砂砾岩水力压裂裂缝扩展规律的数值模拟分析

砂砾岩储层一般具有岩性和渗透性变化大、孔隙度低、连通性差、孔隙结构复杂和非均匀性严重等特点,因此,在水力压裂过程中,裂缝扩展形态难以控制,大规模改造难度大。针对国内某典型砂砾岩油藏特征,采用数值计算方法对砂砾岩压裂裂缝的扩展规律进行了研究,包括地应力场、砾石含量和粒径等对裂缝扩展形态及压裂压力的影响。研究表明,砾石的存在增加了压裂裂纹扩展的复杂性,裂纹主要有止裂、偏转、穿透和吸附4种表现模式,但主应力差严格控制着裂纹的走向,随着主应力差的增大,裂纹由总体绕砾扩展转变为总体穿砾扩展,失稳压力随着主应力差的增大而明显减小;砾石含量的多少体现了砂砾岩试样宏观的非均匀性,含量越高均匀性越差,随着砾石含量的提高,裂纹与砾石的相互作用占据主导地位,失稳压力随砾石含量的增加而增大;当砾石体积含量一定时,砾石粒径对压裂压力的影响主要取决于砾石排列的随机性,失稳压力随砾石粒径的增大而略有增大。     

高砂比压裂技术在吐哈油田的应用研究

根据吐哈油田的特点,就高砂比压裂技术在吐哈油田的应用,在压裂液优化、支撑剂选择、施工工艺等方面进行了研究,优选出了适合该地区的压裂液和支撑剂,优化了压裂施工工艺,最终通过实践总结出了一套适合吐哈油田的高砂比压裂工艺,经过推广试验证明,效果明显。     

基于Copula理论的粗粒土渗透破坏临界水力比降估值

破坏水力比降是土体渗透稳定性分析和渗流控制的基础。以渗透变形试验为基础,分析了粗粒土临界水力比降与孔隙比、级配不均匀系数和曲率系数间的相关性。利用Copula理论适合建立多个非独立变量间联合分布函数的优点,构造了拟合粗粒土临界水力比降 、孔隙比e、级配不均匀系数 和曲率系数 间相关关系的最优Copula函数,并将其应用于粗粒土临界水力比降估值。结果表明：具有单参数的四维对称Archimedean Copula函数的Nelsen No 6为最优Copula函数。利用构造的最优Copula函数求条件概率,便可得到粗粒土临界水力比降估值的保证率,或者计算在一定保证率条件下临界水力比降估值。通过比较临界水力比降试验值与Copula理论方法、Terzaghi公式及刘杰公式估值,阐述了Copula理论的可靠性,为建立粗粒土临界水力比降与孔隙比及级配特征的多变量统计概率关系及临界水力比降估值提供了一种新途径。     

三层堤基中细砂层厚度对管涌影响的试验研究

对由弱透水黏土层、细砂层和强透水砂砾层组成的三层堤基进行了管涌发展的砂槽模型试验,为了便于观察分析,细砂层由各种颜色的细彩砂依次排列在砂砾石层上表面,通过改变彩砂层的厚度分析研究了不同细砂层厚度对管涌发生、发展机制及过程的影响。试验结果表明,三层堤基细砂层厚度的不同使管涌发生的临界水力梯度、涌砂量和通道发展的速度不同,与双层堤基有很大区别。临界水力梯度是由多种元素决定的,包括破坏土体的性质及其整体性等;细砂层的存在使流量在渗透变形初期对涌砂不敏感;在试验中发生的相同水位下多次间歇性涌砂,其原因一方面是颗粒在运动过程中发生堵塞,另一方面是通道边界的土体失去支撑发生应力释放,抵抗力随着时间逐渐减小。     

岩溶介质非均质性对钻孔水物化指标垂向变化的影响

岩溶介质具有较强的非均质性,其地表及地下的岩溶结构形态多样。通过对钻孔结构描述、钻孔水物化性质分析,不仅能够掌握区域上岩溶含水层的结构特征,而且对于岩溶地下水演化过程的揭示亦有重要作用。文章以桂林岩溶水文地质试验场西南部峰丛山区与峰林平原交界处的钻孔为例,通过野外便携式多参数仪原位测试钻孔垂向水物化指标（pH值、水温T、电导率EC）,探索浅部（地面以下约50 m内）地下岩溶较为发育条件下钻孔水物化指标的垂向变化特征,揭示岩溶介质非均质性对钻孔垂向水物化指标的影响。结果表明:岩溶地区小范围内不同钻孔间的水物化性质有所差异,且岩溶发育相似的钻孔（如ZK4/ZK5、ZK7/ZK8）,其水物化指标垂向变化具有一定的相似性,但不同指标（T、pH、EC）的变化幅度存在差异;钻孔水物化性质受到试验场区岩溶介质结构非均质性的控制,即岩溶介质结构影响了地下水的赋存条件和水力联系而导致水物化性质的差异;在对岩溶地区地下水物化性质进行研究时应充分考虑岩溶介质的非均质性特征,根据实际的水文地质条件选取具有代表性的钻孔含水段进行取样和监测。      

贵州寒武系和石炭系页岩气开采对环境影响分析——以牛蹄塘组和打屋坝组为例

贵州页岩气地质资源量巨大,达到1.048×10~(13)m~3。其中寒武系牛蹄塘组与石炭系打屋坝组是重要储集层位。本文在研究牛蹄塘组页岩与打屋坝组页岩的地层结构、岩性和地球化学特征,以及储层特征的基础上,分析水力压裂方法对地下水含水层的破坏作用,建立了页岩气压裂开采导致地下水含水层、隔水层被破坏引起地下水污染模式,预测了压裂液返排地面可能造成地表环境污染的风险。同时,采取牛蹄塘组和打屋坝组页岩进行浸泡试验,试验结果表明,页岩在浸泡过程中,元素的浓度随着时间、温度的变化而变化,并呈现出一定的规律性,特别是As、Cd、Pb、Se、Co、Ba等元素呈显著浸出,据此分析了水力压裂法在开采页岩气的过程中可能会产生的环境污染问题。     

测试压裂分析技术在渤海B油田的应用

测试压裂分析技术是水力压裂施工前获取储层物性参数和分析压裂液性质的手段,是压裂施工顺利进行的技术保证。结合渤海某油田沙河街油藏压裂工程,介绍了测试压裂应用过程和理论基础,并简单介绍几种求取地层闭合压力的数学方法。闭合压力是压裂施工关键参数之一,不同数学计算方法推导出的闭合压力不尽相同,现场压裂工程师要根据实际测试结果选取可靠的数值。压降曲线拟合是在模型中反推出地层关键参数的方法,拟合完毕即得到针对施工地层的压裂模型,在此基础上进行主压裂设计和裂缝预测是较为准确的,以此进行施工也是安全的。     

棘爪机构伸缩式钻孔水力开采装置的设计与试验

钻孔水力采矿由于安全系数高、工程效益和生态环境保护好等优点在国外一直被研究和使用。我国相关的科研院所也正在开展研究。本文在分析研究国外钻孔水力开采装置的基础上,研制了具有自主知识产权的棘爪机构伸缩式钻孔水力开采装置。该装置利用机械式伸缩水枪的方式扩大水力开采矿层的范围,创新性地采用棘爪机构固定水枪的伸出角度,从而提高单孔开采量,降低开采成本。初步野外实验结果表明,该装置结构设计合理、工作可靠性高,可有效进行开采,达到了预期的目标。     

采动裂隙岩体压剪渗透规律试验研究

根据采动过程中裂隙岩体的应力变化,用法向载荷、剪切载荷和渗透水压分别模拟开采过程中采场的水平应力、垂向应力和水头压力,应用JAM-600型剪切-渗流耦合试验系统对裂隙岩体进行压剪-渗流藕合试验,探讨在恒定法向荷载(CNL)和法向刚度(CNS)条件下,裂隙岩体的法向载荷、裂隙粗糙度与渗透水压对试样的位移、应力和渗流性的影响规律,分析剪切位移大小和岩体裂隙的剪胀特性对裂隙岩体的剪切应力、法向位移、节理水力开度及渗透率影响规律。研究表明:剪切应力和水头压力对裂隙水力开度起促进作用,水平地应力对水力开度变化起抑制作用。随着剪切位移变化,水力开度可分为变小或持平、增大、稳定3个阶段。裂隙表面粗糙度越大,裂隙岩体的刚度越小,则水力开度最终稳定值越大。由于裂隙岩体的剪胀作用渗透率先变小后增大,剪切位移增大,渗透率增大;法向荷载增大,试件的渗透率越小;裂隙表面越粗糙,其渗透率越大,其研究结果可为岩体透水通道形成时的孕育、萌生和爆发的导渗灾变演化过程提供理论基础。     

煤层气径向钻井压耗计算与井口压力预测

对煤层气径向钻井过程中钻井管柱系统压耗和高压水射流破岩机理进行分析,列出了钻井管柱系统各部分磨阻系数的计算公式和喷嘴射流动力公式。通过理论分析与室内试验,提出了煤的水力冲击破碎压力与其物理力学参数之间的关系式,以及水力冲蚀速度与无因次冲击压力之间的关系。结果表明:通过加权平均值法计算得到的临界破碎压力与实际值吻合良好;在3~8倍临界破碎压力下,冲蚀速度约为无因次冲击压力的0.4倍。根据文中压力预测步骤,对现场作业进行压力预测,得到的井口压力预测结果比实际施工压力低3~5 MPa。