论文题目: 重复压裂压新缝力学机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 油气田开发工程
作者: 邓燕
导师: 赵金洲
关键词: 重复压裂,应力场,诱导应力,重定向,裂缝扩展
文献来源: 西南石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 重复压裂是老油气田或老油气区进一步增产挖潜和进一步提高采收率的关键技术,特别是压新缝重复压裂更是中高含水油田综合治理和增油控水的有效手段。重复压裂裂缝能否重定向、重复压裂能否造新缝一直是学术界和工程界争论的焦点。本文从井筒附近应力场变化规律研究入手,对重复压裂造新缝的力学机理进行了较为系统的研究,取得了如下的主要成果和认识: (1) 系统研究了垂直裂缝井重复压裂前应力场的分布特征及其主要影响因素。研究表明,油气井中初次人工裂缝产生了诱导应力:油气井生产和注水等作业导致地层孔隙压力变化而诱导地应力重新分布;注入等作业导致油藏温度变化而诱导产生热弹性应力场等,这些诱导应力改变了重复压裂井井底附近的应力场分布。 (2) 应用弹性力学理论,建立了油气井中初次人工裂缝的诱导应力模型;并采用半逆解法得到初次人工裂缝诱导的应力场的解析解。 (3) 将渗流力学和岩土力学相结合,建立了含水力压裂裂缝的储层渗流和固相平衡的数学模型;然后对渗流数学模型采用有限差分法求解,而岩土变形数学模型则采用有限元法求解,并采用显式交替求解方式将二者结合起来的储层流固耦合油藏数值模拟求解技术求解;得到流固耦合作用时由于油气井的生产活动导致的孔隙压力变化而引起的应力场。实现了垂直裂缝井重复压裂前生产过程导致孔隙压力变化而诱导的应力场的定量分析和模拟。 (4) 利用扩展的虎克定律和平面弹性理论以及能量守恒原理,建立了推导无裂缝注水井附近由于注水而产生的热弹性应力的数学模型;通过转化和叠加已有经验公式,建立了有裂缝注水井附近温度场的变化引起的应力场的计算模型。实现了垂直裂缝井重复压裂前由于长期注水温度场发生变化导致应力场的定量分析和模拟。 (5) 数值模拟结果表明,初次人工裂缝和孔隙压力的变化等改变了油气藏中的应力场,最大水平主应力变化较快,最小水平应力变化较慢,二者都是时间和空间的函数。因此,当重复压裂井中的诱导应力差足以改变地层中的初始应力差时,井筒附近区域有一个应力重定向区域,那么重复压裂就可以产生新缝。 (6) 在应力场分布的研究成果的基础上,运用岩石力学、断裂力学和水力压裂力学的基本原理,采用位移不连续法,模拟了在储层内各点应力不同的复杂应力条件下,重复压裂新裂缝的起裂方位、裂缝扩展和延伸轨迹。 新裂缝的造缝机理和延伸规律是重复压裂研究中的难点和应用价值的核心问题,也是制约重复压裂优化设计的关键。本文的研究无疑可以为重复压裂优化设计提供一定的理论基础,用以在指导大量的重复压裂施工,提高其工艺可行性和经济可行性,对于老油气田综合治理、稳产增产具有非常重要的意义。
论文目录:
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 重复压裂概述
1.1.1 重复压裂作用机制
1.1.2 国内外重复压裂的研究现状
1.2 本文研究的目的和意义
1.3 国内外研究发展概况
1.3.1 重复压裂前地应力重定向机理研究概况
1.3.2 重复压裂新裂缝重定向机理研究概况
1.4 本文主要研究内容及技术路线
1.5 本文的主要研究成果
1.6 本文的发展与创新
2 初次人工裂缝诱导应力场
2.1 理论假设
2.2 数学—力学模型
2.3 模型求解
2.4 示例结果与分析
3 地层孔隙压力诱导应力场
3.1 含水力裂缝可变形饱和储层流固耦合渗流理论模型
3.1.1 模型假设
3.1.2 数学模型
3.1.3 定解条件
3.2 含水力裂缝可变形饱和储层流固耦合岩土弹性变形的数学模型
3.2.1 油藏岩土弹塑性变形的几个基本概念
3.2.2 TERAZAGHI有效应力原理
3.2.3 流固耦合油藏岩土弹性变形的平衡微分方程
3.2.4 几何方程
3.2.5 岩土骨架弹性本构关系
3.2.6 岩土骨架数学方程的定解条件
3.3 含水力裂缝可变形饱和储层流固耦合数学模型数值求解
3.3.1 流固耦合渗流黑油模型的有限差分数值求解
3.3.2 油藏岩土有限元数值求解
3.3.3 流固耦合数学模型总体求解
3.4 示例结果与分析
4 地层温度变化诱导应力场
4.1 无裂缝注水井附近温度场的变化引起的应力场
4.1.1 理论假设
4.1.2 平面应变状态下的温度应力场
4.1.3 井孔附近储层的温度应力场
4.1.4 无裂缝注水井注入过程中的温度场
4.2 有裂缝注水井附近温度场的变化引起的应力场
4.2.1 注水井及裂缝的附近的温度变化区域
4.2.2 椭圆区域内的热应力
4.3 示例结果与分析
5 重复压裂造新缝力学机理
5.1 重复压裂新裂缝起裂和延伸机理
5.1.1 重复压裂造新缝的力学条件
5.1.2 重复压裂的最佳时机
5.2 重复压裂新裂缝的延伸
5.2.1 复合型裂缝最大拉应力原理裂缝扩展的基本原理
5.2.2 位移不连续法模拟裂缝扩展
5.3 模拟重复压裂新裂缝扩展的流程图
5.4 示例结果与分析
6 结论与建议
6.1 本文的主要结论
6.2 主要建议
致谢
参考文献
附录A 流体高速系数；β_α的确定
附录B 流固耦合黑油的数学模型
附录C 可变形饱和储层压力差分方程
附录D 压裂裂缝系统渗流黑油模型的有限差分
发布时间: 2006-01-11
参考文献
- [1].转向重复压裂技术研究与应用[D]. 曾雨辰.西南石油学院2005
- [2].重复压裂力学机理研究及应用[D]. 韩忠英.中国石油大学（华东）2012
- [3].大庆油田低渗透裂缝性油藏重复压裂造缝机理研究[D]. 孙庆友.东北石油大学2011