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2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟

HAL压裂裂缝监测技术说明

哈里伯顿压裂裂缝微地震监测说明 2015年4月

1.微地震数据采集方式 井下微地震裂缝监测理论源于研究天然地震的地震学,主要为利用在水力压裂过程中储层岩石被破坏会产生岩石的错动(微地震)来监测裂缝形态的技术。井下微地震监测法将三分量地震检波器(图1),以大级距的排列方式,多级布放在压裂井旁的一个或多个邻井的井底中(图2)。三分量微地震检波器在压裂井的邻井有两种放置方式:一种是放置在邻井中的压裂目的层以上,用于邻井压裂目的层已射孔生产情况,由于收集微地震信号的检波器非常灵敏;为防止监测井内的液体流动对监测造成井内噪音,必须在射孔段之上下入桥塞封隔储层,然后将检波器仪器串下入到桥塞之上的位置。另一种方法是将检波器放置在邻井中的压裂目的层位置上,这种情况检波器和水力裂缝都位于相同的深度和储层,此时声波传播距离最近、需要穿过的储层最少,属于最佳的观测位置,这种方式用于邻井的目的层未实施射孔生产的情况。 图1 三分量地震检波器

图2 三分量地震检波器下井施工现场 图3显示一个由5级检波器组成的仪器串在压裂井的邻井下入的两种布局方式:图中左边表示邻井已射孔的情况下,射孔段以上经过桥塞封堵,检波器仪器串放置在该井的目的层以上;图中右边表示邻井为新井的情况下,目的层未实施射孔,检波器仪器串放置在该井的压裂目的层位置上。井下微地震压裂测试使用的三分量检波器系统检波器以多级、变级距的方式,通过普通7-芯铠装电缆或铠装光缆放置在压裂井的邻井中。哈里伯顿使用采样速率为0.25ms的光缆检波器采集系统采集和传输数据。常规的电缆一方面数据传输速率低,另一方面对于低频震动信号易受电磁波的干扰大。采用铠装光纤进行数据传输不但传输速度快,并且允许连续记录高频事件,提高了对微小微地震事件的探测能力同时 对微地震事件的定位更加准确,监测到的裂缝形态数据最为可靠。 图3 多级检波器系统在邻井的两种放置方式 另外,由于检波器非常灵敏,井筒中的油气流动会很大程度的影响监测微地震事件的 信噪比,如果监测井为已经射孔的生产井,需要在射孔段以上20米的位置下入桥塞,检

水力压裂过程中页岩渗透渗吸作用实验研究

水力压裂过程中页岩渗透渗吸作用实验研究 摘要:水力压裂技术已经广泛应用于页岩储层以显著提高产量。然而,据钻井人员汇报大量压裂液流失于地下不能回收,滞留压裂液对页岩组成的影响机制尚不清晰,滞留压裂液可被页岩基质、微裂缝和裂缝表面吸收,本文旨在研究渗吸作用对页岩基质渗透性、微裂缝渗透性和裂缝渗透性的影响,首次探究页岩渗透性变化与页岩渗吸作用二者之关系,并提供大量水力压裂过程中页岩伴随渗吸作用渗透性增减结果。 本文实验采用压力恢复法测定岩样渗透率,采用失重法进行渗吸实验,样品来源于Niobrara、HornRiver及Woodford地区页岩地层。 实验结果表明,滞留压裂液会损害页岩基质渗透性,使其渗透率大为降低,样品吸收液体越多,基质渗透率降低越显著,渗吸作用造成张开裂缝渗透率减小,但减小量不及基质渗透率,此外,润滑作用使页岩样品微裂缝再次张开,导致渗吸作用过程中微裂缝渗透率提升。 渗透率这一指标决定着页岩地层长期产气量,本文研究水力压裂过程中渗吸作用影响下页岩渗透率变化情况,观察得到渗吸作用不仅损害页岩组成,还会通过张开闭合或密封天然裂缝增加渗透率而对页岩组成造成潜在影响。 1.简介 随着水力压裂技术在页岩和其他非常规地层的成功应用,预计到2020年,美国原油的产量将从2008年的5百万桶/日增加至10.6百万桶/日;同时页岩和其他低渗储层的石油产量将增长到全国原油总产量的一半。从2008年开始美国页岩气产量预计将增长近9倍(EIA,2015)。 水力压裂技术的一般程序主要分为5个步骤,包括垫注,凝胶浆注射,冲洗注射,注井和水回收。水回收是该井投入生产前水力压裂处理的最后一步。这一步在水力压裂过程中很重要和必要,因为它可以控制和最小化压裂液的损伤。不过,很多操作人员报道注入页岩储层的压裂液只有不到50%可以回收(Alkouh和Wattenbarger,2013)。这个可能是因为水力压裂后页岩储层系统能量较低。一般来说,裂缝较为常规、较不复杂时系统能量较高。能量越高,会导致回收液体流流量越大、流速越高。但是页岩储层的裂缝很复杂,导致裂缝回收液体占比很少,需要花费几周来完成回流,比常规页岩储层长得多(King,2010;Wu等,2010)。在页岩中,如此大量的剩余液体对产量的影响成为一

水力压裂工艺技术概述与分类

水力压裂工艺技术概述与分类 发表时间:2020-03-24T09:48:45.807Z 来源:《文化时代》2020年1期作者:刘帅 [导读] 水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时,在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后,即在地层中形成裂缝。随着带有支撑剂的液体注入缝中,裂缝逐渐向前延伸,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具有很高的导流能力,使油气能够畅流入井,从而起到了增产增注的作用。 胜利油田东方实业投资集团有限责任公司山东东营 257000 摘要:水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时,在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后,即在地层中形成裂缝。随着带有支撑剂的液体注入缝中,裂缝逐渐向前延伸,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具有很高的导流能力,使油气能够畅流入井,从而起到了增产增注的作用。 关键词:机理;裂缝;技术研究;增产;发展;探索。 一、水利压裂技术概述 水力压裂技术经过50 多年的发展,在裂缝模型、压裂井动态预测、压裂液、支撑剂、压裂施工设备、应用领域等方面均取得了惊人的发展,不但成为油气藏的增产增注手段,也成为评价认识储层的重要方法。近期水力压裂在总体优化压裂、重复压裂、大型压裂、高砂比压裂,端部脱沙压裂、CO2 泡沫压裂及特殊井(斜井、水平井、深井、超深井、小井眼井等)压裂技术方面有了进一步的完善和发展,压裂的单项技术也有了很大进展。国内压裂酸化技术在设计软件、压裂酸化材料、施工技术指标等方面,已接近国际先进水平。介绍了国内不同储层类型所适用的压裂技术,对更好地发挥水力压裂技术在油气田勘探与开发中的作用具有重要意义。 自1947 年美国进行第1 次水力压裂以来,经过50 多年的发展,水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了惊人的发展。如裂缝扩展模型从二维发展到拟三维和全三维;压裂井动态预测模型从电模拟图版和稳态流模型发展到三维三相不稳态模型,且可考虑裂缝导流能力随缝长和时间的变化、裂缝中的相渗曲线和非达西流效应及储层的应力敏感性等因素的影响;压裂液从原油和清水发展到低、中、高温系列齐全的优质、低伤害、具有延迟交联作用的胍胶有机硼“双变”压裂液体系和清洁压裂液体系;支撑剂从天然石英砂发展到中、高强度人造陶粒,并且加砂方式从人工加砂发展到混砂车连续加砂;压裂设备从小功率水泥车发展到1000 型压裂车和2000 型压裂车;单井压裂施工从小规模、低砂液比发展到超大型、高砂液比压裂作业;压裂应用的领域从特定的低渗油气藏发展到特低渗和中高渗油气藏(有时还有防砂压裂)并举。同时,从开发井压裂拓宽到探井压裂,使压裂技术不但成为油气藏的增产增注手段,如今也成为评价认识储层的重要方法。 二、水力压裂工艺技术分类 压裂是靠在地层中造出高渗透能力的裂缝,从而提高地层中流体的渗流能力。从一口井的增产来说,压裂主要解决有一定能量的低渗透地层的产量问题或井底堵塞而影响生产的井。对有足够的地层压力、油饱和度及适当地层系数的井,应选作压裂的对象。另外选井要注意井况,包括套管强度,距边水、气顶的距离,有无较好的遮挡层等。 在选井层的基础上,还要妥善地解决一些工艺技术的问题。保证压裂设计的顺利执行对多油层的油井压裂,在多层情况下,要进行分层压裂。利用封隔器的机械分层方法、暂堵剂的分层方法、限流法或填砂法都可以进行分层压裂作业。 1.堵球法分层压裂 堵球法分层压裂是将若干堵球随液体泵入井中,堵球将高渗透层的孔眼堵住,待压力蹩起,即可将低渗层压开。这种方法可在一口井中多次使用,一次施工可压开多层。施工结束后,井底压力降低,堵球在压差的作用下,可以反排出来。该方法的优点是省钱省时,经济效果好。 2.封隔器分层压裂 使用封隔器一次多层压裂的施工方法已被广泛采用,分层压裂管柱如图所示 共有三种方法,即憋压分层压裂、上提封隔器分层压裂、滑套分层压裂。憋压分层压裂是用几个封隔器隔开欲压的各个层段,在每个上封隔器的下面接一个单流凡尔球座,在球座下面的封隔器上安一个带喷嘴的短节,喷嘴用铜皮封隔。压裂时,先压最下面一层,然后投球封闭底层,再憋压将第二层压开,依次将各层压开。憋压法压裂一次可压 3层。封隔器上提分层压裂是用封隔器预先按施工设计卡开井下需要压裂的最下1~2个层段,压完后停泵使封隔器胶筒收缩,然后再按预先设计好的上提深度起出部分油管,启泵再进行上一个层段的压裂施工。滑套分层压裂自下而上进行,首先压裂最下层,压完后不停泵,用井口投球器投一钢球,使之坐在最下面喷砂器的上一级喷砂器的滑套上,憋压剪断销钉后,滑套便会落入下一级喷砂器上,使出液通道封闭,从而压裂第二层,依次类推,可实现多层压裂。 3.限流法分层压裂 限流法分层压裂工艺是当一口井中具有多层而各层之间的破裂压力有一定差别时,通过严格控制各层的孔眼数及孔径的办法,限制各层的吸水能力以达到逐层压开的目的,最后一次加砂同时支撑所有裂缝。 20、27.58 MPa,按射孔计划将各层按一定孔眼数射开,当注入的井底压力为26.20 MPa时,B层压开;然后提高排量,因为孔眼摩阻正比于排量,当B层的孔眼摩阻大到1.38 MPa,注入的井底压力达到27.58 MPa,此时C层被压开;继续提高排量,B层孔眼摩阻达到2.76 MPa时,注入的井底压力达到28.96 MPa,A层被压开。 限流法压裂的特点是在完井射孔时,按照压裂的要求设计射孔方案(包括孔眼位置、孔密度及孔径),从而使压裂成为完井的一个组成部分。由于严格限制了炮眼的数量和直径以及层内局部射开和层间同时压开,使得该工艺对套管和水泥环的损害较小,一般不会导致串

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

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

水力压裂操作规程

水力压裂操作规程 第一条 系统组成 高压水力压裂系统由乳化泵、水箱、水表、压力表、高压管、封孔器及相关装置连接接头等组成。 图2 水力压裂系统装置连接示意图 高压铁管高压软管 注 水 泵水 箱卸压阀压力表 连接管水管 压裂钻孔 注:设备之间的连接必须保证密封无泄漏,且应实现快速连接。 第二条 压裂时间 压裂时间与注水压力、注水量等参数密切相关,注水压力、流速不同,相同条件下达到同样效果的注水时间也不同。注水过程中,煤体被逐渐压裂破坏,各种孔裂隙不断沟通,高压水在已沟通的裂隙间流动,注水压力及注水流量等参数不断发生着变化,注水时间可根据注水过程中压力及流量的变化来确定,当注水泵压降为峰值压力的30%左右,可以作为注水结束时间。 第三条 工艺流程 1.先施工4个效果考察钻孔,施工完成后立即进行封孔,将其接入抽放系统,抽放队安排测流员收集效果考察钻孔浓度、负压,并进

行计量。 2.在施工1个压裂钻孔,压裂钻孔施工到位后,立即进行封孔, 3.所有钻孔封孔完成并凝固24小时后,开始进行高压水力压裂,压裂时一旦出现效果考察孔有水流出时,立即关闭高压闸门,直至乳化泵的水箱内水位不再下降时停止压裂。 4.压裂过程实施完成后,由抽放队测流员每天收集压裂钻孔和效果考察钻孔的数据,并计算瓦斯抽放量。 5.高压水力压裂流程图,如下所示:

第四条压裂步骤 在注水的前期,注水压力和注水流量呈线性升高;随后,注水压力与流量反向变化,并呈波浪状。这直观反映出了在注水初期,具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙,克服裂隙阻力运动;随后,当压裂液充满现有裂隙后,水流动受到阻碍,由于煤体渗透性较低,水流量降低,压力增高而积蓄势能;当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙时,势能转化为动能,压力降低,水流速增加;当压力液携带煤泥堵塞裂隙时,煤体渗透性降低,水难以流动使流量下降,压力上升。 压裂实施过程中,按照如下步骤实施: 1.同时打开井下高压泵水箱的水闸门与注水孔口的闸门; 2.启动高压注水泵,然后采用动压注水压裂; 3.当乳化泵压力急剧上升或水箱内水位不在下降时,立即停止压力。 启泵时压力选为20MPa,调节控压闸门,每5min升压2MPa,泵压达到28MPa以上,稳定20min后,若压力迅速下降,说明已开始压裂;继续注水10min钟,水压不再上升,此时停泵,关闭卸压阀,压裂程序结束。若从开泵开始,压力持续上升,则说明未压裂,并持续加压至30MPa后压力仍不下降或稳定,说明煤体未被压裂,此时停止压裂工作,分析原因,重新考虑制定措施、方案。 第五条水力压裂施钻规定 1.每班施钻前必须先检查撤退路线是否畅通、安全设施是否完好,若有一样不符合规定,当班禁止施工(当班班长负责,安瓦员监督)。 2.施钻当班负责人必须携带便携式瓦斯报警仪,并将其吊挂在距

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

ABAQUS水力压裂模拟-XEFM-COHESIVE-交叉缝-复杂缝-转向缝-体积缝

ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法关键字:单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层 我是星辰北极星,水力压裂,对于石油工程的朋友并不陌生,它是石油开采和增产的重要手段;也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。由于毕业于石油大学,所以有很多机会接触这方面的问题,也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累,希望大家喜欢。 【主要内容】 一、内容概述 二、仿真要点介绍 2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法 2.2 地应力平衡分析(Geostatic) 2.3 渗流-位移耦合分析(Soils) 2.4 材料与单位制讲解 2.5 特殊的输出需求与定义 2.6 交叉裂缝处理 三、实例讲解 3.1 基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟 3.2 基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟 3.3 水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法 3.4 裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法 3.5 基于XFEM的水力裂缝转向模拟 3.6 基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究 【二维水力压裂模拟(Cohesive)】 通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧,让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置,以及前后处理的一些技巧。

【三维水力压裂模拟(Cohesive)】 三维模型计算量较大,但可以模拟储隔层压裂过程中,水力裂缝限制在储层中扩展的形态,当然,下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响;不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。 【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】 本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉,并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。应力差较小时,易促使天然裂缝张开;应力差较大时,水力裂缝可穿过天然裂缝。

水力压裂造缝机理

水力压裂造缝机理 水力压裂裂缝的形成和延伸是一力学行为,水力裂缝的形态与方位对于有效发挥压裂对储层的改造作用密切相关,必须学握水力压裂的裂缝起裂与延伸过程的力学机制。木节从地应力场分析及获取方法入于介绍水力裂缝的形成机理、造缝条件、裂缝形态与方位、破裂压力预测方法。 在致密地层,首先向井内注入斥裂液使地层破裂,然后不断注液使斥裂缝向地层远处延伸。显然.地层破裂斥力昴拓.反映出注入流体斥力要克服由于应力集中而产生的枚為井壁应力以及岩石抗张强度。一旦诱发人匸裂缝.井眼附近应力集中很快消失,裂缝在较低的圧力下延伸?裂缝延伸所需要的斥力随着裂缝延伸引起的流体流动摩阻増加使得井底和井口斥力増加。停泵以后井筒摩阻为零.斥裂缝逐渐闭合?施匸压力逐渐降低。 对于商渗透地层或存在裂缝带.地层破裂时的井底压力并不出现明显的峰值。 一、地应力场分析与测量 地下岩石的应力状态通常是三个相互垂直且互不相等的主应力(principal stress)。地应力场不但影响到水力压裂造缝过程?而且通过井网与人1:裂缝方位的配合关系彩响到汕藏开发效果。 1.地应力场 存在于地壳内的应力称为地应力(in-situstress),是由于上樓岩层重力、地壳内部的垂直运动和水平运动及 其它因素综合作用引起介质内部做位面积上的作用力。包括原地应力场和扰动应力场两部分。前者主要包括重力应力、构造应力.孔隙流体斥力和热应力等:后者主要是指由于人匚扰动作用引起的应力。 1)重力应力场 是指沉积盆地中的储层受到上覆岩层重力作用而形成的应力分布。 在地层中孔隙流体压力作用下,部分上覆岩层的重力被孔隙流体压力所支撑。但由于颗粒间胶结作用.孔隙压力并未全部支撑上覆地层圧力。 Terzaghi认为:地层岩石变形由有效应力引起。假设地层岩石为理想的均质各向同性线弹性体,弹性状态下垂向载荷产生的水平主应力分量由广义胡克(Hook)定律汁算。 E和v为岩石力学参数,典型值见表6?1。它们与岩石类型和所受到的困汗.温度有关。 表6?1常见岩石的泊松比与杨氏模址 因岩体水平方向上应变受到限制,即ex=0. ey=Oo 砂岩的泊松比一般在0.15^0.27之间。泊松比越大.水平主应力越接近垂向应力。考虑孔隙流体圧力后的地层水平主应力。 2)构造应力场 构造应力场是指构造运动引起的地应力场増虽。它以矢虽形式迭加在地层重力应力场中?使得水平主应力场不均匀。一般而言,在正断层和裂缝发育区是应力释放区.例如,正断层中的水平主应力可能只有垂向应力的1/3.而在逆断层或褶皱地帯的水平应力可以大到垂向应力的3倍。通常?构造应力场只有两个水平主应力,属于水平的平面应力状态,而且挤斥构造引起挤乐构造应力,张性构造引起拉张构造应力c 3)热应力场 热应力场是捋由于地层温度变化在其内部引起的内应力増虽.与溫度变化虽和岩石性质有关。油IB开发中的注水.注蒸汽和火烧油层等可以改变油藏的主应力大小,甚至主应力方向。 将油藏边界视为无穷大.考他其侧向应变受到约束.温度变化引起的水平应力増SDsx. DSy 2.地应力场确定

水力压裂报告

南桐矿业公司鱼田堡煤矿穿层钻孔定向水力压裂煤层增透 技 术 报 告 (初稿) 二〇一一年三月

防止煤与瓦斯突出在煤矿安全上一直是世界性的难题。在近年来重庆发生的煤矿安全重大事故中,瓦斯突出占了很高的比例。随着采深的不断增加,煤层瓦斯含量和瓦斯压力在不断增加,瓦斯问题日益凸显。为解决重庆地区瓦斯治理难题,重庆能源投资集团科技有限公司联合重庆大学开展了定向水力压裂增透技术相关研究,并在松藻煤电有限责任公司逢春煤矿和南桐矿业有限责任公司鱼田堡煤矿进行了应用研究。在理论研究和实验室实验研究的基础上,在南桐矿业公司鱼田堡煤矿34区-350m东抽放道实施了水力压裂并取得了以下成果: 通过2011-1-8日的实验得出,在鱼田堡煤矿34区-350m东抽放道5#煤层起裂压力为23MPa,延伸压力为19MPa。实验共进行了40min,注水量为6.9m3。经现场查看,发现压裂孔东侧10m考察孔出口处压力表读数为15.6MPa,上方、西侧考察孔压力均超过压力表量程(10MPa),下方压力表没有读数,但有水流出。可以判断,鱼田堡5#煤层在40分钟以内其有效压裂范围能够达到10m以上。 分别在在4个考察孔附近钻进4个抽放孔进行瓦斯抽放考察压裂后瓦斯抽放参数。并于2011-01-26开始接抽,截止到2011-02-17,压裂孔平均抽放浓度为95.4%,平均抽放纯量为0.0673m3/min;抽放孔1#平均抽放浓度为25.6%,平均抽放纯量为0.0147m3/min;抽放孔2#平均抽放浓度为33.1%,平均抽放纯量为0.02m3/min;抽放孔1#平均抽放浓度为25.6%,平均抽放纯量为0.0147m3/min;抽放孔3#平均抽放浓度为33.4%,平均抽放纯量为0.0177m3/min;抽放孔4#平均抽放浓度为36.1%,平均抽放纯量为0.0192m3/min。压裂范围内平均抽放浓度为44.72%,平均抽放纯量为0.1389m3/min;相比同一抽放道普通钻孔抽放浓度(13.28571%)提高了 3.37倍,抽放纯量(0.00796 m3/min)提高了17.45倍。共抽放23天,5个孔共抽放瓦斯纯量为4725m3,相比同一抽放道5个钻孔瓦斯抽放纯量(368m3)提高了12.83倍。

水平井压裂裂缝起裂与扩展

水平井压裂裂缝起裂与扩展 引言: 通过国内外研究人员实践表明:由于水平井具有单井产量高、穿透度大、泄油面积大、油气储量利用率高及能避开障碍与环境复杂的区域等特点。对于低渗透油藏、薄差储层油藏、储量较小的边际油藏以及稠油油气藏等,水平井压裂是这类油藏最佳的开采方式。最近一段时期,随着学者们的不断研究以及钻井完井等工艺技术水平的提高,水平井开发技术成为人们开发低渗透油田的研究重点并被广泛应用。 水平井与垂直井、普通定向井的裂缝起裂机理都有明显区别。水平井自身存在复杂性与特殊性,钻遇地层环境比较复杂,水力裂缝在发生破裂时所需的起裂压力比垂直井的破裂压力高得多,通常会发生裂缝不张开,导致压裂失败。深入研究水平井裂缝起裂机理,找出合理的起裂规律是水平井压裂施工成功前提保障。 第1章水平井井壁上的应力状态 水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态。一般认为:当井壁上出现有一个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时,井壁便开始破裂。 1.1 由于地应力所产生的井壁应力 地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的。一般可认为, 地应力中的一个主应力是垂直于地壳表面的,其余两个主应力则是水平的。如果只考虑上覆地层载荷引起的重力作用(即不存在地质构造运动力),且认为地下岩石处于纯弹性状态,可将初始的地应力分解为垂道方向的正主应力σz和两个相等的水平方向的正主应力σx入和σy。 式中 h-底层的埋藏深度; ρ-上覆岩层的平均容重,其理论值可取。00231kg/cm3; μ-岩石的泊松比。

在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力(水平应力) , 井且在通常的情况下三个原地主应力是不相等的。设取压应力的符号为正, 拉应力为负, 三个主应力分别表示为σ1,σ2和σ3 (σ1>σ2>σ3>0) , 根据地质构造形成时的受力特点, 正断层、逆断层和平推断层发育的区域里, 三个主应力的方向是不相同的(图1)。 图1 不同断层发育地区的顶应力分布情况 休伯特考虑到多数岩石的内摩擦角都接近于30°这个事实, 认为在正断层发育地区, 最大主应力σ1等于有效的上覆压力,最小水平主应力σ3最大的可能是等于1/3上覆压力;在逆断层发育的地区,最小主应力σ3等于有效的上覆压力, 而最大水平主应力σ1顶多会等于3倍的上覆压力; 而在平推断层活跃的区域里, 有效的上覆压力则为中一间主应力。 由于地壳中的岩层可视为弹性半无限体, 井壁上的应力状态可简化为平面向题来分析。如果两个水平方向的压缩地应力不相等(设为σ1>σ2> o ),可把井眼看成是在互相垂道的方向上分别作用有σ1和σ2两个压缩外应力的弹性平板中的一个小圆孔(图2 ),孔壁上的应力就相当于井壁上的水平应力。而井壁上的垂直应力分量仍可视为σz=ρh,为上覆岩层的压力。

压裂工艺原理介绍)

水力压裂 水力压裂水力压裂水力压裂在油田开发中,人们发现,在对油层进行高压注水时,油层的吸水量开始随注水压力的上升而按一定比例增加。开始当压力值突破某一限度时,就会出现吸水量成几倍或几十倍的增加,远远超出了原来的比例,而且当突破某一限度后即使压力降低一些,其吸水量仍然很大。实践中的这一偶然发现,给人们以认识油的新启示:既然油层通过高压作用能提高注入量,那么通过高压作用能否提高油层的产量呢?经过多次证明:油层通过高压作用后,不但可以提高产量,而且能较大幅度的提高产量。最早进行压裂工作的是1947年在美国的湖果顿气田克列帕1号井进行的,苏联是1954年开始的,而我国是1952年在延长油矿开始的。40年代末水力压裂常作为一口井的增产措施来对待,但发展至今在油气田开发中的意义,已远远超过了一口井的增产增注作用。在一定条件下能起到改善采油或注水剖面,提高注水效果,加快油田开发速度和经济效果的作用。近些年来,国外在开发极低渗透率(以微达西计)的气田中,水力压裂起到了关键性的作用。本来没有开采价值的气田,经大型压裂后成为有相当储量及开发规模很大的气田。从这个意义上讲,水力压裂在油气资源的勘探上起者巨大的作用。由于上述原因,水力压裂无论在理论上、设备上、工艺上,在短短的几十年来发展的很快。现今的压裂设备能力,一次施工可用液量3000~4000米3,加砂300米3,可压开6000米的井深,裂缝长达1000米。从实践中,我们认识到压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要措施。其优点是:施工简单、成本较低、增产(注)显著。适用于岩性微密、低渗透地层。§§§§4.1 压裂的增产原理压裂的增产原理压裂的增产原理压裂的增产原理一一一一. 压裂的过程压裂的过程压裂的过程压裂的过程压裂是靠水(液体)传导压力的,故也叫水力压裂。其过程是:在地面采用高压大排量的泵,利用液体传压的原理,将具有一定粘度的液体以大于油层吸收能力的排量向井内注入,使井筒内的压力逐渐提高。当压力增高到大于油层破裂所需要的压力时,油层就会形成一条或几条水平或垂直裂缝。当继续注入液体时,裂缝也会向油层深处延伸与扩展,直到液体注入速度等于油层渗透速度时,裂缝才会停止延伸与扩展。如果地面停止注入夜体,油层由于外来压力消失,又会使裂缝闭合,为了防止停泵后裂缝闭合,在挤入的液体中加入支撑剂(如石英砂、核桃壳等),使油层中形成导流能力很强的添砂裂缝。 导流能力导流能力导流能力导流能力=添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率Kf××××裂缝宽度裂缝宽度裂缝宽度裂缝宽度W 二二二二. 增产

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