裂缝性致密砂岩气藏压裂液滤失特征与模型研究

发布时间：2018-08-14 16:35

【摘要】：致密砂岩气是非常规天然气勘探开发的重点,水力压裂是其经济开发的关键技术。裂缝性致密砂岩气藏是致密砂岩气藏的重要组成部分。天然裂缝的存在提高了天然气渗流能力,但同时天然裂缝中的压裂液大量滤失,使得水力裂缝缝宽变窄,加砂困难,又成为开发过程中水力压裂的突出问题。现有裂缝性储层压裂液滤失理论对天然裂缝压裂液滤失规律的研究不够系统和深入。因此,本论文以天然裂缝压裂液滤失规律为重点,紧密围绕裂缝性致密砂岩气藏的压裂液滤失开展了相关研究。以国内外典型裂缝性致密砂岩气藏储层特征为出发点,根据压裂施工中的压力响应,分析了压裂液滤失。在此基础上以压裂过程中天然裂缝是否张开为标准,提出了该类储层滤失介质的分类：当天然裂缝未张开时,滤失介质为未张开天然裂缝和基质两种；当地层中部分天然裂缝张开后,滤失介质变为张开天然裂缝、未张开天然裂缝和基质三种。其中,张开天然裂缝是造成该类储层压裂液大量滤失的主因。开展了天然裂缝张开判别研究,基于位移不连续理论,建立了水力裂缝诱导应力场模型。以此为基础考虑原地应力和诱导应力,建立了张开天然裂缝滤失介质形成力学判别模型。分析了净压力和泊松比等参数对诱导应力和天然裂缝张开的影响。对压裂液在张开天然裂缝中的流动,开展了流动关键参数的表征方法研究。研究了天然裂缝面粗糙性、滤饼和裂缝变形对开度的影响,建立了裂缝开度与分形维数、裂缝壁面压裂液综合滤失系数和裂缝法向刚度等参数之间的关系,提出了天然裂缝开度的表征方法；研究了剪切速率和温度对压裂液表观黏度的影响,建立了压裂液表观黏度与流态指数、温度和活化能等参数之间的关系,提出了压裂液表观黏度的表征方法。针对张开天然裂缝压裂液滤失,压裂液在其中的流动已经超越了渗流范畴,因此结合裂缝介质流体流动基本方程和提出的关键参数表征方程,建立了张开天然裂缝压裂液滤失模型；针对未张开天然裂缝,将其与基质结合组成双重介质,利用双重介质渗流模型描述其压裂液滤失。将不同裂缝介质滤失模型组合应用,形成了描述裂缝性致密砂岩气藏天然裂缝张开前后滤失特征的压裂液滤失模型。模拟分析了天然裂缝性质、压裂液性质和流动压差等因素对压裂液滤失的影响,明确了该类储层压裂液滤失的控制因素。针对水力裂缝动态扩展条件下的压裂液滤失,考虑张开天然裂缝与水力裂缝间的流体交换,以二维水力裂缝扩展模型为基础,结合天然裂缝张开力学判别模型和张开天然裂缝压裂液滤失模型,建立了耦合水力裂缝扩展的压裂液滤失模型。针对这一非线性多域耦合模型,提出了模型的半解析求解方法,成功实现了对模型的求解。模拟分析了原地水平主应力差和施工排量等因素对压裂液滤失的影响。本论文的研究成果,发展和完善了裂缝性储层压裂液滤失理论,对该类储层的压裂优化设计具有一定的指导意义。
[Abstract]:Fractured tight sandstone gas reservoir is an important part of tight sandstone gas reservoir. The existence of natural fractures improves the permeability of natural gas, but the fracturing fluid in natural fractures leaks a lot, which makes the fracture width of hydraulic fractures wide. The existing fracturing fluid loss theory of fractured reservoirs is not systematic enough to study the law of fracturing fluid loss of natural fractures. Therefore, this paper focuses on the law of fracturing fluid loss of natural fractures, closely around the fractured tight sandstone gas reservoirs. Based on the characteristics of typical fractured tight sandstone gas reservoirs at home and abroad and the pressure response during fracturing operation, the fracturing fluid loss is analyzed. There are two kinds of filtrate media: unopened natural fracture and matrix; when part of natural fracture is opened in the formation, the filtrate media becomes unopened natural fracture and unopened natural fracture and matrix. Based on the discontinuity theory, the induced stress field model of hydraulic fracture is established. Considering the in-situ stress and induced stress, a mechanical discriminant model for the formation of filter media with open natural fractures is established. The relationship between fracture openness and fractal dimension, the comprehensive filtration coefficient of fracturing fluid on fracture wall and the normal stiffness of fracture is established, and the characterization method of natural fracture openness is put forward. The influence of shear rate and temperature on the apparent viscosity of fracturing fluid is studied. The relationship between the apparent viscosity of fracturing fluid and the parameters such as flow regime index, temperature and activation energy is established. A method for characterizing the apparent viscosity of fracturing fluid is proposed. Combining with the basic equation of fluid flow in fractured media and the key parameter characterization equation, a fracturing fluid loss model for open natural fractures is established. A fracturing fluid filtration model describing the filtration characteristics of natural fractures in fractured tight sandstone gas reservoirs before and after opening is developed. Based on the two-dimensional hydraulic fracture propagation model, combining with the natural fracture opening mechanics discriminant model and the open natural fracture fracturing fluid filtration model, a fracturing fluid filtration model coupled with hydraulic fracture propagation is established. A semi-analytical method is proposed to solve the model successfully. The effects of in-situ horizontal principal stress difference and construction displacement on fracturing fluid filtration are simulated and analyzed. The research results of this paper have developed and improved the fracturing fluid filtration theory of fractured reservoirs, and have a certain degree of fracturing optimization design for such reservoirs. Guiding significance.
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE377

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本文编号：2183462