论文题目: 薄层多层压裂应力剖面与压裂裂缝形态研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 油气田开发工程
作者: 杜卫平
导师: 赵金洲
关键词: 声波测井,岩石力学参数,应力剖面,破裂压力,斜井,模糊聚类分层,多层压裂,流量分配,二维模型,拟三维模型
文献来源: 西南石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 中原油田是地质构造复杂的断块油气田,油气藏层多、层薄且各小层之间存在岩性、物性和地应力差异,有时相距较远。通常单一的小层没有开发价值,人们期望一次性压开所有产层以减少压裂作业的次数。因此有必要研究分层的特性及多层同时改造的压裂机理与技术。能够解决多层条件下的压裂技术叫多层压裂技术。由声波测井得到参数剖面的方法是近来发展起来的主要方法,包括计算模型及动静态参数的转换方法等。由岩石力学参数计算地应力以及破裂压力是压裂设计的基础数据,研究、比较、分析其计算方法是本文的内容之一。本文分析了裸眼井、套管井、直井、斜井的多层薄层压裂的各层破裂压力计算模型,特别在对斜井的分析上,应用了岩石的弹性理论针对井周围复杂的受力状态,考虑了作业条件、压裂液渗滤效应、孔隙压力、射孔方位、井斜角等影响因素,为成功实施斜井的压裂提供理论基础。在获得地层的连续力学特性以后,用模糊聚类可方便、快捷地将地层分层。 国内在多层压裂方面开展了很多工作,但在工艺上通常使用分层压裂技术,而对于裂缝延伸的模拟一般还是使用传统的均质、等厚油层中单裂缝的延伸模拟方法,随机性和盲目性较大,不利于提高单井利用率和不利于提高最终采收率。本文在调研国内外多层水力压裂的相关文献,特别是关于多层压裂裂缝延伸模拟的有关文献的基础上,建立了一套能模拟多产层在一次压裂改造中全部被压开、多条裂缝同时延伸的数学模型,分别基于二维与三维的裂缝延伸过程,其中最重要的一个内容就是压裂液在各产层的流量分配,并分析了对流量分配起支配作用的因素。基于二维的多层多裂缝的流量的分配主要取决于孔眼摩阻的大小(净压力)、地层最小应力、每层的吸液高度、弹性模量、效率等诸多因素,不能仅靠常规限流压裂中流量分配的理论设计。在拟三维多层多裂缝压裂中某层力学性质的薄弱(应力较小、弹性模量较小、断裂韧性较小)导致某单条裂缝的高度增长对多层压裂整体的裂缝延伸状况影响很大。最后,本文在参考国内外相关文献的基础上,推导和建立结合拟三维模型的多层多裂缝同时延伸的二维延伸数学模型,给出了模型的求解方法。
论文目录:
摘要
abstract
1 前言
1．1 研究的目的与意义
1．2 国内外技术现状及发展趋势
1．2．1 地应力剖面的研究现状
1．2．2 多层多裂缝延伸形态的研究现状
1．3 主要研究内容
1．4 本文的创新点
2 地应力剖面研究
2．1 地应力的研究意义
2．2 建立地应力剖面的方法
2．2．1 水力压裂法
2．2．2 声发射 Kaiser效应法
2．2．3 声波测井法
2．2．3．1 岩石动态力学参数的测井解释模型
2．2．3．2 岩石静态力学参数的声波测井确定(动、静参数的转化)
2．2．3．3 建立依据测井曲线确定应力剖面的数学模型
3 薄层多层压裂的各层破裂压力计算模型
3．1 裸眼直井破裂压力计算模型
3．2 裸眼斜井的破裂压力计算模型
3．2．1 坐标系变换
3．2．2 广义平面应变问题分析
3．2．3 裸眼斜井井壁应力分析
3．2．4 裸眼斜井的破裂压力计算
3．3 套管射孔井破裂压力计算模型
3．3．1 考虑应力集中时计算
3．2．2 斜度较小时射孔井破裂压力的简便算法
3．4 算例及分析
3．5 本章小结
4 模糊聚类分层
4．1 模糊聚类原理与方法
4．1．1 概述
4．1．2 选择适当的评价指标
4．1．3 建立模糊相似关系
4．2 分层实例分析
5 多层多裂缝压裂的二维模型
5．1 流量的初始分配和再分配
5．1．1 基本原理和计算方法
5．1．2 流量分配的近似计算方法
5．2 多层多裂缝压裂的二维数值模型与计算步骤
5．3 实例计算与讨论
5．3．1 实例一
5．3．2 实例二
5．3．3 实例三
5．3．4 实例四
6 多层多裂缝压裂的拟三维数学模型
6．1 多裂缝产生的条件与延伸规律
6．1．1 裂缝的二维与三维延伸
6．1．2 多裂缝产生的条件与讨论
6．2 单裂缝延伸拟三维数学模型
6．2．1 压裂液的质量守恒
6．2．2 缝中流体流动的连续性方程
6．2．3 缝中流体流动的压降方程
6．2．4 裂缝宽度方程
6．2．4．1 上下都穿层的情形
6．2．4．2 上下都不穿层的情形
6．2．5 裂缝高度方程
6．2．5．1 上下都穿层的情形
6．2．5．2 上、下都不穿层的情形
6．3 多层多裂缝拟三维压裂模型的求解方法和步骤
6．4 实例计算与分析
6．4．1 实例一
6．4．2 实例二
6．4．2．1 Fracpro PT模拟结果
6．4．2．2 本文模型模拟结果
6．4．2．3 两种结果比较分析
6．4．2．4 设计及施工建议
7 简化的多层单裂缝三维延伸模型的建立与分析
7．1 裂缝延伸的数学模型
7．1．1 应力强度因子
7．1．2 裂缝高度的计算
7．2 多层单裂缝简化模型的求解
7．3 裂缝高度影响因素研究
7．3．1 地层应力差
7．3．2 杨氏模量
7．3．3 断裂韧度
7．4 实例计算分析
8 结论与认识
致谢
参考文献
发布时间: 2006-01-11
参考文献
- [1].沁水盆地南部煤储层压裂裂缝延展机制及充填模式[D]. 陈立超.中国地质大学2016
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- [3].砂砾岩水压致裂机理的实验与数值模拟研究[D]. 刘鹏.中国矿业大学(北京)2017
- [4].大庆外围低渗透储层自支撑压裂机理研究[D]. 王力.东北石油大学2016
- [5].基于声发射行为页岩压裂裂缝破裂方式演化研究[D]. 王婷婷.东北石油大学2017
- [6].页岩致密储层压裂裂缝扩展数值模拟研究[D]. 曾青冬.中国石油大学(华东)2016
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