的扩展有限元模块,针对不同地应力差工况条件下均质页岩中初始裂缝的位置、方... 详细信息

水力压裂是开采地下页岩气资源的有效技术手段,探究页岩水力压裂裂缝的扩展规律,可为页岩气的高效开采提供科学的指导依据。通过运用大型有限元软件ABAQUS中的扩展有限元模块,针对不同地应力差工况条件下均质页岩中初始裂缝的位置、方位角、数量和含层理页岩中层理的构造方向、内部倾角、岩性对水力裂缝扩展的影响进行探究。结果表明:对于垂向扩展的水力裂缝,水平主应力增大使裂缝更不易扩展,裂缝扩展长度减小、起裂压力增大;在注液体积流量相同时,向初始裂缝两端同时起裂所形成的水力裂缝长度大于仅向一侧起裂;当初始裂缝处于页岩中部且呈45°方向时,裂缝会向最大水平主应力方向偏转,且偏转程度随最大水平主应力的增大而增大;分时多簇压裂时,裂缝间的扩展会相互干扰,且会较大地影响裂缝扩展的形态和起裂压力,但对裂缝注液点裂缝宽度的影响较小;对于含水平和竖直构造层理的页岩,改变层理内部倾角,水力裂缝会出现不同程度偏转,且其偏转程度随着层理内部倾角的增大而减小;对于含45°方向构造层理的页岩,水力裂缝在层理分别为砂岩、煤岩和泥岩中的偏转程度依次增大,且裂缝偏移比随着最大水平主应力的增大而增大。

关键词：页岩气水力压裂扩展有限元地应力差层理裂缝扩展规律