水力压裂岩层破裂机制

深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法与相关技术

图片简介: 本技术介绍了一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法,包括以下步骤,获取天然裂缝分布信息,生成离散天然裂缝系统几何模型,根据实际工程问题确定水力裂缝扩展模拟相关参数,建立深层油气藏水力裂缝扩展数学模型,基于所述模型开展数值计算,得到数值模拟结果,根据数值模拟结果进行压裂效果分析,本技术采用弹塑性本构方程描述深层油气藏压裂过程中的岩石非线性变形,耦合井筒内、裂缝内和基质中流体流动,实现深层油气藏水力裂缝扩展过程的精准模拟,并对压裂效果进行定量分析,为深层油气藏人工压裂的预测、评价和优化提供有效手段。 技术要求 1.一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法,其特征在于,包括以下步骤: S1.获取天然裂缝分布信息,生成离散天然裂缝系统几何模型; S2.确定所述水力裂缝扩展数值模拟的相关参数; S3.建立深层油气藏水力裂缝扩展数学模型,基于所述深层油气藏水力裂缝扩展数学模型开展数值计 算,得到数值模拟结果; S4.根据所述数值模拟结果进行压裂效果分析。 2.根据权利要求1所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法,其特征在于: 所述S1包括: 根据深层油气藏的实际地质数据和现有地质模型数据,获取在水平面上的所述天然裂缝分布信息,包括裂缝的中心点、长度、倾角信息; 根据所述天然裂缝分布信息,建立所述离散天然裂缝系统几何模型; 若地层中不发育有天然裂缝,则此步骤省略。

3.根据权利要求1所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法,其特征在于: S2所述相关参数包括: 岩石弹性力学参数,包括杨氏模量和泊松比; 岩石塑性力学参数,包括内摩擦角、膨胀角和粘聚力; 岩石断裂力学参数,包括抗拉强度和断裂能; 岩石天然裂缝性质,包括内聚力和摩擦角; 岩石物理参数,渗透率和孔隙度; 储层参数,储层厚度、孔隙压力和水平主应力; 压裂液参数,粘度、密度和注入速率。 4.根据权利要求1所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法,其特征在于: 所述S3包括: S3.1.构建岩石非线性变形模型; S3.2.构建流体流动模型; S3.3.构建全局嵌入式内聚区模型; S3.4.多物理场耦合求解。 5.根据权利要求4所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法,其特征在于: 所述构建岩石非线性变形模型包括构建应力平衡方程、几何方程和弹塑性本构方程; 所述岩石非线性变形,采用德鲁克-普拉格屈服准则和非相关联流动法则进行描述; 所述弹塑性本构方程,基于所述德鲁克-普拉格屈服准则和非相关联流动法则,根据增量塑性理论推导获得。 6.根据权利要求4所述一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法,其特征在于: 所述构建流体流动模型包括构建井筒内流体流动模型、裂缝内流体流动模型和基质内流体流动模型;所述井筒内流体流动,被简化为一维流动,其流动规律符合基尔霍夫定律;

水力压裂安全技术要求

水力压裂安全技术要求 SY/T6566-2003 国家经济贸易委员会2003-03-18批准 2003-08-01实施 前言 本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位:吉林石油集团有限责任公司质量安全环保部、井下作业工程公司。 本标准主要起草人:宋泽明、宫长利、朱占华、毛杰民、付新冬、崔伟。 引言 水力压裂施工是油田开发、评价和增产的重要技术措施,也是一项风险较大的作业。由于压裂施工应用高压技术,野外作业,流动性大,涉及其它相关作业,经常接触石油、天然气等易燃易爆和其它有毒有害物质,易发生人员伤亡、环境污染等事故。为加强井下压裂施工安全管理,规范操作,搞好全过程施工作业,最大限度地避免发生事故,促进油田开发,提高经济效益,特制定本标准。 1 范围 本标准规定了水力压裂安全施工方法和技术要求。 本标准适用于水力压裂及相关施工作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 GB 150 钢制压力容器 SY 5727 井下作业井场用电安全要求 SY/T 5836 中深井压裂设计施工方法 SY 5858 石油企业工业动火安全规程 SY/T 6194 套管和油管 SY 6355 石油天然气生产专用安全标志 3 压裂选井和设计及施工队伍要求 3.1 压裂选井和设计应按SY/T 5836执行,并符合下列安全要求: a)套管升高短节组配与油层套管材质、壁厚相符; b)使用无毒或低毒物质; c)下井工具、连接方式应能保证正常压裂施工,并有利于压裂前后的其它作业; d)通往井场的道路能够保证施工车辆安全通行; e)场地满足施工布车要求。 3.2 压裂设计中应包括下列与安全有关的内容: a)存在可能影响压裂施工的问题; b)施工井场、施工车辆行驶路线说明及要求; c)地面流程连接、施工设备检查要求; d)试压、试挤要求; e)施工交接、检查要求;

高煤级煤储层水力压裂裂缝扩展模型研究_张小东

第42卷第4期 中国矿业大学学报 Vol.42No.42013年7月 Journal of China University of Mining &Technology Jul.2013高煤级煤储层水力压裂裂缝扩展模型研究 张小东1,2,张 鹏1,刘 浩1,苗书雷1 (1.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454003; 2.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083) 摘要:为了研究煤层气井水力压裂后的裂缝扩展规律,以沁水盆地南部煤层气井为例,基于区内煤储层的物性特征和水力压裂工程实践,根据水力压裂原理,采用数值分析的方法,探讨了研究区的煤层气井水力压裂后的裂缝形态与裂缝展布规律,提出了研究区煤层气井压裂过程中的综合滤失系数计算方法,构建了高煤级煤储层水力压裂的裂缝扩展模型,并进行了验证.研究结果表明:区内煤层气井压裂后形成的裂缝一般扩展到顶底板的泥岩中,且以垂直缝为主,裂缝形态符合KGD模型.区内常规压裂井的裂缝长为47.8~177.0m,平均90.6m.裂缝缝宽为0.013~0.049m,平均0.028m.模型计算结果与实测值、生产实践较为吻合. 关键词:高煤级煤;水力压裂;滤失系数;裂缝扩展模型 中图分类号:P 618.1文献标志码:A文章编号:1000-1964(2013)04-0573-07 Fracture extended model under hydraulic fracturing engineering for high rank coal reservoirs ZHANG Xiao-dong1,2,ZHANG Peng1,LIU Hao1,MIAO Shu-lei 1 (1.School of Energy Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China; 2.State Key Laboratory of Coal Resource and Safety Mining, China University of Mining &Technology,Beijing 100083,China) Abstract:In order to study the extended law of coal-bed gas well after hydraulic fracturing,this study took coal-bed gas well of Qinshui basin as a case in point.Based on the physics char-acteristics of coal reservoirs as well as the engineering practice of hydraulic fracturing,this re-search used the hydraulic fracturing principle and numerical analysis to investigate the fracturemorphology and fracture extended law of coal-bed gas well after hydraulic fracturing,and pro-pose the computing method of comprehensive filtration coefficient in the process of fracturing.Besides,this study also established fracture extended model for high rank coal reservoirs dur-ing hydraulic fracturing practice,and this model was further verified.The results show that:the fractures formed by hydraulic fracturing often extend to mudstone located in the roof andthe floor of coal seam,and the fractures are mainly vertical ones;the shapes of fractures con-form to KGD model;the fractures’lengths of normal hydraulic fracturing well vary from 47.8m to 177.0m,with an average of 90.6m;and the fractures’widths range from 0.013mto0.049m,and with an average of 0.028m.By the comparison,the calculation results obtainedin the paper fit well with the field measured value and the actual production practice. Key words:high rank coal reservoir;hydraulic fracturing;filtration coefficient;fracture exten- 收稿日期:2012-08-21 基金项目:国家自然科学基金项目(41072113);中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放基金项目(SKLCRSM10KFB01) 通信作者:张小东(1971-),男,河南省温县人,副教授,工学博士,从事煤地球化学、煤层气地质与工程方面的研究. E-mail:z_wenfeng@163.com Tel:0391-3987901

煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前景

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/6d8846873.html, 煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前景 作者:郭晨 来源:《科学与财富》2016年第07期 摘要:我国煤炭安全生产形势依然严峻,增加煤层透气性、进行有效瓦斯抽放迫在眉 睫。水力压裂技术是目前增加煤层透气性最有效的方法之一,文章从水力压裂机理、封孔技术、工艺设备发展三方面,综述了我国井下煤层水力压裂技术的发展和应用前景。 关键词:水力压裂;煤层;增透;发展现状 基金项目:重庆科技学院研究生科技创新计划项目,编号:YKJCX2014047 目前我国煤炭行业的安全形势依然严峻,由于煤层透气性低、瓦斯难以有效抽放导致的瓦斯突出、爆炸等事故屡见不鲜,造成了巨大的人员伤亡和经济损失,因此,加强瓦斯抽放、增加煤层透气性势在必行。水力压裂技术已成为增加煤层透气性最有效方法之一,本文通过介绍水力压裂机理、封孔技术及工艺设备的研究现状,指出水力压裂技术研究的必要性与可行性,以期为工程应用提供参考。 1.水力压裂机理研究 水力压裂技术1947年始于美国,起初主要用于低渗透油、气田的开发中,在地面水力压裂方面的研究仅仅局限在石油、油气藏以及地热资源的地面钻井开采过程中[1]。前苏联科学 家在20世纪60年代开始在卡拉甘达和顿巴斯矿区进行井下水力压裂的试验研究[2]。目前针对井下煤层水力压裂增透技术的研究已取得了明显发展,国内学者郭启文、张文勇等经过试验与现场应用研究了煤层的压裂分解机理,指出水力压裂技术只能够在煤层内产生很少的裂缝,并会在裂缝周围产生应力集中区[3],存在一定局限性。李安启等将理论与实践相结合,研究了 煤层性质对水力裂缝的影响,还在煤层压裂裂缝监测基础上提出了煤层水力裂缝的几何模型。 在水力压裂机理方面的研究,国内外学者对水力压裂在油气系统地面钻井压裂、煤炭行业井下增加煤层透气性方面都进行了较为深入的研究,但其压裂机理方面仍存在一定分歧,不能很好的控制水力压裂的效果。随着我国煤炭安全生产逐步发展和穿煤隧道等工程的逐步建设,水力压裂技术将大范围推广应用,因此加强水力压裂技术理论研究势在必行。 2.压裂钻孔封孔技术研究 煤层水力压裂钻孔封孔是有效实施水力压裂技术的关键,而封孔质量的好坏取决于两个主要因素:①封孔材料,需要选择性能良好、价格适中、易于操作的材料;②封孔的长度,封孔长度太短会导致高压水的渗漏,太长会造成人力、材料、时间的浪费。因此,要使水力压裂技术能够有效开展,必须在选取“物美价廉”的封孔材料的同时,研究材料承载能力与封孔长度之

页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展_潘林华 (1)

收稿日期:20131204;改回日期:20140519 基金项目:国家自然科学基金“页岩气储层低频脉冲水力压裂增渗机理研究”(51304258);“863计划”页岩气勘探开发新技术“页岩气压裂裂缝微地震监测技术研究” (2013AA064503)作者简介:潘林华(1982-), 男,工程师,2006年毕业于中国石油大学(北京)土木工程专业,2013年毕业于该校油气田开发工程专业,获博士学位,现主要从事岩石力学、地应力和压裂裂缝起裂和扩展等方面的研究工作。 DOI :10.3969/j.issn.1006-6535.2014.04.001 页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展 潘林华 1,2,3 ,程礼军1,2,3,陆朝晖1,2,3 ,岳 锋 1,2,3 (1.国土资源部页岩气资源勘查重点实验室重庆地质矿产研究院,重庆400042;2.重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心 重庆地质矿产研究院,重庆400042; 3.油气资源与探测国家重点实验室 重庆页岩气研究中心,重庆400042) 摘要:页岩储层低孔低渗,水平井多级压裂、重复压裂和多井同步压裂为主要的增产措施,压裂缝扩展和展布对于页岩压裂设计和施工、裂缝监测、产能评价至关重要。对大量相关文献进行了调研和分析,得出以下结论:①水力压裂室内实验是评价页岩复杂裂缝形态最直接的方法,但难以真实地模拟实际储层条件下的水力压裂过程;②扩展有限元、边界元、非常规裂缝扩展模型、离散化缝网模型、混合有限元法及解析和半解析模型为页岩气常用的复杂裂缝扩展模拟方法,但各种方法都有其优缺点和适用性,需要进一步改进和完善才能真实地模拟页岩复杂裂缝扩展;③天然裂缝分布和水平主应力差共同决定页岩复杂裂缝网络的形成,天然裂缝与水平最大主应力方向角度越小、水平主应力差越大,复杂裂缝网络形成难度越大;天然裂缝与水平最大主应力方向的角度越大、水平主应力差越小,越容易形成复杂裂缝网络。研究结果可以为页岩储层缝网压裂裂缝扩展模拟和水力压裂优化设计提供借鉴。 关键词:页岩气;水平井;水力压裂;压裂技术;裂缝扩展;室内实验;数值模拟中图分类号:TE357 文献标识码:A 文章编号:1006-6535(2014)04-0001-06 引言 页岩储层孔隙度、 渗透率极低,给页岩气的经济高效开发带来了极大的困难和挑战,长水平井段钻井和多段大排量水力压裂施工是页岩气开发的关键和核心技术 [1-2] ,能最大程度地增加压裂裂缝 的改造体积和表面积,最终达到提高产量和采收率的目的。页岩储层脆性大,天然裂缝和水平层理发育,压裂过程中容易发生剪切滑移和张性破坏 [3] , 压裂裂缝不再是单一对称的两翼缝,可能形成复杂的网状裂缝,给页岩水力压裂设计、裂缝监测及解释、压后产能预测等带来诸多不便。压裂裂缝的展布特征和裂缝形态可以通过室内实验和数值模拟方法进行评价。笔者广泛调研了目前页岩储层水平井压裂技术、复杂裂缝室内实验模拟和数值模拟方法的现状,分析了各种页岩水力压裂技术及压裂裂缝模拟方法的优缺点,对后续页岩储层水平井水 力压裂技术的选择以及压裂设计具有指导意义。 1页岩储层水力压裂技术 页岩储层水力压裂是个复杂的系统工程,用液 量大、施工车组多、耗时长、资金耗费量大。页岩储层水力压裂涉及压裂设计、压裂工艺选择、压裂液选择与配置、压裂设备和井下工具选择、压裂裂缝监测等问题,需要进行系统的考虑和处理。1.1 页岩储层水平井多级压裂技术 水平井多级压裂技术是页岩储层开发的关键技术,长水平井段、多级水力压裂使页岩储层能够形成多条压裂裂缝,可以增大页岩储层与井筒的渗流通道[4] 。目前常见的页岩水平井压裂主要有4 种。 (1)水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术 [5-6] 。该技术是国内外常用的页岩储层水力压

水力压裂技术

水力压裂水力压裂:: 一项一项经久不衰的技术经久不衰的技术经久不衰的技术 自从Stanolind 石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来,到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。压裂增产改造不但增加油井产量,而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来(仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来)。另外,通过促进生产,油气储量的静现值也提高了。 压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代,当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州,人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。目的是使含油的地层破裂,增加初始产量和最终的采收率。虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的,但操作后效果显著。因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。 在十九世纪三十年代,人们开始尝试向地层注入非爆炸性的流体(酸)用以压裂改造。在酸化井的过程中,出现了一种“压力从逢中分离出来”现象。这是由于酸的蚀刻会在地层生成不能完全闭合的裂缝,进而形成一条从地层到井的流动通道,从而大大提高了产量。这种“压力从逢中分离出来”的现象不但在酸化的施工现场,在注水和注水泥固井的作业中也有发生。 但人们就酸化、注水和注水泥固井的作业中形成地层破裂这一问题一直没有很好的理解,直到Farris 石油公司(后来的Amoco 石油)针对观察井产量与改造压力关系进行了深入的研究。通过此次研究,Farris 石油萌生出了通过水力压裂地层从而实现油气井增产的设想。 第一次实验性的水力压裂改造作 业由Stanolind 石油于1947年在 堪萨斯州的Hugoton 气田完成(图 1)。首先注入注入1000加仑的粘 稠的环烷酸和凝稠的汽油,随后是 破胶剂,用以改造地下2400英尺 的石灰岩产气层。虽然当时那口作 业井的产量并没有因此得到较大 的改善,但这仅仅是个开始。在 1948年 Stanolind 石油公司的 J.B.Clark 发表了一篇文章向石油 工业界介绍了水力压裂的施工改造过程。1949年哈里伯顿固井公司(Howco)申请了水力压裂施工的专利权。 哈里伯顿固井公司最初的两次水力压裂施工作业于1949年3月17日,一次在奥克拉荷马州的史蒂芬郡,总花费900美元;另一次在位于得克萨斯州的射手郡,总花费1000美元,使用的是租来的原油或原油与汽油的混合油与100到150磅的砂子(图2)。在第一年中,332口井被压裂改造成功,平均增加了75%的产量。压裂施工被大量应用,也始料未及地加强了美国的石油供应。十九世纪五十年代中期,压裂施工达到了每月3000口井的作业量。第一个过五十万英镑的压裂施工作业是由美国的Pan 石油公司(后来的Amoco 石油,现在的BP 石油)于1968年10月在奥克拉荷马州的史蒂芬郡完成的。在2008年世界范围内单级花费在1万到6百万美元之间的压裂作业超过了5万级。目前,一般的单井压裂级数为8到40

基于能量理论的水力裂缝扩展模型研究与应用

基于能量理论的水力裂缝扩展模型研究与应用 摘要:为了能够准确地描述裂缝扩展规律,本文通过能量分布状态规律,探讨了在裂缝扩展过程中能量的变化规律,在对裂缝扩展的建立方面给出了新的思路,并由此对裂缝扩展驱动力给出了相对应的表达式。提出了有关裂缝扩展驱动力的裂缝扩展准则,建立了关于裂缝扩展速率计算模型。实例计算结果表明,该模型计算结果与实际吻合较好。 abstract: in order to accurately describe the law of fracture propagation, the article, from the energy distribution, presents a new idea about establishing the criterion of crack propagation, explores the regulation of energy changes in the fracture propagation process and then obtains the relevant expression of driving force of fracture propagation. at the same time, the criterion of crack propagation with the expression of driving force of fracture propagation is put forward, and the calculation model of crack propagation rates is built. the calculating result is accurate and agrees well with practical ones. 关键词:水力压裂;裂缝扩展;能量守恒 key words: hydraulic fracturing;crack propagation;conservation of energy 中图分类号:te371 文献标识码:a 文章编号:1006-4311(2013)

国内水力压裂技术现状

280 水力压裂技术又称水力裂解技术,是开采页岩气时普遍采用的方法,先多用于石油开采和天然气开采之中,其原理时利用水压将岩石层压裂,从而形成人工裂缝,然后让裂缝延伸到储油层或者储气层,从而提高油气层中流体流动能力,然后通过配套技术使石油天然气在采油井中流动,从而被开采出来。这项技术具有非常广泛的应用前景,可以有效的促进油气井增产。 1?水力压裂技术的出现和发展 水力压裂技术是1947年在美国堪萨斯州实验成功的一项技术,其大规模利用是出现在1998年,在美国开采页岩气的时候,作为一项新的技术使用,而这项技术的运用,使美国美国页岩气开发的进程和效率大大加快。 水力压裂技术在中国的研究和开发开始于二十世纪五十年代,而大庆油田于1973年开始大规模使用这项技术,迄今已有30年历史。而随着时代的发展,中国的压裂技术已经有了长足进步,已经非常接近国际先进水平。而在技术方面,由于不断引进和开发相关的裂缝模拟软件等,通过多次的实验研究,在很大程度上实现了裂缝的仿真模拟。而相应的技术也使用在了低渗透油气田的改造工作中,并且在中高渗透性油田也有广泛应用。这项技术在低渗透油田的应用技术已经非常接近国际水平,相比较差距非常小。 2?水力压裂技术的发展现状 随着时代的发展,水力压裂技术也随之不断发展,逐渐成为一项成熟的开采技术。而这项技术具有一定的进步性,主要表现在以下方面: (1)从单井到整体的优化。最开始的时候,由于受技术限制,水力压裂技术只能针对一口井来使用,难以考虑到整体的效益。而随着技术的逐渐成熟,这项技术可以广泛的运用到整个油藏之中,可以对整个油藏进行优化设计,实现油藏的有效合理开发。 (2)在低渗透油藏的开发运用。由于受各种因素的影响,低渗透油藏大都难以有效的开发利用,虽然在各项新技术的使用下得到了一定得好转,但是低渗透油藏的开发依旧是举步维艰。而水力压裂技术的日益成熟,很大程度上改善了这一状况。通过综合考虑水利裂缝的位置和导油能力,使用水力压裂技术使油藏的流体流动能力进一步增强,从而实现低渗透油藏的最大程度的开采利用。 (3)水力裂缝的模型逐渐从二维转变为拟三维。水力裂缝的拟三维模型可以适用于各种不同的地层,可以非常真实的模拟水力压裂的过程,可以更好的更为直观的预测和观测水力压裂的使用进度,更好的对水力压裂过程进行控制,不但提高了效率,还可以在很大程度上节约成本。 (4)水力压裂规模扩大。随着技术的成熟和配套设施的完善,水力压裂的作业规模也随之变大,从最初的几立方米到现在几十甚至上百立方米,在很大程度上提高了效率,也提高了低渗透油藏的采油率,实现了油藏的有效利用,因而成为开采作业中非常重要的技术之一。 3?水力压裂技术的发展方向和前景 水力压裂技术具有广阔的发展前景,因为随着石油资源的逐年开采,低渗透油藏广泛出现,水力压裂技术之外的技术虽然可以一定程度上改善低渗透油藏难以开采的现状,但是随着时代的发展,水力压裂技术逐渐广泛使用在低渗透油藏之中,使低渗透油藏的开采效率大大增加。 (1)在低渗透油藏重复压裂促进采油率。主要的发展研究方向主要是加强对油藏状况的研究,建立科学的压裂模型,还要做到实时监测水力裂缝,对裂缝进度进行模拟和控制,其次利用高排量和大输砂量的泵注设备,进行注入作业,从而实现低渗透油藏的有效开发。 (2)做好拟三维化模型向全三维化模型的转换,全三维化模型可以非常有效的、更为直观的模拟和观测地下裂缝的进度,可以非常有效的控制水力压裂技术的科学使用。还要做好油气藏模拟技术的研发,配合三维化模型,更好的观测和了解油藏状态,从而做出合理的高效的开采计划。 (3)针对传统的水力压裂技术会出现污染地下水的问题,可以在无水压裂液体系做出研究,实现高能气体压裂技术和高速通道压裂技术等新技术的开发和利用,实现提高开采效率和环境保护的双赢。 有水压裂到无水压裂,从直井压裂到水平井分段压裂,从常规的压裂技术到现在的体积改造技术,压裂技术不断进步的同时,为人类带来了丰富的油气资源。而随着油藏开发,大量低渗透油藏的出现,给水力压裂技术的使用带来了广阔的空间,因而水力压裂技术拥有非常好的发展前景。 4?结束语 水力压裂技术是油气开发中所需要的非常重要的配套技术,而水力压裂技术和开采开发之间的结合,很大程度上提高了采油效率,降低了成本,在很大程度上提高了开采水平,使低渗透油藏得以稳定生产。而我国在这一技术上进行了大量投入,从研究人员和设施上,为技术的发展提供了很好的支持。而这一技术的逐步发展,在很大程度上提高了我国油气的开发效率,也很大程度改善了我国的石油供应紧张的现状,为我国的可持续发展做出了重大贡献,而作为油气开发的重要技术,水力压裂技术也会进一步发展,实现更高效率的油气开采。 国内水力压裂技术现状 续震?1,2 卢鹏?1,3? 1.西安石油大学 陕西 西安 710000 2. 延长油田股份有限公司杏子川采油厂 陕西 延安 717400 3.延长油田股份有限公司下寺湾采油厂 陕西 延安 716100 摘要:最早的水力压裂技术出现于1947年,而现代使用的水力压裂技术则是1998年首次使用。这项技术的出现,是油气井增产出现了新的希望,帮助石油开采取得了很好的技术成就和经济效益,从而使这项技术在我国石油开采上广泛应用,并取得了很好的成果。本文针对我国水力压裂技术的现状和发展前景做出研究。 关键词:水力压裂?现状?前景

定向水力压裂裂隙扩展动态特征分析及其应用_徐幼平

第21卷第7期2011年7月中国安全科学学报 China Safety Science Journal Vol.21No.7 Jul.2011 定向水力压裂裂隙扩展动态特征分析及其应用* 徐幼平1,2林柏泉1,2教授翟成1,2副教授李贤忠1,2孙鑫1,2李全贵1,2(1中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221116 2中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221116) 学科分类与代码:6203070(安全系统工程)中图分类号:X936文献标志码:A 基金项目:国家自然科学基金资助(51074161);国家重点基础研究发展计划资助(2011CB201205)。 煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题(SKLCRSM08X03); 国家科技支撑计划项目(2007BAK00168-1)。 【摘要】为减少煤矿井下水力压裂卸压盲区,扩大压裂影响范围,提高卸压增透效果,在分析水力压裂起裂机理和裂隙发展特征的基础上,提出定向水力压裂技术,分析定向水力压裂过程中煤体的裂隙发展分布规律,并利用RFPA2D-Flow软件模拟了压裂的起裂、扩展和延伸过程,对定向压裂与非定向压裂的效果进行了比较。最后将定向水力压裂技术在平煤集团十二矿己 15 -31010工作面进行了现场应用,得出在27MPa的水压下,单孔压裂有效影响半径达6m;单孔瓦斯抽放平均浓度较未压裂时提高80%,平均流量上升了382%,取得了显著的效果,具有良好的推广应用价值。 【关键词】穿层;定向水力压裂;卸压增透;RFPA2D-Flow软件;声发射 Analysis on Dynamic Characteristics of Cracks Extension in Directional Hydraulic Fracturing and Its Application XU You-ping1,2LIN Bai-quan1,2ZHAI Cheng1,2LI Xian-zhong1,2SUN Xin1,2LI Quan-gui1,2(1State Key Laboratory of Coal Resources&Mine Safety,China University of Mining&Technology,Xuzhou Jiangsu221116,China2School of Safety Engineering,China University of Mining&Technology,Xuzhou Jiangsu221116,China) Abstract:In order to reduce roof-floor blind area of hydrofracture in underground mines,expand influ-enced range of fracturing,and improve the effect of hydrofracture,a directional hydraulic fracturing tech-nique was proposed on the basis of analyzing the mechanism of crack initiation and the characteristics of fracture development.And the process of crack starting,extending and elongating was simulated with RFPA2D-Flow.The effect of directional hydraulic fracturing and the effect of non-directional hydraulic frac- turing were compared.Finally the directional hydraulic fracturing technique was applied in the F 15 -31010 mining workface of the Twelfth Coal of Pingdingshan Coal Mining Group.The results show that single drill-hole fracturing effective radius rises to6m under the pressure of27MPa,and the average concentration of single-drillhole gas drainage promotes80%,average flow up382%than that it is not fractured.All these suggest that the technology obtains remarkable effect,and has a high application value. Key words:cross layer;directional hydraulic fracturing;pressure relief and permeability increase; RFPA2D-Flow software;acoustic emission *文章编号:1003-3033(2011)07-0104-07;收稿日期:2011-04-20;修稿日期:2011-05-20

水力压裂综述

文献综述 前言 水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中,此时,在井底附近便会蹩起压力,当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时,在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中,裂缝不断向前延伸,这样,在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力,使油气能够畅流入井内,从而起到了增产增注的作用。 为了完成水力压裂设计,在地层中造成增产效果的裂缝,需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸,同时对与地面与井下设备的选择有关。同时,用于水力压裂的压裂液的性能、数量,支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸,压裂技术-端部脱砂技术,对提高压裂效果起到很大作用,这些因素关系到能否达到油田增产的目的,需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上,实现现场实际生产情况的模拟研究,对进一步优化水力压裂参数,提高压裂经济实用性起到很大作用。 这项油田增产措施自发展以来,得到国内外广泛采用,并且经不断的开发试验,已取得很大成效。 水力压裂技术的发展过程 水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来,至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施,正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主,此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。 70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合

水力压裂技术新进展

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64江汉石油职工大学学报 8压裂实时监控技术 实时监控和监测技术,是通过在施工现场实时地测定压裂液、支撑剂和施工参数,模拟水力裂缝几何形状的发展,随时修改施工方案,以获得最优的支撑裂缝和最佳的经济效益。 (1)施工参数监控,包括排量、泵压、砂比等由仪表车直接显示和控制。 (2)压裂质量监测:分别监测混砂车出、人口压裂液(携砂液)的流变性、温度、pH值等参数,对压裂液流变性,特别是加人各种添加剂后的性能以及携砂能力进行定量分析,常用的仪器为范氏系列粘度计,并在模拟剪切和地层温度条件下模拟整个施工过程。对于延缓硼交联压裂液和延缓释放破胶剂体系,矿场实时监测更为重要。 (3)实时压力分析:根据测定的施工参数和压裂液参数用三维压裂模拟器预测井口或井底压力,并与实际值进行拟合,预测施工压力变化(泵注和闭合期间)和裂缝几何形状。主要用途如下: ①识别井筒附近的摩阻影响(射孔和井筒附近裂缝的弯曲),并能定性判断其主要影响因素,判断井筒附近脱砂的可能性; ②评价压裂设计可信程度:如果施工压力与矿场实时预测压力相吻合,则设计的裂缝几何形状是可信的; ③预测砂堵的可能性; ④确定产生的水力裂缝几何形状I ⑤提供施工过程的图像和动画信息。 矿场实时分析随着便携式计算机的发展,在矿场上得到了广泛应用,除GRI外,其它石油公司也都相继研制和发展了这套系统。在实际应用中.经常与小型压裂测试分析结合应用。 9FASTFrac压裂管柱 贝克石油工具公司新近开发出一种连续油管压裂系统一FA刚下rac压裂管柱,用于对先前未处理到的层位进行选择性的增产措施,从而获得比常规压裂更高效、更经济的压裂效果。应用该技术能一趟管柱实现多层隔离与措施。从而降低了修井作业成本,节省了完并时间。由于该连续油管传送系统能保证高比重压井液不接触生产层,使完井和增产措施均不造成油井伤害,从而快速实现生产优化。FAsTFrac工具与Auto—J系统组成一个整体,Auto—J系统的作用是保证连续油管将压裂管柱送入或从井筒中起出。措施时,上部封隔元件和下部封隔元件能隔离一个或多个生产层。一旦第一次措施完毕,系统就复位并重新设置,下入另一个生产层。无论是FA跚下rac封隔器和桥塞系统,还是固定跨式双封隔器系统均能对过去遗漏的小型袋状油气藏实施经济高效的增产措施。 10新型CKFRAQ压裂充填系统 贝克石油工具公司新近研制成功新型CKFRAQ系统,该系统由多个高性能井下工具组件组成,尤其适用于极高流速和高砂比条件下。在应用软件的辅助下,CKFRAQ系统可以对压裂充填作业(用陶瓷支撑剂)中的泵的排量和容量进行优化,同时还可以将卡泵和套管腐蚀风险降至最低。经过大量模拟和小规模室内实验,该工具被应用于现场。人们还通过小规模室内试验,对工具转向孔的几何形状进行了评估,目的是找出哪种几何形状的转向孔遭遇的腐蚀最轻。此外,还进行了样机试验,以确保尽可能地延长套管的使用寿命。 贝克石油工具公司称,从毁坏性对比试验中可以看出,CKFRAQ系统的各种性能都胜过其它竞争产品。 今后的发展方向: (1)随着水力压裂施工的要求越来越高,压裂液和支撑剂的性能也需越来越高,因此必须加强高性能压裂液和支撑剂的研究与开发。 (2)开展有效的裂缝检测技术研究。目前压裂后裂缝的检测技术仍然是水力压裂技术的一个薄弱环节,国内外采用的检测方法虽然取得了一定的成效,但还有很大的局限性,还需要进一步的研究。 (3)在中高渗透地层中应用端部脱砂压裂技术,扩大水力压裂技术的应用范围。 (4)发展矿场实时监测和分析技术,提高施工的成功率和有效率。 [参考文献] [1]F.GUEKuru等著.冯敬编译,一种适用于低渗透浅层油藏的压裂方法[J].特种油气藏,2004(6).[2]吴信荣,彭裕生编,压裂液、破胶剂技术及其应用[M].北京:石油工业出版社,2003,9. [3]马新仿,张士诚.水力压裂技术的发展现状[J].河南石油,2002(1). [4]PaulWKte,JohnD.Harkrider,FractureStimulationOpti删功tioninaMatureWaterfloodRedevelopment,《JPlr》,January,2003. [5]shyapoberskyJ,chudnovsky.Areviewofrecentdevel—opmentinfracturemechanics诵thpetroleumengineer—ingapplications,SPE28074。1994.(下转第67页)  万方数据

页岩水力压裂的关键力学问题_庄茁_柳占立_王涛_高岳_王永辉_付海峰

2016年第61卷第1期:72~81 引用格式: 庄茁, 柳占立, 王涛 , 等 . 页岩水力压裂的关键力学问题 . 科学通报, 2016, 61: 72–81 Zhuang Z, Liu Z L, Wang T, et al. The key mechanical problems on hydraulic fracture in shale (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: 72–81, doi: 10.1360/N972015-00347 ? 2015《中国科学》杂志社https://www.360docs.net/doc/6d8846873.html, https://www.360docs.net/doc/6d8846873.html, 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 第517次学术讨论会?页岩气开发中的工程科学问题 页岩水力压裂的关键力学问题 庄茁①*, 柳占立①, 王涛①, 高岳①, 王永辉②, 付海峰② ①清华大学航天航空学院, 北京 100084; ②中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院, 廊坊 065007 *联系人, E-mail: zhuangz@https://www.360docs.net/doc/6d8846873.html, 2015-07-14收稿, 2015-08-30修回, 2015-08-31接受, 2015-10-16网络版发表 国家自然科学基金(11372157)和教育部博士点专项研究基金(20120002110075)资助 摘要页岩气的开采成为我国绿色能源开发的新领域. 尽管北美页岩气革命取得了成功, 水力压裂是成功的开采方式, 目前采收率仅为5%~15%, 问题出在哪里呢? 由此给力学家提出了巨大的挑战和机遇. 本文针对页岩水力压裂的关键力学问题, 阐述理论、计算和实验的研究进展和技术难点, 主要内容有: 页岩人工裂缝扩展的大型物理实验模拟平台; 考虑时间相关性的各向异性本构模型; 页岩起裂、分叉及多裂缝相互作用的断裂力学准则和模拟方法; 裂缝簇稳定性扩展的力学条件和创造缝网的多尺度有限元模型; 耦合断裂力学和流场压力的裂缝网扩展数值模拟方法. 关键词页岩, 水力压裂, 力学问题 1 “页岩气革命”风吹中国 页岩气是指以吸附和游离、时而还有流体相的形 态状态赋存于泥页岩中的非常规天然气. 美国和加 拿大是页岩气进行规模开发的主要国家, 页岩气年 产量约占天然气(干气)产量的1/4. 2013年, 美国能源 部能源信息管理局预测中国的页岩气储量排名世界 第一, 占比全球储量的36%, 是美国的1.5倍, 达到 1115×1012m3[1]. 北美页岩气的商业化开采给世界各 国的能源结构调整带来巨大影响, 加快页岩气资源 勘探与开发已成为页岩气资源大国的共同目标, 特 别是在我国不合理的能源消费结构背景下, 页岩气 开采将成为绿色能源开发的新领域, 从而成为缓解 原油产量不足, 降低减少煤化石燃料环境污染的有 效途径. 页岩油气规模开发主要依靠水平井和水力压裂 改造两项关键技术, 目标是增加储层宏观渗透率. 页 岩基质中气体的微流动(吸附、解吸、扩散与渗流)是 影响产气量的决定因素, 这也是页岩气不同于常规 天然气藏的主要区别. 北美“页岩气革命”取得了成 功, 但是根据美国页岩油气田的产量数据表明, 目前 采收率仅为5%~15%. 尽管水力压裂是成功的开采方 式, 仍不足以开采出大部分的油气, 地下几千米, 看 也看不见, 问题出在哪里呢? 由此给力学家提出了 巨大的挑战和机遇. 美国科学院院士、西北大学的Ba?ant等人[2]认为 在水力压裂裂缝扩展过程中, 局部裂缝失去扩展稳 定性是主要原因之一. 从现有页岩气开采技术层面 看, 我国页岩气开采同样面临更多的技术和方法的 选择与挑战. 我国的页岩地质条件与美国相比更加 复杂, 这是因为美国页岩储层主要是海相沉积, 而我 国有极其发育的陆相沉积; 美国页岩气产区主要分 布在比较稳定的大地构造岩层内, 页岩气埋藏深度 平均在1500 m; 而我国众多的页岩层都经历了强烈 的后期改造. 以四川和塔里木盆地为例, 其页岩气埋

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