多薄层致密砂岩储层大型水力压裂三维物理模拟实验 被引量：1

1

作者 房茂军 杜旭林 +3 位作者 白玉湖 李昊 张浩 朱海燕 《石油实验地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期786-798,共13页

鄂尔多斯盆地东北缘临兴气田以多薄互层型致密砂岩储层为主,储层岩性复杂、渗透率低,受多种因素影响且作用机理不明确,导致压裂施工难度大、效果差异大。为此,针对临兴气田致密砂岩储层不同岩石组分、黏土含量、粒径、沉积旋回、平面及... 鄂尔多斯盆地东北缘临兴气田以多薄互层型致密砂岩储层为主,储层岩性复杂、渗透率低,受多种因素影响且作用机理不明确,导致压裂施工难度大、效果差异大。为此,针对临兴气田致密砂岩储层不同岩石组分、黏土含量、粒径、沉积旋回、平面及纵向非均质性等特性,设计并开展了不同地质条件下的水力压裂室内大型三维物理模拟实验。根据相似准则,参照二叠系石盒子组三向地应力、岩石强度、井身结构参数、现场压裂施工参数,确定了实验基本参数。根据临兴气田典型井主力储层特征,制作了考虑不同岩石组分、黏土含量、粒径、沉积旋回组合、平面非均质性组合、纵向非均质性组合的15块立方体岩心,开展了15组压裂模拟实验,并从分析注入压力曲线和观察岩样破裂面两个方面总结了影响水力压裂缝扩展规律的储层主控因素。研究表明,岩石矿物和粒径、沉积旋回、平面及纵向非均质性对致密储层裂缝扩展形态有显著影响。砂岩粒度较大、胶结较弱、黏土含量较高、平面非均质性较强,使得裂缝面更易于屈曲,扩展压力增大,导致加砂困难;沉积旋回会使得水力压裂缝易于沿旋回层面扩展,从而形成水平缝,其中反旋回界面突破难度比正旋回大;由于砂—泥层间界面、砂—煤层间界面、天然砂岩弱面易被激活,从而产生“工”或“T”字形裂缝,对于砂泥多薄互层还会产生“工”+“T”+“十”字形的组合裂缝。实验研究揭示了不同地质条件下的水力压裂缝扩展形态,也为类似区块的研究提供了借鉴。 展开更多

关键词 致密气 多薄层 水力压裂 裂缝形态 物理模拟实验 临兴气田 鄂尔多斯盆地

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基于真三轴物理模拟实验的水力裂缝扩展规律研究 被引量：4

2

作者 冯彦军 《中国矿业》 2022年第10期126-132,共7页

为了研究不同起裂方式下水力裂缝三维扩展特征,采用真三轴水力压裂物理模拟试验机,开展定向压裂与钻孔压裂试验,结果表明:定向压裂裂纹从预制裂纹尖端起裂,向中间主应力方向转向,裂纹呈双翼弯曲形态,其整体仍平行于最大主应力方向。钻... 为了研究不同起裂方式下水力裂缝三维扩展特征,采用真三轴水力压裂物理模拟试验机,开展定向压裂与钻孔压裂试验,结果表明:定向压裂裂纹从预制裂纹尖端起裂,向中间主应力方向转向,裂纹呈双翼弯曲形态,其整体仍平行于最大主应力方向。钻孔压裂裂纹在钻孔轴向对称位置起裂,呈椭圆形自相似扩展特征,裂纹倾向垂直于最小主应力。裂纹最终扩展方位不受起裂方式主导,而是由地应力场决定。水力压裂过程呈现憋压起裂和稳压扩展两个典型阶段。憋压起裂阶段,泵压急剧上升达到破裂压力后又迅速跌落,声发射能量骤增且波动剧烈。稳压扩展阶段,泵压曲线呈锯齿状波动发展并趋于平稳,声发射能量水平相对较低。研究结论可为煤矿坚硬顶板压裂施工提供参考。 展开更多

关键词 水力压裂 裂纹形态 地应力 真三轴物理模拟 声发射

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真三轴煤岩体水压裂缝扩展行为教学实验设计 被引量：2

3

作者 李波 时振 +1 位作者 魏建平 张飞燕 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第6期213-218,共6页

在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程... 在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程实际地应力数据设计实验室真三轴水力压裂实验应力状态参数,探讨压裂液恒流、恒压及变排量注入方式对注入压力-时间曲线、水压裂缝形态的影响机制。通过本实验教学可以让学生进一步了解矿井下地应力场分布规律。同时,该实验系统可拓展性较强,能够激发学生的主观创新思维。 展开更多

关键词 真三轴 水力压裂 地应力 裂缝扩展 实验教学

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致密储层压裂真三轴物理模拟实验及裂缝延伸规律 被引量：13

4

作者 郭培峰 周文 +3 位作者 邓虎成 肖阳 彭先锋 邓勇 《成都理工大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期65-74,共10页

通过真三轴物理模拟实验,研究不同逼近角、地应力状态下的含天然裂缝致密储层水力压裂缝延伸规律。以混凝土浇铸的大尺寸试样模拟致密储层;采用声发射仪实时监测试样破裂所发出的声波信号,并反演试样中水力压裂缝延伸形态;基于实验结果... 通过真三轴物理模拟实验,研究不同逼近角、地应力状态下的含天然裂缝致密储层水力压裂缝延伸规律。以混凝土浇铸的大尺寸试样模拟致密储层;采用声发射仪实时监测试样破裂所发出的声波信号,并反演试样中水力压裂缝延伸形态;基于实验结果推导出涉及参数少和实用性高的水力压裂缝与人工裂缝相交判断准则。自然界的致密储层中广泛分布形态各异的天然裂缝,通过模拟含有天然裂缝的致密储层的水力压裂缝延伸规律更符合油气藏开发实际;有利于优选水力压裂作业参数。实验结果为致密储层水力压裂开采提供了一定的理论支持。 展开更多

关键词 致密储层 水力压裂 物理模拟实验 裂缝 延伸规律

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真三轴岩心暂堵转向压裂物理模拟实验 被引量：6

5

作者 曲宝龙 《大庆石油地质与开发》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期82-89,共8页

为进一步认识暂堵压裂裂缝扩展机制,采用新型制作方法浇筑水泥试件,使其带有预置的人工裂缝段和暂堵剂,通过真三轴大物模实验,研究了不同条件下暂堵压裂裂缝的扩展特征。研究表明:在支撑剂与10%质量比纤维混合铺置情况下,试件裂缝起裂... 为进一步认识暂堵压裂裂缝扩展机制,采用新型制作方法浇筑水泥试件,使其带有预置的人工裂缝段和暂堵剂,通过真三轴大物模实验,研究了不同条件下暂堵压裂裂缝的扩展特征。研究表明:在支撑剂与10%质量比纤维混合铺置情况下,试件裂缝起裂方向与水平最大主应力方向一致,预制裂缝的存在导致起裂压力降低;当预制裂缝中充填4/16目颗粒型暂堵剂与支撑剂、纤维均匀混合或者充填20/80目颗粒型暂堵剂与支撑剂、纤维段塞铺置时,起裂压力明显升高,并且形成了复杂裂缝,说明裂缝的形成与暂堵剂和支撑剂的铺置方式密切相关;当预制裂缝中充填4/16目颗粒型暂堵剂与支撑剂、纤维段塞铺置时,压裂过程中有一定的增压效果,但生成裂缝未发生明显转向。该实验明确了不同暂堵转向压裂条件下裂缝扩展特征,为暂堵转向压裂工艺提供了实验技术支撑。 展开更多

关键词 暂堵压裂 真三轴大物模实验 裂缝扩展 预置裂缝 模拟射孔

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页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究 被引量：78

6

作者 张旭 蒋廷学 +2 位作者 贾长贵 张保平 周健 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期70-74,共5页

为了给彭水地区页岩气开发提供技术支持,进行了页岩储层水力压裂物理模拟试验研究,建立了一套页岩储层水力压裂大型物理模拟试验方法。利用声发射监测系统实时监测了页岩压裂裂缝的产生与扩展演化过程,观察了水力压裂裂缝形态,并探讨了... 为了给彭水地区页岩气开发提供技术支持,进行了页岩储层水力压裂物理模拟试验研究,建立了一套页岩储层水力压裂大型物理模拟试验方法。利用声发射监测系统实时监测了页岩压裂裂缝的产生与扩展演化过程,观察了水力压裂裂缝形态,并探讨了压裂液黏度、地应力差异系数、压裂液泵注排量等因素对水力裂缝形态及其扩展的影响。试验结果表明,随着压裂液黏度降低、地应力差异系数减小,水力裂缝沿着天然裂缝方向延伸,将原有天然裂缝沟通并形成网络裂缝。根据泵压曲线变化结果,提出在实际压裂施工过程中采用变排量的方式提高压裂改造体积,这可为页岩气压裂优化设计提供依据。 展开更多

关键词 页岩气 水力压裂 物理模拟 裂缝延伸

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煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验 被引量：33

7

作者 石欣雨 文国军 +1 位作者 白江浩 许新建 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1145-1151,共7页

探讨煤岩水压裂缝扩展规律是提高煤层气开采效率,降低开采安全风险及成本的重要课题。采用原煤试样,参照煤层气井水力压裂工程制定了"三轴向施加围压-顶部钻孔-下射流管注水"的煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验方案,根据实... 探讨煤岩水压裂缝扩展规律是提高煤层气开采效率,降低开采安全风险及成本的重要课题。采用原煤试样,参照煤层气井水力压裂工程制定了"三轴向施加围压-顶部钻孔-下射流管注水"的煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验方案,根据实验方案结合现有实验条件开展了煤岩水力压裂物理模拟实验及煤岩裂缝检测实验。实验结果表明:煤岩沿层理面方向裂缝的发育程度要高于垂直层理面方向的裂缝;煤岩水压裂缝扩展形式以注水孔壁原生横向裂缝扩展为主,纵向裂缝扩展为辅,且裂缝呈直线形、跳跃性扩展。同时,根据实验结果分析提出:实际煤储层水力压裂工程中,射流孔应尽量布置在井壁含有较多横向原生裂缝的位置,提高煤层气井水力压裂质量;对于井壁同时含有较多横向裂缝和纵向裂缝的储层,采用"控压"压裂方式提高造缝质量;对于厚储层,采用"分段-分压"压裂方式构造横纵交织的裂缝网,提高煤层气的开采效率;尽量避免在含较多纵向原生裂缝及较大断层的井壁位置布置射流孔,以免引起煤储层顶板、底板失稳破坏,造成安全事故。 展开更多

关键词 煤岩 水力压裂 裂缝扩展 物理模拟实验

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煤矿砂岩横向切槽真三轴定向水力压裂试验 被引量：16

8

作者 吴拥政 杨建威 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期927-935,共9页

为揭示煤矿基本顶细砂岩定向水力压裂裂缝起裂、扩展规律,在煤矿井下原位获取并加工成300 mm×300 mm×300 mm大尺寸细砂岩,在试样正中布置直径26 mm的压裂孔,采用专用切槽钻头垂直钻孔轴向预制长12 mm的三维楔形横槽,开展大型... 为揭示煤矿基本顶细砂岩定向水力压裂裂缝起裂、扩展规律,在煤矿井下原位获取并加工成300 mm×300 mm×300 mm大尺寸细砂岩,在试样正中布置直径26 mm的压裂孔,采用专用切槽钻头垂直钻孔轴向预制长12 mm的三维楔形横槽,开展大型真三轴定向水力压裂试验与高能工业CT扫描,研究了原生层理方向与水平应力差大小对水力裂缝起裂压力、扩展形态、水压-时间曲线、压裂体积的影响规律,并引入定向偏转距概念(预制切槽处裂缝沿其方向定向扩展不发生偏转的距离)来表征定向压裂效果。试验结果表明:预制横向切槽可驱使其附近裂缝沿着切槽定向起裂、扩展,裂缝形态分为单一横切型和复杂“H”型;水压-时间曲线根据裂纹扩展阶段的不同,分为平缓式波动型和断崖式跌落型。水平应力差对切槽处的裂缝定向偏转距影响程度大于层理方向。高水平应力差作用下切槽尖端应力集中程度更高,穿越层理面能力更强,裂缝从切槽尖端起裂后与层理交汇后不发生偏转,切槽定向效果较好;而低水平应力差作用下裂缝扩展时遇到层理易发生转向,切槽定向效果差。高水平应力差作用下裂缝定向偏转距为低水平应力差作用下的10倍,前者切槽可定向裂缝扩展至试样边界,后者切槽仅可控制其附近裂缝扩展方向,之后逐渐偏转至与最大水平主应力方向平行。层理平行切槽时,裂缝平均起裂压力、压裂体积是垂直切槽时的1.7倍;高水平应力差作用下裂缝平均起裂压力、压裂体积是低水平应力差作用下的1.3倍。层理效应在低水平应力差作用下明显,当切槽与层理方向一致时,切槽附近层理最易被激活并沿切槽定向扩展,裂缝宽度与形态复杂多样,反之,较难被激活,裂缝形态单一;而高水平应力差作用下不同方向的层理均能被激活,裂缝扩展充分,形成形态复杂多样的缝网。 展开更多

关键词 细砂岩 真三轴 横向切槽 定向水力压裂 裂缝扩展 定向偏转距

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煤层气直井真三轴水力波及压裂实验研究 被引量：2

9

作者 杨兆中 何睿 +3 位作者 李小刚 刘丹 王怡亭 王铭韬 《油气藏评价与开发》 CSCD 2017年第1期72-77,共6页

采用取自沁水盆地南部寺河矿的原生高阶煤块制作试样,利用真三轴压裂实验装置,研究了煤岩在不同地应力状态下水力波及压裂裂缝起裂及扩展规律。实验结果表明,水力波及压裂能够充分沟通煤岩天然裂隙,形成较为复杂的裂缝网络。水平主应力... 采用取自沁水盆地南部寺河矿的原生高阶煤块制作试样,利用真三轴压裂实验装置,研究了煤岩在不同地应力状态下水力波及压裂裂缝起裂及扩展规律。实验结果表明,水力波及压裂能够充分沟通煤岩天然裂隙,形成较为复杂的裂缝网络。水平主应力差越小,在应力干扰作用下越容易使地应力发生转向,使沟通面端割理更容易,形成的裂缝网络更为复杂。面端割理对裂缝起裂和扩展起主导作用,人工裂缝遇割理易发生转向并沿割理延伸。基质裂缝通常沿最大水平主应力方向起裂延伸,但由于先压裂缝及天然裂缝应力干扰作用,起裂方向可能与最大水平主应力呈一定夹角,这对形成缝网十分有利。井筒周围天然裂隙发育会使井筒出现多处起裂,破裂压力不明显,压裂曲线波动,且后起裂的井破裂压力相对较小。 展开更多

关键词 煤层气 水力波及压裂 真三轴 裂缝网络 割理

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致密储层缝内暂堵转向压裂裂缝扩展规律数值模拟 被引量：4

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作者 唐述凯 郭天魁 +1 位作者 王海洋 陈铭 《岩性油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期169-177,共9页

基于损伤力学理论,建立了储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型,将模型结果与室内真三轴水力压裂物理模拟实验结果进行了对比,验证了模型的准确性,并基于该模型探讨了压裂液黏度、排量、水平地应力差以及储层岩石非均质性对缝内暂堵... 基于损伤力学理论,建立了储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型,将模型结果与室内真三轴水力压裂物理模拟实验结果进行了对比,验证了模型的准确性,并基于该模型探讨了压裂液黏度、排量、水平地应力差以及储层岩石非均质性对缝内暂堵转向压裂效果的影响。研究结果表明:(1)储层渗流-应力-损伤耦合裂缝扩展数值模型是联合流体流动控制方程与岩石变形方程形成整体控制方程,通过在初始裂缝扩展路径上某一区域人为设置高强度的岩石物理力学参数和较小的储层渗透率值,实现缝内暂堵的模拟。(2)缝内暂堵转向压裂裂缝扩展模型数值模拟的分支缝数量、主裂缝面积、主裂缝延伸方向等与室内真三轴水力压裂物理模拟实验的结果基本一致,该模型可实现缝内暂堵后基质的破裂与新裂缝扩展模拟,对缝内暂堵转向压裂裂缝扩展情况也具有较好的模拟效果。(3)压裂液的黏度和排量越大,缝内暂堵转向压裂裂缝长度、改造面积及偏转角度均明显增大,且逐渐由单一裂缝向复杂裂缝转变。当水平地应力差小于7.5 MPa时,缝内暂堵转向压裂的效果较好;当水平地应力差为10~15 MPa时,压裂效果变差;当水平地应力差大于15 MPa时,裂缝几乎不偏转;储层非均质性会影响裂缝局部的扩展路径,但对裂缝总体扩展趋势影响甚微。 展开更多

关键词 致密储层 缝内暂堵转向压裂 裂缝扩展数值模型 真三轴水力压裂物理模拟 裂缝偏转 损伤力学 水平地应力差 非均质性

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真三轴应力下水化作用对深层页岩力学性质的影响——以四川盆地涪陵页岩气为例

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作者 赵金洲 于志豪 +5 位作者 任岚 林然 吴建发 宋毅 沈骋 孙映 《石油勘探与开发》 北大核心 2025年第3期704-714,共11页

以四川盆地涪陵页岩气田焦石坝区块页岩为研究对象,采用真三轴系统在深层页岩储层条件下开展页岩水化后的力学实验,获取高温高压真三轴应力下的应力-应变数据和力学参数,揭示水化温度、水化时间和水平应力差对页岩水化后力学强度的影响... 以四川盆地涪陵页岩气田焦石坝区块页岩为研究对象,采用真三轴系统在深层页岩储层条件下开展页岩水化后的力学实验,获取高温高压真三轴应力下的应力-应变数据和力学参数,揭示水化温度、水化时间和水平应力差对页岩水化后力学强度的影响规律,并利用非线性回归和插值方法构建页岩水化后力学强度预测模型及高应力差下深层页岩的力学强度图版。结果表明:①水化反应温度越高、水化时间越长、水平应力差越大,页岩水化后在压缩过程中越早进入屈服阶段,塑性特征越明显,页岩水化后的峰值强度、峰值应变、残余强度和弹性模量越小,泊松比越大。②水化时间越长,温度对深层页岩力学强度的影响越小;随水平应力差的增大,峰值强度和残余强度弱化程度加剧,峰值应变、弹性模量和泊松比劣化趋势减缓。③水化作用5 d内深层页岩力学强度下降明显,随水化时间进一步增加,深层页岩力学强度趋于稳定。④可视化图谱有助于深层页岩气压裂现场实时掌握储层压后动态,及时调整排采方案。 展开更多

关键词 深层页岩 水化作用 真三轴应力 力学强度 水力压裂

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花岗岩实时高温真三轴的水力压裂 被引量：3

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作者 马啸 王贵玲 +1 位作者 胡大伟 周辉 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期243-256,共14页

在干热岩资源开发中,水力压裂是提高热储层的渗透率与产热量的重要手段。然而,在高温高压环境下的水力压裂机理仍不清楚。本文在不同真三轴应力下对花岗岩进行了室温与200℃下的水力压裂试验,应用光学显微镜和核磁共振技术,表征了花岗... 在干热岩资源开发中,水力压裂是提高热储层的渗透率与产热量的重要手段。然而,在高温高压环境下的水力压裂机理仍不清楚。本文在不同真三轴应力下对花岗岩进行了室温与200℃下的水力压裂试验,应用光学显微镜和核磁共振技术,表征了花岗岩试样水力裂缝从微观至宏观的特征形态,揭示了不同温度下的水力压裂机理。试验结果表明,在相同应力条件下,相对于室温下水力压裂,200℃下水力压裂能显著降低破裂压力与起裂压力,200℃下压裂曲线增压阶段明显偏离线性。在20 MPa的水平应力差下,200℃下水力压裂会形成具有多尺度裂纹的云状裂缝,而不是与室温下水力压裂类似的单一主裂缝。此外,核磁共振结果显示,在200℃水力压裂后的花岗岩试样中,微尺度裂纹的增加会导致压裂体积增加,这是由200℃水力压裂下孔隙压力的扩散导致微裂纹而造成的。 展开更多

关键词 高温 水力压裂 真三轴应力 花岗岩 深部岩石力学 地热

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大斜度井水力压裂裂缝扩展模拟实验分析 被引量：16

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作者 侯冰 张儒鑫 +2 位作者 刁策 李良川 程谟骥 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期85-91,共7页

针对大斜度射孔井水力压裂中裂缝形态复杂,易造成压裂加砂难的问题,通过物理模拟实验研究了大斜度射孔井中水力裂缝的起裂、转向及扩展形态。研究表明,不同水平应力差条件下,井斜角、方位角和射孔相位角的变化会导致不同的水力裂缝形态... 针对大斜度射孔井水力压裂中裂缝形态复杂,易造成压裂加砂难的问题,通过物理模拟实验研究了大斜度射孔井中水力裂缝的起裂、转向及扩展形态。研究表明,不同水平应力差条件下,井斜角、方位角和射孔相位角的变化会导致不同的水力裂缝形态：当井斜角小于20°或大于80°、方位角小于30°、水平应力差大于3 MPa、射孔相位角为60°时,两翼裂缝平滑扩展,裂缝形态简单;当井斜角为40°~60°、方位角大于30°、水平应力差小于3 MPa、射孔相位角为90°时,裂缝的扭曲程度大,次级裂缝多,裂缝形态复杂。上述认识与冀东油田滩海403X1区块现场压裂统计结果相吻合,可为提高大斜度井压裂成功率提供参考。 展开更多

关键词 大斜度井 水力压裂 裂缝扩展 物理模拟实验

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煤岩水力压裂物理试验研究综述及展望 被引量：17

14

作者 李全贵 邓羿泽 +6 位作者 胡千庭 武晓斌 王晓光 姜志忠 刘乐 钱亚楠 宋明洋 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期62-72,共11页

水力压裂物理模拟是对压裂过程中裂隙演化及其动力学过程的近似再现,成为了煤岩压裂机理研究的重要手段。相似理论是现场原型与试验模型转换的理论基础,试验装置和相似材料是物理模拟试验的物质前提,监测方法及检测技术是评价水力压裂... 水力压裂物理模拟是对压裂过程中裂隙演化及其动力学过程的近似再现,成为了煤岩压裂机理研究的重要手段。相似理论是现场原型与试验模型转换的理论基础,试验装置和相似材料是物理模拟试验的物质前提,监测方法及检测技术是评价水力压裂致裂效果的关键部分,从以上3点对水力压裂物理试验的相似理论发展、试验材料和装置的演变、常用监测检测方法的特点和适用范围等方面进行了总结。分析认为:水力压裂的相似准则已经初步成形,但需要结合煤岩物理力学特性进一步修正,并利用数值模拟手段探究相似准则推导中忽略的次要因素影响程度,提高经验方程的可靠性与适用性;针对煤岩的多种物理力学性质,现阶段已得出许多相似材料的经验配比方程,但仍需要一套详尽的配比试验规范及大量试验尝试,提升试验的可重复性,以建立更具普适化的相似材料配比经验方程数据库;压裂装置正向着模拟条件更多、模拟范围更广、模拟尺度更大的多场耦合方向发展,压裂方法也随着工程应用逐渐多样化,但压裂装置三轴加载精度有待进一步提高,以保证高应力条件下压裂试验的有效进行,降低试验操作对最终结果的影响;监测方法与检测技术对水力压裂致裂效果的评价各有优势,相似材料对监测方法与检测技术的有效性与准确性也影响显著,如何依据试验需求确定适合的相似材料、合理地选择和结合监测方法与检测技术,是应对微细观结构研究需求的关键。 展开更多

关键词 煤岩水力压裂 物理模拟试验 相似原理 相似材料

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页岩储层压裂物理模拟技术进展及发展趋势 被引量：11

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作者 侯冰 张其星 陈勉 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期66-77,共12页

传统压裂物理模拟难以仿真深部储层高温高压、复杂地应力和工况环境,在模拟分段细分射孔工艺和实时监测裂缝扩展路径等方面存在一定挑战。系统调研了真三轴压裂物理模拟试验的试样制备、压裂井型和射孔组合、装置原理、相似准则和裂缝... 传统压裂物理模拟难以仿真深部储层高温高压、复杂地应力和工况环境,在模拟分段细分射孔工艺和实时监测裂缝扩展路径等方面存在一定挑战。系统调研了真三轴压裂物理模拟试验的试样制备、压裂井型和射孔组合、装置原理、相似准则和裂缝监测方式等,探究变排量、交替注液作用模式,穿层压裂缝高延伸机制,缝群压裂竞争扩展和暂堵转向模式;研究厘清了变排量和交替注液在提升缝网改造规模上的差异性,归纳了层状页岩储层水力裂缝缝高穿层主控因素排序,揭示了密切割多段多簇施工模式下裂缝群竞争扩展下的非平面、非对称和非均衡等扩展特征,总结了暂堵后裂缝转向扩展形态,指出“井工厂”立体压裂物理模拟、智能化和数字化为未来研究趋势。采取调整压裂时机、改变射孔参数和优化压裂液性能等措施可以有效控制裂缝扩展路径,能大幅度开启多尺度弱面,增大页岩储层压裂造缝规模。研究结果对深层和超深层页岩储层优化压裂施工参数、提升压裂改造效果具有一定的借鉴作用。 展开更多

关键词 真三轴物理模拟 试样制备 裂缝监测 缝网压裂 缝群压裂

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煤岩水力压裂起裂压力和裂缝扩展机制实验研究 被引量：18

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作者 张帆 马耕 +1 位作者 刘晓 冯丹 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期84-89,共6页

为了研究煤岩水力压裂的起裂压力和水力压裂裂缝扩展规律,采用型煤试样,利用自主研发的水力压裂实验系统,参照现场压裂施工制定了"施加三向应力–顶部注水"的煤岩水力压裂物理模拟实验方案并开展了水力压裂实验,分析了不同条... 为了研究煤岩水力压裂的起裂压力和水力压裂裂缝扩展规律,采用型煤试样,利用自主研发的水力压裂实验系统,参照现场压裂施工制定了"施加三向应力–顶部注水"的煤岩水力压裂物理模拟实验方案并开展了水力压裂实验,分析了不同条件下泵注压力和水力压裂裂缝。实验结果表明:压裂液泵注排量越大,起裂压力越大。三向应力满足最大水平主应力σH>垂向应力σv>最小水平主应力σh,水力压裂裂缝沿着垂直于σh的方向扩展。σv和σh一定,随着σH的增大,煤岩起裂压力先增大后减小,水力压裂裂缝扩展路径越平直。当σH远大于σv和σh时,水力压裂裂缝扩展路径越复杂,分叉缝角度越大。研究结果可为煤岩水力压裂理论的完善提供一定的参考和借鉴。 展开更多

关键词 煤岩 真三轴 水力压裂 起裂压力 裂缝扩展 物理模拟

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煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究 被引量：29

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作者 姜婷婷 张建华 黄刚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3677-3684,共8页

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明:水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等... 通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明:水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。 展开更多

关键词 真三轴试验 水力压裂 网状裂缝 层理 裂缝扩展

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地应力对破裂压力和水力裂缝影响的试验研究 被引量：24

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作者 马耕 张帆 +2 位作者 刘晓 冯丹 张鹏伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S2期216-222,共7页

为研究水力压裂时地应力对破裂压力和水力裂缝的影响规律,采用水力压裂试验系统,以相似材料作为研究对象,进行了水力压裂物理模拟试验,并借助煤岩断面三维扫描系统、位移计提取了水力裂缝信息。试验结果表明,随着主应力差的增大,破裂压... 为研究水力压裂时地应力对破裂压力和水力裂缝的影响规律,采用水力压裂试验系统,以相似材料作为研究对象,进行了水力压裂物理模拟试验,并借助煤岩断面三维扫描系统、位移计提取了水力裂缝信息。试验结果表明,随着主应力差的增大,破裂压力逐渐降低,破裂时间也逐渐缩短;随着主应力差的增大,破裂面的表面积逐渐增加,破裂面变得逐渐粗糙;围压相近时水力裂缝易出现转向、分叉,压裂液的动力效应越明显;水力裂缝张开度随着主应力差的增大而逐渐减小。研究结果可为水力压裂试验的进一步研究、裂缝网络系统的建立提供参考。 展开更多

关键词 地应力 水力压裂 破裂压力 水力裂缝 物理模拟 三维扫描

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深煤层水力波及压裂技术及其在沁南地区的应用 被引量：18

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作者 叶建平 杨兆中 +2 位作者 夏日桂 张健 李小刚 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期35-45,共11页

为提高深部煤层的煤层气产能,针对其地质特征提出了在深煤层实施多口直井同步水力波及压裂的技术思路。首先基于边界元位移不连续法建立了多裂缝诱导应力数学模型,模拟深煤层诱导应力场分布,分析水力波及压裂复杂缝网形成的可能性,然后... 为提高深部煤层的煤层气产能,针对其地质特征提出了在深煤层实施多口直井同步水力波及压裂的技术思路。首先基于边界元位移不连续法建立了多裂缝诱导应力数学模型,模拟深煤层诱导应力场分布,分析水力波及压裂复杂缝网形成的可能性,然后采用离散元方法研究应力干扰的裂缝网络延伸情况及其影响因素,最后通过三轴压裂实验和现场应用效果验证了其可行性。结果表明:(1)水力波及压裂技术能增大应力干扰面积和应力干扰强度,促使水平主应力差的减小甚至诱导局部区域的地应力方向发生改变,有利于沟通煤岩中发育的面、端割理,从而形成大规模高效复杂的裂缝网络;(2)水力波及压裂有利于复杂缝网形成的条件包括较小的初始水平主应力差、低泊松比、较小井距、低压裂液黏度、高缝内净压力等;(3)真三轴物理模拟实验结果显示,水力波及压裂技术能够充分沟通煤岩天然裂隙,形成由人工裂缝、面割理和端割理组成的复杂裂缝网络。进而提出了一套深煤层多井同步水力波及压裂工艺优化设计方法,在沁水盆地南部柿庄北地区深煤层选取了5口直井进行先导性试验,裂缝监测及排采数据表明,水力波及压裂井产生的波及体积较大,裂缝网络复杂;较之于常规压裂井,水力波及压裂井不仅见气更早,产量、套压较高且稳定,而且所形成的区域压力降波及邻井,可大幅增加实施井及邻井产量。 展开更多

关键词 沁水盆地 深煤层 煤层气 水力波及压裂 应力干扰 裂缝网络 离散元 真三轴 邻井产量

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泵流量对纵向切槽水力压裂裂缝偏转距的影响 被引量：8

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作者 林健 徐成 杨建威 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2804-2812,共9页

水力压裂技术近年来越来越多地被应用于强烈动压巷道的卸压工程中,水力压裂卸压的核心是如何人为控制水力裂缝的开裂、扩展方向及路径。将裂缝起裂点与裂缝扩展路径上与切槽方向呈1/2切槽角度的点之间的连线长度定义为裂缝偏转距,并作... 水力压裂技术近年来越来越多地被应用于强烈动压巷道的卸压工程中,水力压裂卸压的核心是如何人为控制水力裂缝的开裂、扩展方向及路径。将裂缝起裂点与裂缝扩展路径上与切槽方向呈1/2切槽角度的点之间的连线长度定义为裂缝偏转距,并作为试验重点考察指标。采用真三轴物理试验的方法,对尺寸为300 mm×300 mm×300 mm的预留钻孔和纵向切槽水泥试块水力压裂过程中不同泵流量对裂缝偏转距的影响规律进行了详细研究。研究结果表明:纵向切槽水力压裂裂缝首先沿切槽方向起裂,在扩展的过程中逐渐转向最大主应力方向;裂缝呈S型非对称形态,裂缝较为单一,无复杂微裂隙产生,裂缝在横向扩展的同时沿纵向扩展且扩展过程中无较大偏转。压裂过程明显呈现3个阶段性特征:初次起裂阶段、裂缝持续扩展阶段和裂隙贯通阶段;随着泵流量的增加,起裂压力略有增高,压裂时间明显缩短。在水平应力比为1.5条件下,泵流量由0.5 mL/s增加到1.0 mL/s,裂缝偏转距增加了54.9%;泵流量由1.0 mL/s增加到1.5 mL/s,裂缝偏转距增加了16.7%;随着泵流量的增加,裂缝偏转距明显增大,增大趋势呈半抛物线特征。水平应力比为2.0条件下,泵流量由1.0 mL/s增加到1.5 mL/s,裂缝偏转距增加了30.6%;泵流量由1.5 mL/s增加到5.0 mL/s,裂缝偏转距增加了67.9%;与应力比为1.5相比,相同泵流量条件下裂缝偏转距明显减小。试验采用真三轴试验方法仅能对小尺寸试块进行物理模型试验,下一步将选取合适的数值计算方法,进一步开展大尺度岩层水力压裂效果试验研究。 展开更多

关键词 泵流量 裂缝偏转距 水力压裂 纵向切槽 真三轴试验

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