储层/夹层厚度对低渗透层状岩石水力裂缝扩展规律的影响
摘要内容

在本研究中，使用真三轴水力压裂试验系统和基于连续介质的离散元方法研究了低渗透层状岩石中水力裂缝的扩展机理。首先，利用单轴和三轴试验机测定了储层和夹层中天然岩心的力学性质。其次，采用Kaiser应力效应法计算地应力。为了表征层状岩石中储层/夹层的厚度分布特征，提出了储层厚度比kδ的概念。探讨了kδ对层状岩石破裂压力Pf的影响规律。提出了裂缝延伸率r来描述储层和夹层中裂缝的延伸状态，并分析了kδ对裂缝延伸率的影响。基于三维分形维数和裂缝张开度表征了裂缝的空间形态和几何特征。定义了三维损伤变量DV，以揭示层状岩石在断裂扩展过程中的损伤演化规律。研究结果揭示了层状岩石水力压裂中的裂缝扩展机理，为水力压裂技术的有效实施提供了理论指导。这项研究对于有效重建分层介质的低渗透油藏和提高油气采收率具有重要意义。
水平页岩气井非均匀应力场水力裂缝模拟
摘要内容

页岩储层具有低孔隙度和超低渗透率。气井产量的显著增加需要水平井压裂。因此，压裂过程中水力裂缝的扩展行为对页岩气储层增产效果至关重要。然而，一些页岩地层发育断层，地应力场分布不均匀。此外，最大水平主应力方向随空间位置而变化，水力裂缝中的非平面偏转传播行为是可能的。本文旨在揭示页岩地层中断层发育对水力裂缝扩展的影响。建立了断层附近非均匀构造应力场的计算模型，在此基础上，建立了断层影响下页岩气水平井分段多丛式压裂水力裂缝偏转传播模型。此外，在存在非均匀地应力场的情况下，对裂缝扩展规律进行了模拟和分析。研究结果表明，走滑断层附近的水力裂缝倾向于平行于断层方向，而正断层附近的液压裂缝倾向于垂直于断层方向。断层倾角越大，水力裂缝传播偏转角越大，则水力裂缝离断层越近。水力裂缝的挠曲行为增加了裂缝中的流动阻力，支撑剂输送不顺畅，增加了压裂作业的难度和风险。本研究结果可为页岩地层中断层附近水平井分段多丛式压裂设计提供重要的理论基础。

不同注入方式下深层页岩水力裂缝萌生和扩展的实验研究
摘要内容

与浅层和中层页岩气藏相比，当采用相同的注入方案和施工参数时，深层页岩气藏通常表现出较低的裂缝复杂性、较小的刺激体积、较差的导电性和较快的产量下降。因此，必须研究深层页岩储层的具体注入方案。在本文中，进行了一系列实验室压裂试验，以研究注入方案对深层页岩水力裂缝萌生和扩展的影响。采用四川盆地下志留系龙马溪组的黑色页岩，在这些实验中采用了四种不同的注入方案（恒定流速注入、循环注入、关井间歇注入和低频脉冲加压注入）。利用声发射（AE）传感器阵列分析了不同注入方案下水力压裂过程中的能量演化。此外，使用高分辨率CT扫描确定了页岩试样失效后的内部断裂几何形状。定义了两个参数，即裂缝体积密度和分形维数，以定量表征压后裂缝的复杂性。结果表明，对于常规的单调速率注入，岩石破裂压力随着注入速率的增加而迅速升高。虽然增加注入速率可以达到增加煤层净压力和提高裂缝复杂性的目的，但这使得接近设备压力极限变得更容易。与常规水力压裂不同，循环压裂主要在井筒附近产生拉伸裂缝，循环压裂更可能对岩石造成疲劳损伤，导致形成亚临界微裂缝，并逐渐发展为宏观裂缝。此外，与传统的连续注入法相比，循环注入法可将岩石破裂压力降低约24%。关井间歇注入法也可以将页岩的破裂压力降低22%，但这种方法不利于提高裂缝的复杂性。脉冲压裂产生了四种测试注入方案中最复杂的裂缝形态。井筒压力在短时间内的快速变化很容易导致井筒周围形成多个裂缝。我们的实验结果和理论分析可以为深层页岩水力压裂注入方案的优化提供理论支持。

储层/夹层厚度对低渗透层状岩石水力裂缝扩展规律的影响
摘要内容

在本研究中，使用真三轴水力压裂试验系统和基于连续介质的离散元方法研究了低渗透层状岩石中水力裂缝的扩展机理。首先，利用单轴和三轴试验机测定了储层和夹层中天然岩心的力学性质。其次，采用Kaiser应力效应法计算地应力。为了表征层状岩石中储层/夹层的厚度分布特征，提出了储层厚度比kδ的概念。探讨了kδ对层状岩石破裂压力Pf的影响规律。提出了裂缝延伸率r来描述储层和夹层中裂缝的延伸状态，并分析了kδ对裂缝延伸率的影响。基于三维分形维数和裂缝张开度表征了裂缝的空间形态和几何特征。定义了三维损伤变量DV，以揭示层状岩石在断裂扩展过程中的损伤演化规律。研究结果揭示了层状岩石水力压裂中的裂缝扩展机理，为水力压裂技术的有效实施提供了理论指导。这项研究对于有效重建分层介质的低渗透油藏和提高油气采收率具有重要意义。
水平页岩气井非均匀应力场水力裂缝模拟
摘要内容

页岩储层具有低孔隙度和超低渗透率。气井产量的显著增加需要水平井压裂。因此，压裂过程中水力裂缝的扩展行为对页岩气储层增产效果至关重要。然而，一些页岩地层发育断层，地应力场分布不均匀。此外，最大水平主应力方向随空间位置而变化，水力裂缝中的非平面偏转传播行为是可能的。本文旨在揭示页岩地层中断层发育对水力裂缝扩展的影响。建立了断层附近非均匀构造应力场的计算模型，在此基础上，建立了断层影响下页岩气水平井分段多丛式压裂水力裂缝偏转传播模型。此外，在存在非均匀地应力场的情况下，对裂缝扩展规律进行了模拟和分析。研究结果表明，走滑断层附近的水力裂缝倾向于平行于断层方向，而正断层附近的液压裂缝倾向于垂直于断层方向。断层倾角越大，水力裂缝传播偏转角越大，则水力裂缝离断层越近。水力裂缝的挠曲行为增加了裂缝中的流动阻力，支撑剂输送不顺畅，增加了压裂作业的难度和风险。本研究结果可为页岩地层中断层附近水平井分段多丛式压裂设计提供重要的理论基础。

不同注入方式下深层页岩水力裂缝萌生和扩展的实验研究
摘要内容

与浅层和中层页岩气藏相比，当采用相同的注入方案和施工参数时，深层页岩气藏通常表现出较低的裂缝复杂性、较小的刺激体积、较差的导电性和较快的产量下降。因此，必须研究深层页岩储层的具体注入方案。在本文中，进行了一系列实验室压裂试验，以研究注入方案对深层页岩水力裂缝萌生和扩展的影响。采用四川盆地下志留系龙马溪组的黑色页岩，在这些实验中采用了四种不同的注入方案（恒定流速注入、循环注入、关井间歇注入和低频脉冲加压注入）。利用声发射（AE）传感器阵列分析了不同注入方案下水力压裂过程中的能量演化。此外，使用高分辨率CT扫描确定了页岩试样失效后的内部断裂几何形状。定义了两个参数，即裂缝体积密度和分形维数，以定量表征压后裂缝的复杂性。结果表明，对于常规的单调速率注入，岩石破裂压力随着注入速率的增加而迅速升高。虽然增加注入速率可以达到增加煤层净压力和提高裂缝复杂性的目的，但这使得接近设备压力极限变得更容易。与常规水力压裂不同，循环压裂主要在井筒附近产生拉伸裂缝，循环压裂更可能对岩石造成疲劳损伤，导致形成亚临界微裂缝，并逐渐发展为宏观裂缝。此外，与传统的连续注入法相比，循环注入法可将岩石破裂压力降低约24%。关井间歇注入法也可以将页岩的破裂压力降低22%，但这种方法不利于提高裂缝的复杂性。脉冲压裂产生了四种测试注入方案中最复杂的裂缝形态。井筒压力在短时间内的快速变化很容易导致井筒周围形成多个裂缝。我们的实验结果和理论分析可以为深层页岩水力压裂注入方案的优化提供理论支持。