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高能气体压裂的起裂机理研究

高能气体压裂的起裂机理研究

全国第五届岩石破碎学术会议

作者：张廷汉沈亚鹏周春虎西安石油学院西安交通大学

本文应用动力有限元方法的对油、气井在高能气体压裂初始阶段的起裂机理进行了深入地研究,获得了区分三类不同性质压裂和正确控制压裂范围的计算方法,为高能气体压裂的起裂机理和设计提供了重要依据。

关键词：高能气体压裂起裂机理动力有限元法

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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水力喷砂射孔孔道-裂缝起裂机理研究

西南石油大学学报（自然科学版） 2015年第5期37卷 111-116页

作者：曲海刘营许颖中国石化石油工程技术研究院北京朝阳100101 中国地质大学(北京)能源学院北京海淀100083

与传统射孔工艺相比,水力喷砂射孔方法产生的地层孔具有孔径大、孔道长和孔数少特点。针对射孔孔道影响压裂裂缝形态问题,开展孔道周围应力分布及起裂机理的研究工作。研究中采用三维有限元数值模拟结合室内实验验证的方法,分别从布孔... 详细信息

与传统射孔工艺相比,水力喷砂射孔方法产生的地层孔具有孔径大、孔道长和孔数少特点。针对射孔孔道影响压裂裂缝形态问题,开展孔道周围应力分布及起裂机理的研究工作。研究中采用三维有限元数值模拟结合室内实验验证的方法,分别从布孔方式、射孔方位和水平井筒方位方面,揭示了水平井近井筒区域喷砂射孔孔道产生的3种裂缝形态。研究表明,压裂裂缝倾向于从射孔孔道根部位置起裂;水平井筒与最小水平主应力夹角小于30°,两层布孔可在近井筒区域产生一条横向裂缝,螺旋布孔和对称布孔产生多条横向裂缝;纵向裂缝比横向裂缝更易于产生,形成纵向裂缝与横向裂缝相结合的扭曲裂缝;水平井筒与最小水平主应力夹角大于80°,产生一条纵向裂缝,与喷砂射孔参数无关。该研究可为水平井水力喷砂射孔及压裂合理施工提供理论指导。

关键词：水力喷砂射孔起裂机理裂缝形态水力压裂

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高瓦斯低渗透性煤层隧道水力压裂机理研究

地下空间与工程学报 2015年第S2期11卷 491-497页

作者：胡其志舒安齐肖衡林庄心善湖北工业大学土木工程与建筑学院武汉430068

含煤层隧道施工中瓦斯抽排是关系到隧道安全施工的关键。利用有限元软件Midas GTS对高瓦斯低渗透性煤层段掌子面处煤层水力压裂过程进行数值模拟,研究注水孔周围煤体裂隙的起裂原因和裂隙发育过程,结果认为:在水力压裂作用下煤体原始裂... 详细信息

含煤层隧道施工中瓦斯抽排是关系到隧道安全施工的关键。利用有限元软件Midas GTS对高瓦斯低渗透性煤层段掌子面处煤层水力压裂过程进行数值模拟,研究注水孔周围煤体裂隙的起裂原因和裂隙发育过程,结果认为:在水力压裂作用下煤体原始裂隙主要受拉压破坏,周围煤体主要受压剪破坏,剪应力随水压力增加而增加,并向四周裂隙移动。针对贵州正在施工的某煤层隧道,分析该工程中利用水力压裂进行瓦斯抽排的技术及过程,并与数值模拟结果进行对比,证实了水力压裂增透技术有助于增加低渗透性煤层的透气性。进一步对比分析认为:由于煤体原始裂隙降低了裂缝起裂条件,而导致实际施工中水压力大小要普遍小于理论模拟结果。论文的研究丰富了水力压裂技术的实验研究资料,为今后煤层隧道揭煤方案提供重要参考。

关键词：煤层隧道水力压裂数值模拟起裂机理

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裂缝性储层人工裂缝起裂及延伸机理研究

裂缝性储层人工裂缝起裂及延伸机理研究

作者：张杨东北石油大学

学位级别：硕士

低渗透性储层具有相当比重的油气资源储量，是油气产量增长的重要基础。该类储层常常发育着大量的天然裂缝，主要体现为低渗透裂缝性储层，这无疑给水力压裂施工带来了巨大难题。因此，开展裂缝性储层特征及水力压裂机理研究对提高该类... 详细信息

低渗透性储层具有相当比重的油气资源储量，是油气产量增长的重要基础。该类储层常常发育着大量的天然裂缝，主要体现为低渗透裂缝性储层，这无疑给水力压裂施工带来了巨大难题。因此，开展裂缝性储层特征及水力压裂机理研究对提高该类储层的产量，保证我国石油工业持续稳定发展具有极为重要的意义。论文以海拉尔盆地凝灰质裂缝性储层为研究对象，开展裂缝介质分布规律、储层特征参数与天然裂缝分布分形维数的关系及储层特征参数分布规律的模拟技术等研究工作。在裂缝起裂机理的研究中，应用结构面强度理论探讨了沿天然裂缝面剪切起裂的判断方法，应用力学平衡条件探讨了沿天然裂缝面张开起裂的判断方法，应用平面力学复函数解法开展了裂纹系汇集成缝研究。建立了不同起裂方式下起裂压力计算模型，并给出了判断人工裂缝实际起裂方式的方法，实例应用证明该方法较好解释了人工裂缝的破裂压力。在裂缝延伸机理的研究中，通过分析遭遇的天然裂缝产状及遭遇点的应力状态，得到岩石本体再次起裂的极限应力及天然裂缝面张开的极限应力，在此基础上构建差值判断函数，该函数优点在于可以划分出天然裂缝的起阻滞作用的分布区间及可被突破的分布区间，结合水力压裂动态模拟实验，进一步验证判断函数的准确性。应用保角映射及复函数方法计算“十字形”裂缝（人工裂缝与天然裂缝最常见的交割形态之一）延伸点的应力强度因子，结合裂纹扩展K判据建立人工裂缝延伸净压力计算模型，分析了单一裂缝对人工裂缝延伸净压力的影响规律。本文的研究对指导裂缝性储层水力压裂施工具有一定的现实意义和实用价值。

关键词：裂缝性储层特征起裂机理复函数方法保角映射延伸机理

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直井压裂多分支缝暂堵转向机理及实验研究

直井压裂多分支缝暂堵转向机理及实验研究

作者：孟旭东北石油大学

学位级别：硕士

海拉尔油田储层物性较差,低渗储层分布范围较大。常规的水力压裂改造一般都是形成对称的双翼裂缝,对于物性较差的致密储层作用并不明显,并不能实现高产稳产目的。开展多分支压裂改造能够在致密砂岩储层形成有效缝网,从而实现油井的高产... 详细信息

海拉尔油田储层物性较差,低渗储层分布范围较大。常规的水力压裂改造一般都是形成对称的双翼裂缝,对于物性较差的致密储层作用并不明显,并不能实现高产稳产目的。开展多分支压裂改造能够在致密砂岩储层形成有效缝网,从而实现油井的高产稳产。当前,多分支缝起裂机制并不明确,尤其对于多分支缝的暂堵转向机理认识不清,为此本文在储层水力压裂裂缝起裂及延伸机理研究的基础上,开展了直井压裂多分支缝暂堵转向机理及物模实验研究。取得了以下几点认识:(1)天然裂缝发生剪切破裂的影响因素有水平应力差、内聚力和摩擦系数,高水平应力差和中低逼近角范围的天然裂缝更容易发生剪切破裂。天然裂缝张开破裂的影响因素主要是水平应力差和流体净压力,高应力差和高逼近角下不利于天然裂缝的张开,而增大流体净压力能够使天然裂缝更好地开启。(2)水平应力差对分支缝的起裂及延伸具有控制作用。水平应力差越小,分支缝越容易从井筒起裂,分支缝与初始缝夹角越大。提高水平应力差可以提高分支裂缝沿初次裂缝延伸的几率(3)储层内的天然裂缝对分支缝的起裂及延伸具有重要影响。岩石内微裂缝会影响分支缝的起裂位置和方位。天然裂缝尺寸越大对分支缝起裂位置影响越明显。天然裂缝平行于最大水平应力,且与初始缝夹角越大,对分支缝延伸的诱导性越明显。(4)压裂液注入排量对分支缝起裂延伸影响明显。压裂液注入排量越大,分支缝越倾向于在井筒附近起裂;压裂液注入排量越小,分支缝越倾向于在初始缝中起裂;压裂液注入排量越大,形成分支缝尺寸越大。(5)初始缝的尺寸对分支缝起裂延伸影响明显。初始缝的尺寸越小,分支缝越倾向于在井筒附近起裂;初始缝的尺寸越大,分支缝越倾向于在初始缝中起裂。

关键词：多分支缝压裂技术物模实验起裂机理

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渤海油田疏松砂岩压裂充填技术研究与应用

石油机械 2021年第9期49卷 66-72页

作者：张晓诚王晓鹏李进韩耀图张明中海石油(中国)有限公司天津分公司海洋石油高效开发国家重点实验室

为了满足渤海油田疏松砂岩储层高效开发的需求,解除近井地带污染,增强低渗层导流能力,实现防砂、增产、调剖和控水等多重目的,对疏松砂岩裂缝起裂与延伸机理进行了研究,并以S油田为例,研究了压裂充填对生产的影响,同时对液压锁定器、顶... 详细信息

为了满足渤海油田疏松砂岩储层高效开发的需求,解除近井地带污染,增强低渗层导流能力,实现防砂、增产、调剖和控水等多重目的,对疏松砂岩裂缝起裂与延伸机理进行了研究,并以S油田为例,研究了压裂充填对生产的影响,同时对液压锁定器、顶部封隔器总成、充填短节旁通孔及反循环流道等进行了优化,形成了适用于φ244.5和φ177.8 mm套管的一趟多层压裂充填防砂工艺技术并进行了现场应用。研究及应用结果表明:交联类型的压裂液滤失量小、压裂液效率高、易形成平整的短宽缝,有利于进行压裂充填作业;压裂充填完井与常规砾石充填完井相比,压裂充填完井可解除近井地带污染,增强低渗层导流能力,达到增产、调剖和控水等多重目的;一趟多层压裂防砂工艺技术可满足4层压裂充填防砂完井作业要求。所得结论可为渤海油田疏松砂岩的高效开发提供新思路。

关键词：疏松砂岩压裂充填裂缝起裂机理防砂完井一趟多层渤海油田

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页岩定面射孔水力裂缝起裂特征探索及应用

断块油气田 2018年第2期25卷 254-257页

作者：郭兴午刘强张柟乔杨蕾中国石油西南油田分公司页岩气研究院四川成都610051 中国石油西南油田分公司工程技术处四川成都610051

定面射孔是近年来针对非常规油气井体积压裂发展起来的一项新型射孔技术。该技术改变了常规螺旋布弹方式,采用特制超大孔径射孔弹和特殊布弹方式,射孔后在其方向上形成一个扇面。该射孔工艺在致密油气水平井已得到广泛应用,但在页岩气... 详细信息

定面射孔是近年来针对非常规油气井体积压裂发展起来的一项新型射孔技术。该技术改变了常规螺旋布弹方式,采用特制超大孔径射孔弹和特殊布弹方式,射孔后在其方向上形成一个扇面。该射孔工艺在致密油气水平井已得到广泛应用,但在页岩气水平井压裂上还相对较少。文中开展室内物理模拟实验,探索了定面射孔对施工压力、水力裂缝起裂、延伸及形态特征的影响。该技术在国内首次应用于四川盆地某页岩气水平井,并利用软件模拟对定面射孔压后水力裂缝进行分析。现场应用结果及评价结果表明,相对于常规螺旋射孔,该技术有利于降低近井筒孔眼摩阻,也有利于提高页岩压后水力裂缝缝网体积。

关键词：定面射孔页岩气水平井水力压裂起裂机理

二氧化碳爆破在露天矿山开采中的影响因素与参数优化

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二氧化碳爆破在露天矿山开采中的影响因素与参数优化

作者：沈占军安徽理工大学

学位级别：硕士

液态CO相变爆炸技术利用“液-气”相变体积膨胀对外做功,是一种物理爆炸,相较于炸药的化学爆炸,破坏性小,危险性低,在安全和环保两个方面有其独特的优势。起初只是应用于高瓦斯矿井的采煤工作面,后来应用范围从煤矿领域跨越到非煤矿山... 详细信息

液态CO相变爆炸技术利用“液-气”相变体积膨胀对外做功,是一种物理爆炸,相较于炸药的化学爆炸,破坏性小,危险性低,在安全和环保两个方面有其独特的优势。起初只是应用于高瓦斯矿井的采煤工作面,后来应用范围从煤矿领域跨越到非煤矿山等领域,应用效果得到了广泛认可,但还有很多方面有待于深入研究。本文对液态CO相变爆炸进行炸药当量计算,以数值模拟和现场实验探究爆破特性和起裂机理。研发设计了致裂管内液态CO相变爆炸压力试验装置和测试系统,开展了一系列试验研究和测试工作。对CO相变爆炸布孔参数研究,结合现场实验进行振动分析。得出如下主要结论:（1）CO相变爆炸过程中能量计算采用压缩气体与水蒸气容器爆破模型计算方法,108#致裂管根致裂管的乳化炸药当量为2.22kg。液态二氧化碳爆破效果明显区别于传统炸药爆破,表现出物理爆破的特性,破岩能力明显弱于炸药爆破,爆破后岩石多为拉伸破坏,建立的三维双孔数值模型可以较好地模拟液态二氧化碳爆破效果。（2）自主研发设计的试验装置由致裂管、充装系统及配件和支撑架组成,测试系统由CY-YD-214压力传感器、YE5853电荷信号放大器、HDO4034A示波器组成。在承受高压的致裂管管壁开设4个小孔,且能满足密封性和耐压性要求。压力传感器具有频响宽、刚度大、耐高压的特点,可反复多次使用。测试系统具有响应快,噪声低,频带宽,测量准确度高,数据处理能力大等优点,不仅完全满足了液态CO2相变爆炸压力的测试要求,而且性能优越,为准确测试致裂管内相变爆炸压力,提供了有效的测试和试验手段。（3）揭示了液态CO的充装量、激发管质量和定压剪切片厚度的影响作用和规律,提出在激发管质量（热量）和定压剪切片材质、厚度一定的前提下,增加液态CO的充装量只会增加做功介质的量,而不会明显增加爆炸压力,增加激发药剂质量达到一定值,不仅可适当增加爆炸压力,而且峰压值和正压持续时间相对比较稳定,剪切片厚度增加,相变爆炸的峰值压力增加较为明显。致裂管内不同位置峰值压力存在一定的压力差,但差值并不大。在本试验条件下,当剪切片厚度为3.0 mm时,峰压基本在200MPa左右,当剪切片厚度为3.5 mm时,峰压均超过200MPa;当剪切片厚度为4.0 mm时,峰压在300MPa左右,最大达到354MPa。（4）计算得出二氧化碳炮孔间距理论与经验公式以及排间距计算公式。使用HHT方法对爆破施工产生的爆破振动信号分析是一种合理有效的方法,对施工有着很好的指导意义。二氧化碳爆破质点振动速度远小于传统炸药爆破,二氧化碳爆破振动能量主要分布于0-100Hz频带范围内,且主频为0-60Hz。二氧化碳爆破振动在允许范围内,对工程建设和周边房屋均不会造成影响。图24表10参87

关键词：二氧化碳爆破相变爆炸起裂机理爆炸压力爆破振动

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演马矿顶板抽采巷水力压裂增透技术研究

演马矿顶板抽采巷水力压裂增透技术研究

作者：刘传义河南理工大学

学位级别：硕士

本文利用理论分析、数值分析和现场试验相结合的方法，在前人研究的基础上针对演马庄矿顶板抽采巷低渗透、高瓦斯及高压力的具体特点，通过对定向压裂增透技术进行了深入系统的研究，得到以下几个方面的有益研究成果：（1）通过建立本... 详细信息

本文利用理论分析、数值分析和现场试验相结合的方法，在前人研究的基础上针对演马庄矿顶板抽采巷低渗透、高瓦斯及高压力的具体特点，通过对定向压裂增透技术进行了深入系统的研究，得到以下几个方面的有益研究成果：（1）通过建立本煤层和穿层条件下弱面扩展延伸的力学模型，分析次一级裂隙弱面扩展延伸需要满足的力学条件，是有效注水压力必须克服原岩应力和裂隙弱面处抗拉强度的综合作用。并进一步分析阐述了次级弱面分别在原一级弱面空间边缘端部以及沿原一级弱面充水空间壁面上发生起裂的力学条件。（2）结合钻孔围岩的应力分布状态，研究了低渗透煤层的致裂机理和高压注水裂缝起裂和扩展延伸机理。（3）以演马矿试验煤层的现场数据为基础，利用RFPA2D软件从煤层的不同埋深对煤层压裂透气性进行了分析，根据计算结果，分析了不同埋深下，不同增透范围对增透效果的影响。（4）并根据演马矿顶板抽采巷的特点设计了有效的压裂方案，压裂后改变了之前透气性低、抽采困难等问题，取得了较好的抽采效果。

关键词：起裂机理低渗透性水力压裂 RFPA2D