压裂液黏度对循环水力压裂影响的试验研究

中国石油大学（北京）石油天然气工程学院,北京 102249     

砂砾岩油气储层水力压裂强化增透裂隙扩展特性试验研究

水力压裂是提高砂砾岩油气储层渗透率从而提高油气产量的有效方法。本文利用由冻土三轴力学实验系统改装而成的三轴水力压裂物理实验系统,系统的考察了六个粒径等级的砂砾岩试样在水力压裂作用下的相关力学特性,测试了不同粒径等级试样的起裂压力,研究获得了不同粒径尺寸等级下砂砾岩试样裂隙发育、扩展特性和应变演化规律,砂砾岩的粒径等级越大,裂纹分支越多,粒径等级越小,裂纹分支越少;揭示了不同粒径尺寸等级下砂砾岩试样主裂缝起裂与扩展规律,推导出了起裂时水压力的临界值计算公式和起裂判据,其计算结果与实验数据基本吻合。研究成果可以为砂砾岩油气开采提供理论支撑。     

用流固耦合方法研究油藏压裂后应力应变和孔渗特性变化

油藏压裂后将引起地应力场发生变化，使岩石变形，导致孔隙度和渗透率变化，进而影响产量，为研究这一问题，作者建立了油藏压裂后流－固耦合渗流模型，考虑了以下因素：油藏岩石变形，地应力，孔隙度和渗透率变化，人工裂缝，流体渗流与岩石应变耦合，储藏渗流与裂缝渗流耦合，非达西效应等。较详细地给出了耦合方程及推导过程，控制方程包括的未知变量有压力，饱和度及位移，11个变量，和11个方程，用有限差分方法将流体渗流和岩石应变方程离散成主对角占优的七对角矩阵，可在修改已有三维二相渗流和三维固体力学程序的基础上，采用隐式迭代方法求解，示例分析表明，用此模型可以研究储层应力变变，孔隙度和渗透率随时间和空间变化规律，为开发方案制定，整体压裂设计，压后生产管理等方面提供定量分析技术。     

水压致裂法三维地应力测量方法的研究

在不同方向的３ 个钻孔内进行常规水压致裂试验测量三维地应力的基础上,引入原生裂隙重张试验测量,提出了３ 种三维地应力测量的原理和方法。这些测量方法能适用于各种布置形式的单孔、双孔和多孔的测量,其中的两种方法也适用于深钻孔的三维地应力测量。     

水力压裂缝延伸方向分析及其应用

水力压裂是油井增产通常采用的一种措施．对地层压裂时产生的裂缝形态、走向进行了阐述；根据井孔周围应力集中现象，利用地层破裂机理分析了发育有直劈裂缝的地层压裂时人工裂缝产生条件，定量分析了压裂缝延伸与地层应力状态、天然裂缝走向、施工压力、岩石抗张强度的关系．并在沙南油田梧桐沟组油藏开发生产中，应用该方法来判断人工裂缝和天然裂缝以及预测它们的延伸状况得到了非常好的验证．     

复合射孔技术在煤层致裂中的实验研究

复合射孔技术能有效地控制射孔方向和压裂缝的扩展。对其应用于煤层致裂进行了初步的实验研究。针对煤层的特性 ,介绍了煤质模型的射孔与高能气体压裂 (HEGF)实验的研究情况 ,结果表明 ,射孔和压裂效果良好。复合射孔技术必将成为煤层致裂发展方向之一。     

Experiment on Hydraulic Fracturing in Rock and Induced Earthquake

Experiment on rock hydraulic fracturing strength under different confining pressures was conducted on a series of test specimens with various pre-cracks prepared from 7 types of rock, Combining the data of an actual reservoir-induced earthquake with the experimental results of the contemporary tectonic stress field according to the theory of rock strength and the principle and method of rock fracture mechanics, the authors tentatively investigated the earthquakes induced by pore-water pressure in rock and obtained the initial results as follows： （1） One type of induced earthquake may occur in the case of larger tectonic stress on such weak planes that strike in similar orientation of principle tectonic compressional stress in the shallows of the rock mass; the pore-water pressure σp may generate tensile fracture on them and induce small earthquakes; （2） Two types of induced earthquake may occur in the case of larger tectonic stress, i, e,, ①on such weakness planes that strike in similar orientation of principle tectonic compressional stress, σ1, in the shallows of the rockmass, the pore-water pressure, σp, may generate tensile fracture on them and induce small earthquakes; ②When the tectonic stress approximates the shear strength of the fracture, the pore-water pressure σp may reduce the normal stress, σn, on the fracture face causing failure of the originally stable fracture, producing gliding fracture and thus inducing an earthquake. σp may also increase the fracture depth, leading to an induced earthquake with the magnitude larger than the previous potential magnitude; （3） There is a depth limit for each type of rock mass, and no induced earthquake will occur beyond this limit.     

煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定

分析煤层气井水力压裂时裂缝的典型类型与形状，建立水平缝与垂直缝的判别方法，推导由水平缝向垂直缝转变的临界深度计算公式，描述几种常见裂缝的形状和相应的形成条件。从断裂力学基本原理出发，分别推导在一定注入泵量和注入时间下，３种二维模型裂缝几何尺寸的基本计算公式。为水力压裂开采煤层气提供重要理论依据。     

渤南油田深井压裂试验的地下水动态观测与初步研究

在一口石油深井的压裂试验过程中,观测了井孔地下水压力、流量与温度动态的反映,结果表明同层地下水动态反映明显,流量的反映幅度大于压力,由此提出在地下水动态反映含水层应力应变的机理中,水动力学过程的重要性;水动力学机理中两种信息传递方式及流体介质传递方式的重要性;对同一个应力应变过程流量的反映更优于压力的反映等观点     

排量对水力压裂网络扩展影响的试验研究

在页岩气水力压裂开发领域中,压裂液注入排量对裂缝网络的扩展形态具有显著影响。而页岩储层中的随机天然裂缝,会给水力压裂的参数敏感性分析带来不同程度的干扰。首先,根据页岩储层裂缝发育特征,制备了包含3组正交预制裂缝的混凝土试样;然后,采用真三轴压裂系统,对试样进行三向应力加载模拟地应力环境,并以恒定排量向其内部注入流体;最后,将单位体积裂缝面积P₃₂作为体积压裂指标,来定量描述排量对压裂缝网扩展形态的影响。试验结果表明:（1）在块体单元边长较小（即预制裂缝密度较大）的试样中,体积压裂的效果更加显著;（2）小排量压裂液所产生的裂缝一般是激活的预制裂缝,而中排量和高排量压裂液可以使已激活的预制裂缝发生偏转,在混凝土基质中重新开启水力裂缝,从而增加裂缝网络的复杂性;（3）随着排量的增加,试样压裂后的P₃₂值会升高;但排量增加到一定程度后,P₃₂值不再增长,甚至略微下降。