油层爆燃压裂造缝加载模型
２０１０年第３４卷 第５期 中国石油大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．５
０ｃｔ．２０ｌ０
文章编号：１６７３—５００５（２０１０）０５－０１００￣４
油层爆燃压裂造缝加载模型
陈德春 ，李海波 ，吴晓东 ，吴飞鹏 ，贺 慧。 （１．中国石油大学石油Ｘ－．程学院，北京１０２２４９；２．中国石油大学石油工程学院，山东东营２５７０６１； ３．胜利油田河口采油厂，山东东营２５７２００）
摘要：油层爆燃造缝加载模型是油层爆燃压裂造缝动态模拟模型研究的基础。基于固体药柱燃烧分析、燃烧速度方 程、质量守恒方程和能量守恒方程，建立药柱爆燃加载过程的燃烧速度、爆燃压力、爆燃温度随时间变化的计算模 型，并分析其影响因素及影响规律。结果表明：药柱爆燃后压力、温度均迅速上升，达到峰值压力和峰值温度所用时 间为毫秒级；在其他条件相同的情况下，装药壁厚增大，峰值压力和峰值温度不变，升压速率和升温速率减小；装药 量增加，峰值压力、峰值温度、升压速率、升温速率均增大；初始压力增大，峰值压力增大，峰值温度减小，升压速率和 升温速率不变；初始体积增加，峰值压力、峰值温度、升压速率、升温速率均减小。 关键词：油层；爆燃压裂；加载模型；爆燃压力；爆燃温度；敏感性分析 中图分类号：ＴＥ ３５７．３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７３－５００５．２０１０．０５．０１８
Ｌｏａｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｄｅ．ｃｈｕｎ 一，ＬＩ Ｈａｉ．ｂｏ ，ＷＵ Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ ，ＷＵ Ｆｅｉ．ｐｅｎｇ ，ＨＥ Ｈｕｉ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２４９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｏｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０６１，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｈｅｋｏｕ Ｏｉｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ２５７２００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｒｅ— ｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｒａｔｅ，ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｗｅｒｅ ｂｕｉｌｔ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｓｏｌｉｄ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒａｉｎ，ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｒａｔｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｉｎａｓｓ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎ— ｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｌａｗｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｂｏｔｈ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｆｔｅｒ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒａｉｎ ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｐｅａｋ ｔｅｍ— ｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｗｉｔｈｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄｓ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｄｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｐｏｗｄｅｒ ｇｒａｉｎ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｐｅａｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｏｎ。ｔ ｃｈａｎｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｇｒａｉｎ ｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｅａｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｄｕｃｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｏｎ’ｔ ｃｈａｎｇｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｅａｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ；ｌｏａｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ；ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｓｅｎｓｉ— ｔｉｖｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ
石油工业正面临后备储量紧张和探明的未动用 石油地质储量中大部分为低渗透油田储量等问 题 。为了有效动用低渗透油田的储量，各种增产 增注措施，特别是油层爆燃压裂技术得到了广泛应 用，也取得了较好的效果 。 。但是，油层爆燃压裂 造缝过程的影响因素分析、造缝动态以及裂缝条数 与效果的预测等缺乏研究，影响该技术的进一步发 展与应用的成功率和有效率。笔者基于油层爆燃造
收稿日期：２０１０—０２—１５ 基金项目：国家“２ｌ】工程”重点建设实验装置项目；中国石油化工股份有限公司项目（Ｐ０３０５１） 作者简介：陈德春（１９６９一），男（汉族），江苏兴化人，教授，博士，从事采油工程理论与技术研究。 第３４卷第５期 陈德春，等：油层爆燃压裂造缝加载模型 ・１Ｏｌ・ 缝加载模型、油层强动载作用下破裂压力计算模型、 裂缝动态延伸模拟模型以及流体渗滤模型、井筒一地 层传热模型、裂缝起裂／止裂判据模型等的研究，建 立爆燃加载一地层开裂一裂缝延伸的油层爆燃压裂 造缝动态模拟模型，以期指导该技术的工艺参数设 计与施工控制，提高其机制研究水平和应用效果。 １ 物理模型 采用油层爆燃压裂技术，裸眼完井方式，通过井 筒密闭空间内的药柱燃烧进行加载，建立不产生裂 缝时爆燃加载物理模型，如图１（Ｒ 为药柱外半径，ｒ 为药柱内中心孔半径， 为井筒半径）所示。 油层爆燃压裂整个加载过程通常在毫秒级的时 间内完成，假设：①地层为均质、各向同性的弹性体， 井筒内施工段各点压力相等；②压档界面固定；③爆 燃加载过程绝热；④爆燃生成气体符合气体状态方 程；⑤装药燃烧服从几何燃烧规律，燃烧完全，燃烧 产物组分不变。 图１油层爆燃压裂造缝加载模型示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ２数学模型的建立与求解 ２．１固体药柱爆燃 爆燃压裂采用固体药柱 Ｊ、中心传火、内侧表 面点火的燃烧方式。假定在燃烧表面上各点的燃烧 速度 均匀，则ｔ时刻药柱燃烧体积为 ＝［叮ｒ（ｒ＋ ） 一１Ｔｒ ］ｆ＝叮Ｔ （８＋２ｒ）． 式中， 为药柱的燃烧体积，ｍ ；ｆ为药柱长度，ｍ；６ 为ｔ时刻药柱燃烧径向位移，ｍ。 药柱燃烧服从几何燃烧规律，药柱燃烧速度受 多种因素影响，其中环境压力对燃烧速度具有直接 影响，燃烧速度与燃烧环境压力呈指数关系 ，即 ：掌： ｏＰｎ．（１）“ ‘ ， 式中，Ｐ为燃烧环境（井筒）压力，ＭＰａ；Ｗ。为燃烧速 度系数（压力为１ ＭＰａ时的燃烧速度），ｍ／（Ｓ・ ＭＰａ ）； 为压力指数，与用药类型有关 ＿ｌ０＿。
药柱体积燃烧速率为
：２订ｌ（ａ＋ｒ） ＝２盯ｔ（ａ＋ｒ）ｗｏｐｎ＝ｗｏＳ。ｐ ． ２．２质量守恒方程 根据质量守恒定律，密闭爆燃室中燃气的质量 生成率等于药柱质量燃烧变化率，即
： ： Ｓ ｎ，（２）ｄ —ｔ Ｐｏ ｐｏＷｏ５ｏＰ。， 【ｚ） 其中 ｍ ＝ｐＶｒ＝Ｐ（ ＋ ）， 则 ｄｍｒ＝ｐ ＋￣ｒ／ａ（ａ＋２ｒ）２］ ．
式中，ｍ 为爆燃室中气体的质量，ｋｇ；ｐ。为药柱的密 度，ｋｇ／ｍ。；Ｖｒ为爆燃室的容积，ｍ ；ｐ为燃气的密度， ｋｇ／ｍ ；Ｖｏ为初始状态爆燃室的容积，ｍ 。 根据气体状态方程Ｐ＝ 尺 得
一ｊ一生一 塑 ｄｔ—ＺＲＴｄｔ ＺＲ ｄｔ‘
式中，ｚ为气体压缩因子； 为气体常数，ＭＰａ・ｍ ／ （ｋｇ・Ｋ）；Ｔ为气体温度，Ｋ。 ｄｍ ｒ＝ｐｓ。 。ｐ ＋Ｖｏ＋￣ｒ ｌａ（ ８＋２ｒ）ｄ
ｄｌ ？－
一
Ｐ［Ｖｏ＋￣ｒｌ６（６＋２ｒ）］ｄＴ ＺＲ。 ｄｔ’
将式（２）和式（３）合并整理得 Ｖｏ＋＇ｔｒ ／６（ ６＋２ｒ） ２ ｍ ｗｏｐ＂ 一 ＋
Ｐ［Ｖｏ＋￣ｒｌ６（６＋２ｒ）］ｄ ＺＲ１ ｄｔ’
２．３能量守恒方程
（３） （４） 药柱爆燃释放出的能量提高爆燃室内燃气的温 度和压力，系统绝热，则 ，ｎ【厂＝ｍ ｃ （ —Ｖｏ）＋（ｐ—ｐ。） ． （５） 式中 为单位质量药柱爆燃做功，Ｊ／ｋｇ；ｃ 为药柱比 热容，Ｊ／（ｋｇ・ｃ【＝）；Ｔｏ为初始状态爆燃室内的温度， Ｋ； 为初始状态爆燃室内的压力，ＭＰａ。 对式（５）两边求导，得
ｃ ￣－ｔＴ＋ｃｇ（ ） ＋（ｐ＿ｐ０） ＋ ．
整理可得 Ｅ Ｖｏ＋￣１６（６＋２ｒ）］ｃ ｐ ｄｄＴ
＋［ ＋￣ｒｌ６（８＋２ｒ）］ ＝
核爆压裂(V1.0)
核爆炸采油调研
目
录
调研概况
核爆炸采油 层内爆炸采油 意见建议
5
核爆炸采油调研
核爆采油概况
前苏联
• 提出核爆采 油 • 1965年至 1989年 • 注水油气田
美国
• 1957年提 出“犁头” • 1967年至 ~ 90年代 规划设计未 付诸实施
根据苏联经验，核能强化开采油气特别适用于低渗透储层和非均质碳 酸盐岩储层，据估计，最终采收率提高幅度不小于40 %； 美国和前苏联的试验结果显示 ，用核爆炸来提高采收率是可行的，但 两者皆为获得工业应用； 该工艺仅处于实验研究阶段，且目前处于停滞状态。
空穴膨胀压力=岩石静压→停止膨胀 激波持续传递能量
复杂缝网
岩石蒸汽凝析→聚集空穴底部
空穴压力下降→顶盖崩落→形成囱道→支撑
9
核爆炸采油调研
核爆采油原理
核爆炸所产生的巨大“囱道” 式洞穴和相连的裂缝系统
1. 破裂（机械作用） 2. 加热（热作用） 3. 放射（化学作用） 4. 地震（应力波作用）
爆炸过程中释放出大量的热量，从而 在裂缝、近裂缝地带引起巨 大的温度 变化。 III）化学作用 爆炸产生的高温高压气体中的CO2、 HCl及H2S等酸性气体遇水形成的酸液 对地层岩石的腐蚀作用。 IV）应力波作用 爆炸时会产生较强的应力波，使地层 岩石产生变形和破坏，能够解除地层 堵塞、在油层中产生微裂缝、降低流 体粘度。 4
10
核爆炸采油调研
核爆采油原理
1. 破裂（机械作用）
周围孔隙环境遭受了机械改造； 中央带（I带）：辐射状和切向的宏观
裂隙系发育。该带由于切割裂隙丰富，
其岩石处于不稳定状态，这就导致它们 坍塌成爆炸带，而流体的传导率却很高， 有利于流体和气体分流并有利于流体和 固态悬浮物聚集； 过渡带（II带）：岩石遭受残留变形的 圈层。其岩石处于应力状态，使钻井受 到静态挤压，并使大的孔隙和裂隙加速 形成。 外带（III带）：该带只形成个别辐射状 微裂隙,亦即岩石的变形几乎保持不变。
水力压裂三维数学模型研究
式中： D 为应变速率张量， ρ 为流体密度，η 为流 体粘度，V 为流体流动速度矢量， F 为单位质量的 体积力。 对于幂律流体则有如下关系： η = KS ( n−1) 2 (13)
式中： n 为流态指数， K 为压裂液的稠度指数。S 为 ∂p 2 ∂p 2 + y x ∂ ∂ 压裂施工中压裂液的连续性方程为 ∂w ∂q ∂q y − qL = − x− ∂t ∂y ∂x
2 三维水力压裂数学模型的建立
岩石水力压裂过程是流体与外力共同作用下岩 石内部裂隙与裂缝发生、发展和贯通的过程[7] 。水 力压裂的第 1 阶段是形成裂缝。为此，把液体注入 井内直到压力超过岩层阻力而在该处产生水力破 裂。该阶段当钻井有天然裂缝时，可能不存在重新 造缝的情况。 水力压裂的第 2 阶段是已形成裂缝的扩 展。即把液体注入已形成的裂缝，迫使其扩展。裂 缝扩展的范围，取决于注入到岩层液体的体积和性 质。在某一点裂缝扩展期的支撑剂是浓缩液和注入 液的混合体。注入支撑剂的目的，在于保持裂缝不 闭合，并把浓缩液体导出[8] 。因此，三维水力压裂 的数学模型需要描述如下几个过程：破裂的产生、 破裂方向和裂缝的扩展、压裂液在裂缝中的运移、 压裂过程中的温度变化等。其数学模型一般包括： 应力-位移关系方程、裂纹扩展判据方程、流体流动 关系方程、能量守恒方程等。 2.1 水力压裂破裂准则 2.1.1 拉伸破裂准则 水力压裂破裂前的孔周应力分布由原始地应力 场、孔内流体压力和钻孔应力集中所构成[9]。为简 化分析，假设岩石为均质各向同性弹性介质，且无 渗透性，则若以压应力为正，孔壁处的应力为 σr = p σ θ = (σ H + σ h ) − 2(σ H − σ h ) cos 2θ − p (1) σ z = σv
水力压裂设计的新模型和新方法
水力压裂设计的新模型和新方法翁定为1,2 付海峰1,2 梁宏波1,21.中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化中心2.国家能源致密油气研发中心储层改造部翁定为等. 水力压裂设计的新模型和新方法.天然气工业，2016,36(3):49-54.摘 要 压裂设计是水力压裂技术的核心，由于非常规储层的特殊性，使得压裂设计面临一系列的挑战。
为此，梳理了国内外压裂设计各环节的新模型和新方法，并分析了其发展方向。
压裂设计的新模型和方法主要分布在储层描述、水力裂缝刻画、水力裂缝优化以及水力裂缝模拟等4个方面，其中储层描述主要是在创新参数获取基础上建立新的地质力学模型；水力裂缝刻画主要体现在开发新方法，并结合物理模拟实验认识，提高现有监测手段的准确性；水力裂缝优化方面主要进展是挖掘储层与流体的相互作用，并通过规律性描述，形成新型的油气藏数值模拟软件；水力裂缝模拟主要通过方法创新，研发新型的适用于水平井分段多簇压裂的裂缝数值模拟器。
因此，建议国内同行在坚持工具、设备等硬件投入的基础上，加强基础研究，力争在各种评价模型和软件方面取得突破，从而提高压裂设计的科学性，进而实现非常规油气藏的高效经济开发。
关键词 水力压裂压裂设计储层描述裂缝刻画水力裂缝优化裂缝模拟数学模型国内外DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.03.007New models and methods for hydraulic fracturing designWeng Dingwei1,2, Fu Haifeng1,2, Liang Hongbo1,2(1. Fracturing and Acidizing Center, Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Langfang, Hebei 065007, China; 2. Stimulation Department of National Energy Tight Oil and Gas R&D Center, Beijing 100083, China)NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 3, pp.49-54, 3/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)Abstract: Fracturing design is the core of hydraulic fracturing technologies. The particularity of unconventional reservoirs brings about challenges to the fracturing design. In this paper, the development direction of fracturing design was analyzed after new models and methods for fracturing design all over the world were investigated. These new models and methods mainly involve reservoir description, and fracture depiction, optimization and simulation. Reservoir description mainly involves a new geomechanical model built based on the acquisition of innovation parameters. Fracture depiction focuses on new method development to increase the accuracy of the existing monitoring means based on physical simulation experimental results. Progress in fracture optimization focuses on the interaction between reservoirs and fluids and the development of new numerical reservoir simulation models on the basis of law description. Hydraulic frac-ture stimulation involves the research and development of new numerical fracture simulators suitable for multi-stages and multi-clusters fracturing in horizontal wells by means of innovative methods. It is strongly recommended to strengthen basic research and try to realize breakthroughs in terms of various evaluation models and software so as to improve the quality of fracturing design and develop uncon-ventional resources efficiently and economically in China while the investment on tools and equipments are guaranteed.Keywords: Hydraulic fracturing; Fracturing design; Reservoir description; Fracture depiction; Hydraulic fracture optimization; Fracture simulation; Mathematical model; Domestic and overseas基金项目：国家科技重大专项“低渗、特低渗油气储层高效改造关键技术”（编号:2011ZX05013-003）。
岩石冲击开裂试验峰值压力和加压速率计算模型
用具 有 重 要 作 用 。
关键词 ： 石 ； 岩 冲击 ； 拟 试 验 ； 压速 率 ； 学模 型 ； 模 加 数 室验 室试 验 中 图分 类 号 ： ２ ＴＥ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ｏ 卜０ ９ （ ０ ７ ０ — ０ ８ ０ １Ｏ ８ ０ ２ ０ ）４ ０ ２ —４
１ ３ 加 载 特 性 分 析 ．
试 验装 置 的加载 参数 与爆燃 药爆 燃 加载 参数 对 比情 况见 表 １ 由表 １ 以看 出主 要加 载 参数 基 。 可 本 与爆 燃药 爆燃 相 当 ， 以用该 装 置 完 全 可 以模 拟 所 炸 药爆 燃加 载环 境 。
表１ 试验装置的加载参数与爆燃药爆燃加载参数对 比
科 研 项 目“ 力 裂缝 层 内爆 炸 提 高采 收 率 技 术 基 础 研 究” 编 号 ： 水 （
Ｐ ０５ ） 分 研 究 成 果 ０３ １ 部
落体 高度 为 ０ １ ６ｍ； ～ ． 渗透 率测 试用 的压力 传感 器
量 程 ２ Ｐ ， 度 ０ ２ ； 载 过 程 中 用 于 测 试 模 ５Ｍ ａ 精 ．５ 加
２ 冲 击 峰值 压 力 和加 压 速 率计 算 模 型
岩 石 冲击 开裂试 验装 置通 过重 物 自由落体 运 动
将 势 能转化 为 动能 ， 击 岩 心 夹持 器 的 内活 动 柱 塞 撞
１ 岩 石 冲 击开 裂 试 验 装 置
１ １ 组 成 ．
试 验装置 由岩石 强 冲 击 试 验仪 （ 括 冲击 形 成 包 机 构 和岩心夹 持 器等 ） 泵 压系统 以及 控制 与测 量系 、 统 、 套的辅 助设 备等 五部 分组 成ｌ 。 配 ＿ ４ ］
xj压裂优化设计理论及案例
二）、压裂设计主要参数作用及采集方法：
1、储集能力参数—有效孔隙度、含油（气）饱和度 与有效厚度；
2、储集层生产能力参数—有效渗透率、有效厚度、 与储层流体性质、地层压力；
3、水力裂缝几何形态参数—岩石弹性模量、泊松比 与就地应力场、岩石断裂韧性；
4、压裂设计参数—地层破裂压力（梯度）、延伸压 力、净压力、闭合压力；
水力压裂是利用地面高压泵组将高粘液体以超过地层吸收能力的 排量注入到井中，在井底附近憋起高压超过井壁附近地应力及岩石抗 张强度的压力后，在地层中形成裂缝。继续注入带有支撑剂的液体， 裂缝在长、宽、高方向上延伸。施工结束后形成具有一定长度的高导 流能力填砂裂缝。
填砂裂缝具有很高的渗流能力，它能降低油气流入到井底阻力， 使油井获得增产。
尊敬的各位领导、专家：
上午好！
欢迎来到四川成都！
封闭边界无限大地层中心一口垂直单相油流井稳
定生产产量公式：
qo
Ck0h( pr
Bo
ln
re rw
pwf )
1 2
S
对具体井层，地层条件( ko, h)、流体性质( o, Bo) 和井特性( re, rw )已经确定。提高产量的措施有:
✓注水保持地层压力;
✓人工举升降低井底流动压力;
✓对于低渗透储层：水力压裂产生负表皮系数。
1、水力压裂的概念
✓地层参数：厚度、地应力差、地层压力.... ✓压裂材料：压裂液、支撑剂... ✓施工参数：排量、砂量、压力... ✓压裂工艺：限流压裂、分层压裂... ✓压裂设备：泵车(组)、砂车、仪表车... ✓现场实施、质量监控、压后评估...
国外依据渗透率划分增产措施的类别及要求裂缝半长的标准
油
层
基于分形理论的储层特征及压裂造缝机理研究
基于分形理论的储层特征及压裂造缝机理研究一、简述本文基于分形理论，对储层特征及压裂造缝机理进行了深入的研究。
分形理论作为一种研究不规则、复杂现象的有效工具，为我们理解和描述储层孔隙介质和裂缝介质的微观特征提供了全新的视角。
我们应用分形几何方法，对储层孔隙介质的微观特征进行了详细分析。
通过构建基于分形特征参数的孔隙介质有效应力模型，我们定量地描述了孔隙介质结构特征在骨架颗粒和孔隙流体支撑总应力时起到的协调关系。
这一模型不仅将孔隙介质的微观参数和宏观统计参数紧密联系在一起，还为后续的水力压裂造缝机理研究奠定了坚实的基础。
我们基于孔隙介质有效应力的分形模型，重新推导了井壁围岩应力状态方程，并进而推导了裸眼完井、射孔完井情况下含有分形参数的压裂起裂判别准则。
这一工作不仅丰富了压裂起裂理论，也为实际压裂施工中的参数选择和优化提供了理论依据。
我们还应用分形几何方法分析了储层裂缝介质的分布特征，并通过建立三维可视化平台模拟了裂缝介质系统的三维分布。
模拟结果表明，分形方法能够很好地描述单一裂缝的随机性和整体裂缝系统的复杂性，为裂缝性储层的建模和压裂造缝机理的研究提供了有力支持。
本文通过应用分形理论对储层特征及压裂造缝机理进行了深入研究，取得了一系列创新性的成果。
这些成果不仅有助于我们更深入地理解储层的微观结构和压裂造缝机理，也为实际压裂施工中的参数选择和优化提供了重要的理论指导和技术支持。
1. 储层特征与压裂造缝的重要性储层特征及其压裂造缝机理研究在石油勘探与开发领域中具有举足轻重的地位。
储层作为油气藏的主要载体，其物理和化学特性直接决定了油气的储存和流动能力。
而压裂造缝作为一种有效的增产技术，能够通过人工方式在储层中形成裂缝网络，从而提高储层的渗透性，增加油气产量。
储层特征的研究是理解油气藏形成和分布的基础。
储层的孔隙结构、渗透率、岩石类型等特性不仅影响油气的储存和运移，还直接关系到开采过程中的流体流动和产能释放。
水力压裂造缝及增产机理
52
1.4 水力压裂增产机理
由流体流动的连续性 q1 = q2 = q
pe
−
ps
=
qBμ ln re / rs 2π kh
ps
− pwf
=
qBμ ln rs / rw 2π ksh
pe
−
pwf
=
qBμ ln re / rw 2π kh
伤害 距离
k=
ln re / rw
1 k
ln
re
/
rs
+
1 ks
ε
xx
=
Δl l
ε
yy
=
ΔD D
D
σ
xx
=
F A
E = σ xx , v = ε yy
ΔD/2
ε xx
ε xx
E
'
=
1
E −v
2
39
1.3 水力压裂造缝机理及裂缝形态
（σz
>σx
>
σ
垂直缝
y
Vertical Fracture）
σz
σz
(σz >σy >σx垂直缝）
σy
σy
σx σz
σx
最小主应力（Least Principal Stress）
32
1.2 水力压裂施工概述
压裂工程设计软件：
z油藏模拟与压裂设计分析系统 z水平缝脱砂压裂设计软件 zWINQSW全三维压裂设计软件 zFracproPT压裂设计软件 zStimPlan全三维压裂设计软件包 z裂缝性储层测试压裂诊断系统 z综合柱状地应力剖面分析系统 z井筒崩落及横波各向异性地应力方位分析系统
Petrel裂缝分析与裂缝建模技术-工程课件-精心整理
Petrel裂缝分析与裂缝建模技术-工程课件-精心整理Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术1．裂缝型油气藏分布及裂缝认识方法1）低渗油藏的主要特点2）裂缝认识方法：通常我们容易在岩心描述数据中获得厘米级的裂缝数据，在地震断层数据中获得公里级的裂缝数据，在露头数据中获得米级、十米级的裂缝数据。
2．裂缝建模理论基础3．裂缝建模理论难点4．Petrel软件裂缝建模1）裂缝强度曲线生成2）裂缝古构造挠曲度分析3）裂缝与断层距离分析4）开发动态对裂缝发育的认识5）裂缝发育方向分析6）裂缝强度属性模拟7）裂缝强度约束下的DFN模拟8）模型粗化5. 影响裂缝发育的地质因素很多，各种因素互相作用，使裂缝分布难以预测。
一般从三个角度来进行，一是针对构造应力场和曲率，二是用统计地质学预测井间裂缝分布，三是充分利用地震资料预测裂缝的空间分布。
裂缝性储层地质建模技术1、裂缝表征参数描述1）裂缝的倾角频率分布图2）裂缝的间距分布图3）裂缝的方位分布图2、裂缝的测井识别3、裂缝的空间分布预测1）构造恢复法2）有限元法3）光弹模拟实验裂缝建模软件ReFract简介1、目前有哪些裂缝建模技术1）地质力学模拟（Geomechanical Modeling）模拟过程极为复杂。
主要依据是构造恢复。
过分简化了裂缝成因，只考虑构造变形，而忽视了岩性分布、岩石物性、和其他复杂地质现象对裂缝发育的影响。
2）离散裂缝网络（Discrete Fracture Network，DFN）对裂缝的模拟采用离散的方法。
非常依赖井中成像数据。
可以较精确的模拟近井位置的裂缝分布，对远离井位的裂缝描述精度较差。
只能使用地质与地震属性的二维分布图来制约裂缝模型的生成。
因此，只适合有大量成像井的区域，而不适合少井的勘探区域。
3）连续裂缝分布模型（Continuous Fracture Models，CFM）与传统地质建模相同的三维空间网格。
FracproPT软件压裂酸化模拟操作步骤
FracproPT软件压裂酸化模拟操作步骤⽬录⼀、压裂设计的基本任务 (2)⼆、压裂设计参数 (2)1、油⽓井参数 (2)2、油⽓层参数 (2)3、压裂参数 (3)4、经济参数 (3)三、压裂模型与压裂⼏何尺⼨ (7)四、压裂设计及设计的优化 (9)五、绿10井加砂压裂PT软件设计与模拟 (13)1、绿10井压裂设计界⾯ (13)2、绿10井压裂裂缝拟合界⾯ (33)3、绿10井加砂压裂产能预测模拟 (54)六、中古16井酸压PT软件设计与拟合 (60)1、中古16井Fracpro PT酸压设计界⾯ (60)2、中古16井Fracpro PT酸压拟合界⾯ (70)七、附件⼀：中古16井酸压PT软件设计与拟合 (88)⼋、附件⼆：酸压软件介绍 (122)⼀、压裂设计的基本任务1、在给定的储层与注采井⽹条件下，根据不同裂缝长度和裂缝导流能⼒预测井在压后的⽣产动态2、根据储层条件选择压裂液，⽀撑剂等压裂材料的类型，并确定达到不同裂缝长度和导流能⼒所需要的压裂液与⽀撑剂的⽤量3、根据井下管柱与井⼝装置的压⼒极限，确定泵注⽅式，泵注排量，所需设备的功率与地⾯泵压4、确定压裂施⼯时压裂液与⽀撑剂的泵注程序5、对上各项结果进⾏经济评价，并使之最优化。
6、对这⼀优化设计进⾏检验。
设计应满⾜：开发与增产的需要；现有的压裂材料与设备具有完成施⼯作业的能⼒；保证安全施⼯的要求。
⼆、压裂设计参数1、油⽓井参数1)、井的类别与井⽹密度2)、井径、井下管柱（套管，油管）与井⼝装置的规范、尺⼨及压⼒定额3)、压裂层段的固井质量4)、射孔井段的位置、长度、射孔弹型号、射孔孔数与孔眼尺⼨5)、井下⼯具的名称、规范、尺⼨、压⼒定额、承受温度与位置2、油⽓层参数1)、储层有效渗透率、孔隙度与含油饱和度以及这些参数的垂向分布2)、储层有效厚度及其在平⾯上的延伸3)、储层压⼒梯度与静压⼒４）、储层静态温度５）、储层流体性质（包括密度、粘度与压缩系数等）６）、储层岩⽯⼒学性质，如泊松⽐，杨⽒模量，抗压强度，与岩⽯布⽒硬度等７）、储层地应⼒的垂向分布及最⼩⽔平主应⼒的⽅位８）、遮挡层的岩性，厚度与地应⼒值3、压裂参数１）、使⽤⼆维设计模型时压裂施⼯所形成的裂缝⾼度或使⽤三维模型时储层与上、下遮挡层的地应⼒差２）、裂缝延伸压⼒与裂缝闭合压⼒３）、压裂液粘度、流态指数和稠度系数４）、压裂液初滤失和综合滤失系数５）、压裂液流经井下管柱与射孔孔眼的摩阻损失６）、压裂液纯滤失⾼度的垂向分布７）、⽀撑剂类型，粒径范围，颗粒密度，体积密度８）、作为裂缝闭合压⼒函数的⽀撑剂导流能⼒与⽔⼒裂缝中⽀撑剂层的渗透率９）、压裂施⼯时的泵注排量１０）、动⽤的设备功率及其压⼒极限4、经济参数１）、压裂施⼯规模２）、压裂施⼯费⽤３）、油⽓产量及产品的价格４）、计算净收益的时间以及净贴现值有效渗透率在多孔介质中，如有两种以上的流体流动，则该介质对某⼀相的渗透率称之为有效渗透率（um2 或10-3 um2或MD）,有效渗透率与压裂液综合滤失系数的⼆次⽅成正⽐，与裂缝长度成反⽐，因此，在压裂设计中，最佳裂缝长将随有效渗透率的增加⽽变短。
压裂基础知识
Optimum Fracture Geometry?
Yes
Design Treatment for Optimum Fracture Geometry Using Fracture Simulator
No
Preliminary Treatment Schedule
SRT Schedule Minifrac Schedule
式中： m =
162.6 qm
kh
API 表皮系数计算公式:-
根据测试数据计算
表皮系数
大多数井的表皮系数在2~50之间， 尽管有的高渗井可能高达200
S = 0 理想井 S > 0 真实 (被伤害的) 井 S < 0 增产井（采取增产措施后）
支撑剂
6.闭合应力
01
添加标题
闭合应力越大，渗透率越低，
02
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通常是支撑剂产生的粉末造成的
03
添加标题
闭合应力越大，需要的材料强度越高
支撑剂
非达西流 在高流速下发现附加压降 圆球度越低、颗粒尺寸分布越不均匀 则附加压降越大
支撑剂
8.多相流
相对渗透率影响 与非达西流一样，降低有效渗透率
支撑剂
Example Treatments
Obtain Well data: Logs, DST’s, Mud Logs, Production History (if any), PVT Data, Completion Diagram, Previous Treatments
Use Frac Model Production Simulator
0% 压裂液，防砂液
至
聚合物浓度
水基压裂液