水力压裂模拟实验步骤
水平井水力压裂数值模拟研究
水平井水力压裂数值模拟研究本文旨在探讨水平井水力压裂数值模拟的方法及其应用。
介绍了水力压裂技术的基本原理和特点，阐述了数值模拟在石油工程领域的应用。
详细阐述了水平井水力压裂数值模拟的关键步骤和模型建立过程，包括网格划分、边界条件设置、材料属性定义等。
通过实际案例分析，验证了数值模拟方法的可行性和有效性。
关键词：水平井；水力压裂；数值模拟；石油工程水力压裂技术是一种广泛应用于石油、天然气等资源开采中的增产技术。
在水平井中，水力压裂能够增加油气田的泄油面积，提高产能，因此具有重要意义。
本文旨在对水平井水力压裂过程中的数值模拟方法进行研究，为实际工程应用提供指导。
水力压裂技术是一种利用高压水流将地层岩石破坏并形成裂缝的增产技术。
在油气田开发中，通过向井孔注入高压水流，使地层产生裂缝，从而提高油气的渗透率和产量。
数值模拟是基于计算机技术的一种模拟实验方法，通过建立数学模型，对物理过程进行仿真，以获得实际工程中的优化方案和参数。
在石油工程领域，数值模拟已成为水力压裂技术的重要研究方向。
（1）建立数学模型：根据物理规律，建立水力压裂过程的数学模型，如流体流动模型、裂缝扩展模型等。
（2）建立计算网格：将井孔及周围地层划分为细小的计算网格，以便进行数值计算。
（3）边界条件设置：确定模型的边界条件，如压力、温度、流量等。
（4）材料属性定义：定义地层及流体的材料属性，如弹性模量、泊松比、黏度等。
（5）模型求解：利用数值计算方法，对数学模型进行求解，以获得水力压裂过程中的各种参数和结果。
通过实际案例分析，对水平井水力压裂数值模拟方法进行验证。
以下是其中两个案例：在某油田的水平井中进行了水力压裂试验，试验过程中应用了数值模拟方法进行指导。
通过模拟计算，获得了最佳的水力压裂方案和参数，如注入压力、裂缝长度、裂缝高度等。
根据这些参数进行实际施工，取得了显著的增产效果，验证了数值模拟的可行性和有效性。
针对不同地层条件下的水平井水力压裂过程进行数值模拟，以研究不同地层条件对水力压裂效果的影响。
岩石真三轴水力压裂试验原理
岩石真三轴水力压裂试验原理岩石真三轴水力压裂试验原理？听起来是不是有点像是从某个科学实验室里拿出来的怪名字？别担心，咱们今天就来聊聊这事，保证让你听得懂，搞得清楚，甚至还能笑一笑。
首先啊，这个“水力压裂”，就是咱们常说的水裂法，说白了，就是一种用水把岩石弄裂的技术。
想象一下，你有一块坚硬的石头，用小锤子砸肯定不行，对吧？这时候怎么办？对了，你得用“水”来帮忙，就像有时候咱们扛不住大块的肥肉，得靠一把刀来分割一样，水力压裂就是用水压裂岩石的技术。
那为什么是“真三轴”呢？简单说，这跟实验里模拟岩石在自然界中的应力条件有关。
咱们知道，地球深处的岩石承受着各种压力，水力压裂试验就是要把这些压力模拟出来，看看岩石到底能经得住多少考验。
这里的“三轴”就像是给岩石设定了三个不同方向的压力，像是把岩石夹在了一个巨大的“铁夹子”里，四面八方都来压力，看看它到底是能挺住，还是会爆裂。
听起来很复杂对吧？但其实这个原理就像咱们平时挤牙膏一样。
你想，牙膏本来在管子里安安静静的，突然一按，它就出来了，甚至喷得四溅。
水力压裂试验也是类似的操作，只不过它把压力加得特别大，岩石在强大的水压下“喷发”出来，裂开，产生油气或者矿产资源。
只不过呢，这个过程背后的技术可比牙膏复杂多了，毕竟你不能让一块岩石“喷得乱七八糟”对吧？这需要非常精确的控制和细致的实验设计。
想象一下，岩石就像是一个个大小不一的小炸弹，每颗炸弹里藏着丰富的资源。
水力压裂的作用就好比是给这些炸弹加压，直到它们“咔嚓”一声裂开，里面的资源才能释放出来。
而“三轴”压裂测试，就是模拟地球深处岩石受压的真实情况，搞清楚岩石在各种压力下的反应。
这个过程，就像咱们捏塑料泥一样，轻轻一捏，塑料泥可能就裂开了，但压力大了，泥巴可能会变形，甚至炸开。
如果你觉得这玩意儿没有啥用，那你就大错特错了！这背后可有大用处，特别是在油气开采和矿产资源勘探中，水力压裂试验就像是一把万能钥匙，帮我们打开了岩石这座“宝库”。
第1章-水力压裂
作用: Ø传递压力； Ø起裂和延伸裂缝； Ø携砂。
前置液
起缝、延伸裂缝、冷却
按
作
携砂液
延伸裂缝、悬砂
用
分
顶替液
顶替砂浆
对压裂液的要求: Ø与地层配伍； Ø有效悬浮和输送支撑剂； Ø滤失少； Ø摩阻低； Ø低残渣； Ø易返排； Ø热稳定性； Ø抗剪切稳定性。
一、压裂液类型
各种压裂液所占的比例
增能气 体, 25%
第一章 水力压裂
内容提要
Ø水力压裂造缝机理 Ø压裂液 Ø支撑剂 Ø水力压裂延伸模拟 Ø支撑剂输送 Ø水力压裂评价与设计 Ø压裂工艺技术
压裂:
hydraulic
分类: fracturing
水力压裂:利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力 的排量将高粘压裂泵入井内而在井底产生高压，当 压力克服井壁附近地应力并达到岩石抗张强度时， 就在地层产生裂缝。继续泵注带有支撑剂的压裂液， 使裂缝继续延伸并在其中充填支撑剂。停泵后，由 于支撑剂对裂缝的支撑作用，在地层中形成足够长 的、有一定导流能力的填砂裂缝，从而实现油气井 增产和水井增注。
' w
0.5m A
修正：
cw
cw'
p f pa
1 2
用途:静态滤失系数 用于筛选评价压裂液
用途:动态滤 失系数为压裂 设计提供参数
2.受压裂液粘度控制的滤失系数
假设条件: Ø侵入符合达西定律； Ø活塞驱动
压裂液的实际滤失速度：
va
dL0.058Kp
dt
f L
积分求L，回代达西定律
12
v0.05K 8 f Lp0.17K ftp
牛顿型：
圆管稠度系数：
Kp
水力压裂
携砂液
防止井筒沉砂。
水力压裂技术
压裂液的性能要求： ①滤失少： ③摩阻低： 造长缝、宽缝 取决于它的粘度与造壁性
②悬砂能力强：取决于粘度 摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大
④稳定性好： 热稳定性和抗机械剪切稳定性 ⑤配伍性好： 不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层 ⑥低残渣： ⑦易返排： 以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率 减少压裂液的损害
1 x1 x E
x2
E
y
x3
E
z
水力压裂技术
由于存在侧向应力的约束，则：
x x1 x 2 x 3
令： x 得：
1 x y z 0 E
y
x y
1
z
考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大、最小水平 侧压系数 主应力为：
水力压裂技术
(二)井壁上的应力 1.井筒对地应力及其分布的影响
地层三维应力问题转化为二维方法处理
y H (1) 当 当 r ， ra a x (2) ， x y 时， (3) 随着 时， 2 2的增加， 3 H ， 2 x x y min 0 ,180 y
3
压缩并使油藏流 体流动的压差
使压裂液滤失于 储层内的压差 裂缝壁面滤 饼的压力差
水力压裂技术
（三）具有造壁性压裂液滤失系数CⅢ
滤失系数CⅢ是由实验方法测定
加压口
滤 失 量 ml
α
Vsp
tg m
筛座 （含滤纸或岩心片） 出液口 图4-4 静滤失仪示意图
0
1
2 3min 4 时间，
006-水力压裂
地层应力关系
第一节 造缝机理
原始地层应力：垂向应力σz、最大水平主应力σx (σhmax )
最小水平主应力σy (σhmin )
原始地层应力经过简单计算便可得到，作为其它应力计 算的基础数据 钻井后柱坐标下各应力与原始地层主应力的关系原始地
柱坐标:垂向 径向、切向
v f (r , , x , y , z ) 层应力 r g (r , , x , y , z ) h( r , , x , y , z )
压裂过程中井壁应力
A 井眼内压Pi引起的切向应力
第一节 造缝机理
Pr Pi r r P r Pr 1 2 2 r r r re r
2 r e 2 e 2 i w 2 w
2 2 e w 2 w
当re=∞、Pr=0及r=rw时，井眼内压引起的 井壁上的周向应力为：
原始地层主应力计算
1 垂向主应力σz
垂向应力由上覆岩层重力引起 随深度和岩石密度发生变化
第一节 造缝机理
密度测井资料
A. 密度取平均值或常数 B. 密度为深度(z)的函数 C. 密度分段取平均值
Z S gH Z S ( z ) gdz
0 H
有效垂向主应力
Z ri gH i
垂直裂缝 形成条件
3 y x th Pwf Pr 1 2 2 1
二、垂直裂缝形成条件
被压
第一节 造缝机理
P
施加P， 压力减小
P继续增加，拉力突破抗张强 度后，破裂
P增加，压力继续减小
P继续增加，由受压变为受拉
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。
页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展
页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展一、本文概述随着全球能源需求的持续增长，页岩气作为一种重要的清洁能源，其开发与应用日益受到人们的关注。
页岩储层水力压裂裂缝扩展是页岩气开发过程中的关键技术，其模拟研究对于优化压裂工艺、提高页岩气采收率具有重要的指导意义。
本文旨在全面综述页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟的最新研究进展，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考。
本文首先介绍了页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟的研究背景和意义，阐述了水力压裂技术在页岩气开发中的重要作用。
接着，文章回顾了国内外在该领域的研究现状，包括裂缝扩展模型的建立、数值模拟方法的发展以及实际应用案例的分析等方面。
在此基础上，文章重点分析了当前研究中存在的问题和挑战，如裂缝扩展过程中的多场耦合作用、裂缝形态的复杂性以及模型参数的确定等。
为了推动页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟研究的发展，本文提出了一些建议和展望。
应加强基础理论研究，深入探究裂缝扩展的物理机制和影响因素，为模型的建立提供更为坚实的理论基础。
应发展更为先进、高效的数值模拟方法，以更好地模拟裂缝扩展的复杂过程。
还应加强实验研究和现场应用，以验证和完善模拟模型，推动水力压裂技术的不断进步。
通过本文的综述和分析，相信能够为页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟研究提供新的思路和方向，为页岩气的高效开发提供有力的技术支持。
二、页岩储层特性分析页岩储层作为一种典型的低孔低渗储层，其独特的物理和化学特性对水力压裂裂缝的扩展具有显著影响。
页岩储层通常具有较高的脆性，这是由于页岩中的矿物成分（如石英、长石等）和微观结构（如层理、微裂缝等）所决定的。
脆性高的页岩在受到水力压裂作用时，更容易形成复杂的裂缝网络，从而提高储层的改造效果。
页岩储层中的天然裂缝和层理结构对水力压裂裂缝的扩展具有重要影响。
这些天然裂缝和层理结构可以作为裂缝扩展的潜在通道，使得水力压裂裂缝能够沿着这些路径进行扩展，从而提高裂缝的复杂性和连通性。
水力压裂技术(PPT课件)
注入前置液
起扩 裂展
注入携砂液
（石英、陶粒）
压 裂 液 返 排
裂 缝 闭 合
高导流的人 工裂缝
15
水力压裂分类（按油藏工程观点）：
⑴ 单井压裂：以单井为工作单元，以研究单井渗流方 式与渗流阻力的变化来实现单井产能提高； ⑵ 整体压裂：以低渗透油藏（或区块）为工作单元，以 建立的油藏注水开发井网与水力裂缝优化组合的渗流系 统，实现单井产能与扫油效率的提高。
水力压裂技术
医路顺风
1
压裂方法简介：Introduction of Fracturing
1.压裂的定义： 用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直
的裂缝，并用（或不用支撑剂）将裂缝支撑起来， 减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的 流动通道，从而达到增产增注的效果。 2.压裂增产增注的原理: (1)改变流体的渗流状态； (2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。
20
一、油井应力状况 Stress status
(一)地应力
z
⑴垂向应力：上覆层的岩石重量。
H
Z 0 Sgdz
y
有效垂向应力： Z ZPs
x
在三向应力作用下，x轴方向上的应变分别为：
x1
1 E
x
x2
E
y
x3
E
z
岩石弹性模量：岩石纵向应力与纵向应变的比例常数。
泊松比：横向应变与纵向应变比值，反映材料横向变形的 弹性系数。
3
水力压裂特点 技术成熟度高，是低渗透油气藏开发的主要技术。 形成单一裂缝，裂缝方向受地应力控制。对特低渗 油藏，远离裂缝处的油气难以流向裂缝。 技术还在不断完善，以适应油气田开发的需要，如超 深井压裂、重复压裂以及与其他技术的组合应用。
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水力压裂模拟实验步骤
介绍
水力压裂技术是一种通过注入高压液体将裂缝延伸至岩石深处的技术，常用于增强油气井的产能。
水力压裂模拟实验是一种通过实验模拟真实地下岩层环境的方法，来研究水力压裂过程的实验。
实验所需材料和设备
•岩心样品
•水力压裂装置
•液压泵
•压力传感器
•测压仪
•数据记录设备
实验步骤
1. 预备工作
在开始实验前，需要做好一些预备工作： 1. 准备岩心样品：选择适合实验的岩心样品，并进行样品充填和封装。
2. 准备水力压裂装置：将水力压裂装置安装在实验台上，并连接好液压泵、压力传感器和测压仪。
3. 检查设备：检查每个设备的工作状态，确保没有故障或泄漏。
2. 准备实验条件
设置合适的实验条件是进行水力压裂模拟实验的关键，包括： 1. 注入液体：选择适当的压裂液体，并根据实验需要调整粘度和浓度。
2. 压裂参数：根据实验需求设定压力、注液速度和注液量等参数。
3. 温度控制：控制实验室环境的温度，以模拟实际地下条件。
3.进行压裂实验
以下是水力压裂模拟实验的具体步骤： 1. 安装岩心样品：将岩心样品安装在水力压裂装置中，确保样品处于合适的位置。
2. 注入压裂液体：启动液压泵，将预设压力和流量的压裂液体注入岩心样品中。
同时记录实验开始时的压力和流量数据。
3. 监测压力变化：通过压力传感器实时监测岩心内压力的变化，并记录数据。
4. 观察裂缝生成：观察岩心样品表面的裂缝生成情况，并记录下裂缝长度和宽度等信息。
5. 压裂过程控制：根据实验需求，调整注入压力和流量，以及压裂液体的性质，控制岩石的裂缝延伸情况。
6. 压裂结束：当实验达到预设目标或无法继续压裂时，停止注液并关闭液压泵。
7. 数据分析：将实验中收集到的数据进行整理和分析，包括裂缝延伸长度、压力变化曲线等。
4. 结果分析
根据实验数据的分析，可以得出一些结论： 1. 压裂效果评估：根据裂缝延伸情况和岩石的压裂程度，评估水力压裂的效果。
2. 影响因素分析：分析不同压力、流量和液体性质对压裂效果的影响。
3. 优化方案的提出：根据实验结果，提出优化水力压裂操作的建议，以提高压裂效果。
总结
水力压裂模拟实验是研究水力压裂过程的重要方法之一。
通过模拟真实地下环境，可以研究水力压裂技术在不同条件下的工作特性和优化方案。
实验步骤包括预备工作、准备实验条件、进行压裂实验和结果分析。
通过实验数据的分析，可以评估压裂效果，分析影响因素，并提出优化方案，以指导实际油气井水力压裂操作。