页岩气水平井压裂影响因素分析
李华彦;杜建芬;汪周华;李立健;毕研鹏;管奕婷
【摘 要】从水平井多级压裂技术入手,在考虑原始井筒周围地应力分布状态的基础上,结合弹性力学理论和岩石拉伸破裂理论,分析压裂过程中裂缝的形态、裂缝参数优化等问题.
【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(016)004
【总页数】4页(P73-76)
【关键词】页岩气;水平井压裂;裂缝参数优化;低渗透地层
【作 者】李华彦;杜建芬;汪周华;李立健;毕研鹏;管奕婷
【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500
【正文语种】中 文
【中图分类】TE377
1 页岩气概述 页岩气是一种典型的非常规天然气，在页岩气藏中，页岩地层既是气源岩也是储层及盖层［1］，它是产自极低渗透率、富有机质的页岩地层中的天然气。页岩气藏是以富有机质页岩为气源岩、储层或盖层，在页岩地层中不间断供气、连续聚集而形成的一种非常规天然气藏。
页岩气是指在富有机质页岩地层中，主要以吸附、游离状态为主要方式存在并富集的天然气。它是天然气生成以后直接储存在富有机质的烃源岩层内，具有“原地”成藏的特点。页岩气主体上以游离相态(大约50%)存在于裂缝、孔隙及其他储集空间中［2］，吸附状态(大约50%)存在于干酪根、黏土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态存储于干酪根、沥青质及石油中。页岩气作为一种重要的非常规天然气资源，其特殊的赋存方式使之不受构造因素控制，因此，有人把它归属为“连续性气藏”［3］。
压裂水平井地应力场数值模拟研究
近年来，压裂水平井越来越成为石油天然气勘探和开发中的关键技术。压裂水平井使得石油和天然气勘探更加高效、节约成本。同时，在压力裂开采中，地应力场是影响裂缝扩展和产量的重要因素，因此对其进行数值模拟研究有助于更好地理解其影响、提高开采效率。
1. 压裂水平井的基本原理
在传统的油气开采中，常采用垂直钻井技术，即通过竖井向油层中钻探、注水、抽油的方式来完成开采。而压裂水平井是一种在水平井眼中注入压裂液后，通过压力差让油气流出的技术。具体来说，压裂水平井首先在目标油气层中打一个（或多个）方向水平井眼，然后在水平井眼中装置管柱和固定器，在装置好的管柱中注入高压液体压力对油气层进行压裂。最后，通过油管等设备将石油和天然气输送出来。
2. 压裂水平井地应力场的影响
在进行压裂水平井开采时，地应力场是影响裂缝扩展和产量的重要因素。通常情况下，油气层中的垂直应力是最大的，水平应力较小，这种差异会导致压裂过程中裂缝的扩展方向沿着最小的水平应力方向。但是，如果地应力场不均匀或强度异常，则会导致裂缝偏离预期方向，或者裂缝形态不规则，进而影响油气开采效率。因此，对压裂水平井地应力场进行数值模拟研究，对于准确预估石油天然气开采效率至关重要。
3. 压裂水平井地应力场模拟方法
目前对于地应力场的模拟方法主要有两种：一种是基于解析解的方法，另一种是基于数值模拟的方法。基于解析解的方法优势在于计算过程简便，结果易于理解。但是，基于解析解的方法不适合复杂地质条件下的模拟。而基于数值模拟的方法可以捕捉更加真实的地质情况，具有更加复杂的结构，但是要求计算机设备的高性能和专业软件的支持。
当前，针对压裂水平井地应力场的数值模拟方法主要有两种：一种是有限元法，另一种是边界元法。有限元法是将地质结构划分成许多小块，然后通过对每个小块进行运算，来确定整个地质结构的地应力场。而边界元法则是假定岩石是无限大的，然后通过对岩石表面（边界）的运动进行模拟，来确定地应力场。
页岩气水平井多级压裂过程中套管变形研究综述
席岩;李军;柳贡慧;曾义金;李剑平
【摘 要】针对页岩气水平井多级压裂过程中出现的套管变形问题,运用力学实验手段以及数值分析方法,计算了多级压裂过程中套管强度以及应力变化,研究了环空束缚流体、岩性界面、温压交变、地层滑移对套管应力以及应变的影响.研究表明:页岩气井压裂过程中套管变形以剪切变形和挤压变形为主,变形点具有从趾端到跟端不断增多的分布特点,且部分位置变形情况随时间推移不断加剧;环空束缚流体、岩性界面显著提升了套管应力,但不是导致套管应力超过屈服强度的充分原因;套管应力超过屈服强度后,温压交变将会加剧挤压变形程度;断层沿天然裂缝或层理弱面滑移导致套管发生剪切变形,增加套管厚度或者采用分段固井方式有利于降低套管剪切变形风险.研究成果可为压裂过程中套管完整性设计及控制提供参考,具有重要理论和工程意义.
【期刊名称】《特种油气藏》
【年(卷),期】2019(026)001
【总页数】6页(P1-6)
【关键词】套管变形;多级压裂;热-流-固耦合;温压交变;地层滑移
【作 者】席岩;李军;柳贡慧;曾义金;李剑平
【作者单位】中国石油大学,北京 102249;中国石油大学,北京 102249;中国石油大学,北京 102249;北京工业大学,北京 100022;中国石化石油工程技术研究院,北京
100029;中国石油测井有限公司,陕西西安 710000 【正文语种】中 文
【中图分类】TE357
0 引 言
水平井技术和多级压裂工艺是页岩气开发的主要手段[1-7]。水平井较长的水平段使得储层力学性质沿井筒方向变化差异大，多级压裂施工使得套管压力、温度剧变，导致水平段套管处于复杂、极端的力学环境中，极易发生变形[8-15]。目前，美国、加拿大和中国在页岩气井压裂过程中均出现了套管变形，导致施工作业成本增加、单井产能降低。针对该问题，国内外学者开展了研究：沈新普[16]认为，压裂时的高内压是诱发套管变形的决定因素；Lian、于浩等[17-20]指出，压裂过程中地应力的重分布诱发了套管变形；蒋可、李黔等[21]认为，套管偏心和水泥环缺失导致应力集中超过套管屈服强度，进而导致套管变形；田中兰、Yan、Xi等[22-24]指出，环空束缚水体积收缩和压力剧降导致套管内外压力失衡进而引发套管变形；Liu、高德利等[25-26]认为，压裂液进入套管与水泥环之间的微环隙，温度和压力交变作用下易形成局部载荷压迫套管变形；陈朝伟[27-28]等经研究得出，断层和层理发育是套管剪切变形的内因、水力压裂是外因的结论；高利军[29-30]等分析了套管剪切变形时裂缝倾角、套管壁厚等因素对套管变形的影响。以上研究主要分析了页岩气井压裂过程中不同地质、工程因素对套管应力或者变形的影响，但在变形机理方面尚无一致结论。
页岩气藏水平井水力压裂裂缝敏感参数数值分析
李玉梅;李军;柳贡慧;于丽维;刘明;鹿吉庆
【期刊名称】《断块油气田》
【年(卷),期】2015(022)002
【摘 要】在计算页岩气井水平井分段压裂诱导应力和分析缝间干扰机理时,如果将页岩近似为各向同性体,将严重偏离工程实际.文中考虑了页岩弹性各向异性和孔隙渗流应力耦合效应,建立了水平井分段压裂三维有限元数值模型,针对水平井分段压裂方式、页岩力学特性对射孔簇间距的影响规律进行了敏感性研究分析.结果表明,裂缝形成的先后顺序影响裂缝周围诱导应力场,选择压裂方式与顺序压裂方式相比,形成的缝间诱导应力较小,最优缝间距也较小;页岩储层较高的弹性模量会引起较强的缝间干扰,导致缝宽和缝长均减小,页岩弹性模量各向异性越强,最优缝间距越大.所建有限元数值模型克服了仅适用于常规各向同性体诱导应力解析模型的限制,提供了相应的理论参考和技术支持.
【总页数】5页(P258-262)
【作 者】李玉梅;李军;柳贡慧;于丽维;刘明;鹿吉庆
【作者单位】中国石油大学(北京)石油天然气工程学院,北京102249;中国石油大学(北京)石油天然气工程学院,北京102249;中国石油大学(北京)石油天然气工程学院,北京102249;北京信息科技大学,北京100192;中国石油新疆油田公司工程技术研究院,新疆克拉玛依834000;天津开发区鑫昌达船舶工程有限公司,天津300457;西南石油大学,四川成都610500
【正文语种】中 文 【中图分类】TE347
【相关文献】
1.页岩气藏开发中水力压裂水平井敏感参数分析 [J], 陆程;刘雄;程敏华;刘思宇
2.页岩气藏水力压裂中应力-流压耦合效应及\r人工裂缝扩展规律 [J], 张建光;李湘萍;王传睿;吕爱民;孙致学
3.页岩气藏水平井分段压裂缝间应力干扰全三维模拟 [J], 唐慧莹; 张东旭; 刘环竭;
梁海鹏; 张烈辉
4.分形离散裂缝页岩气藏多级压裂水平井数值试井模型 [J], 吴明录; 丁明才
