径向井高能气体压裂裂缝扩展规律研究

发布时间：2021-08-22 07:15

　　在径向井完井之后,仅靠几个径向钻孔沟通油藏,导致油气井产量未达到增长预期。所以通过高能气体压裂方法对径向井进行改造便成为一种可行的选择。本文基于固体力学和岩石力学理论,结合JWL状态方程、SPH粒子法和cohesive单元理论,建立了径向井高能气体压裂模型,通过模拟研究了弹性模量、泊松比、水平主应力差、径向井直径和径向井方位角对裂缝起裂的影响;基于cohesive粘结单元损伤特性,通过预置cohesive裂缝单元,研究了水平主应力差、径向井直径、弹性模量、泊松比、装药量和起爆点数量对裂缝扩展的影响。研究结果表明:弹性模量、径向井方位角与起裂压力呈正比,泊松比、径向井直径、水平主应力差与起裂压力呈反比。在扩展阶段,弹性模量越大,裂缝的长度越大,高度越小;泊松比的变化对裂缝长和高影响不是很明显;由最大水平主应力改变而引起的水平主应力差越大,裂缝的长度越短,高度所受影响不大;由最小水平主应力改变而引起的水平主应力差越大,对裂缝的长度影响不大,裂缝高度越高;径向井直径越大,裂缝长度和高度均越小;压裂药的装药量越大,裂缝越长越高;设置压裂药多个起爆点进行模拟,结果发现增加燃爆点位只对裂缝高度影响... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

技术路线图

西安石油大学硕士学位论文11第二章高能气体压裂理论基础了解和掌握高能气体压裂机理是研究其压裂理论的基础，分析其井筒周围应力分布主要考虑爆炸产生的冲击波和应力集中现象的影响。高能气体压裂主要有起裂和扩展两个阶段，起裂阶段利用JWL状态方程模拟压裂药起爆释放能量的过程，并通过SPH粒子化方法精确模拟产生的冲击波对岩石的冲击效应。扩展阶段结合固体力学、岩石力学、cohesive单元等理论对裂缝扩展过程进行计算模拟。2.1高能气体压裂原理及分析高能气体压裂从上世纪七十年代开始兴起，又被成为燃爆压裂，它和目前主流的水力压裂有明显的区别。图2-1三种压裂形式的p-t曲线图由上图可以看出，相比爆炸压裂，高能气体压裂作用时间更长，峰值压力较高，压力降低速度较慢，所以会形成更长的裂缝和缝网。而水力压裂的作用时间过长，加载速率较低，形成的裂缝条数也有限，只能形成为数不多的裂缝，不能有效的形成缝网。2.1.1高能气体压裂作用机理井筒中的高能气体压裂药一旦被点燃，便可以在极短的时间内快速燃烧产生巨量的高温高压气体，这些高压燃气对井壁岩石施加作用导致裂缝起裂，其机理主要包括机械作用、热作用、化学作用和冲击波脉冲作用：（1）机械作用：燃爆产生大量的高温高压燃气迅速聚集导致井筒内压力骤然升高，当井筒内压力一直增大到大于岩石的破裂压力后，井壁岩石开裂形成多条裂缝，而且这些裂缝可以自行支撑，有效的增大了地层裂缝之间的连通性并解除了近井地带的污染堵

?嘎剩?龃罅丝紫抖取?（3）化学作用：火药燃烧的产物中包含大量的CO、CO2、HCI和N2等气体，其中HCI气体在地层中可以溶于水产生具有一定腐蚀性的酸溶液，在高温的加持下酸液能有效酸化地层从而提高近井地带的渗透率，由于三种气体易溶于原油，所以可以降低油水界面张力以方便采出。（4）脉冲作用：在高能气体压裂过程中火药在密闭空间内燃爆会产生大量的冲击波，这些冲击波在地层中可以反射叠加使其能量更大并对地层产生震荡效果，会把地层中的水和堵塞孔道的碎屑排出，这对近井地带的解堵和减小渗流阻力具有良好的效果。图2-2高能气体压裂裂缝特点经过几十年的发展，高能气体压裂主要的压裂技术有以下几种：（1）裸眼井用燃爆压裂弹这种压裂弹由炸药段和火药段组成，其作用原理是炸药段引爆后，由于聚能射流的作用，使井壁岩石在垂直方向上裂开，其裂开位置与聚能罩对应。然后由炸药段燃爆产生的热量来引燃火药段，火药段燃烧大量产生的高压燃气迅速涌入已经被炸药炸开的裂缝内，促使裂缝的延伸扩展。这种压裂弹影响裂缝长度的因素主要有：炸药性能参数、炸高、药形罩的形状及材质和装药结构。（2）金属外壳压力发生器金属外壳压力发生器主要由金属外壳、装药结构和点火系统构成。它最大的优点是金属外壳可以重复使用，所以平均每次的费用低，且不会给井下留残物，施工是可以根据每口井的情况改变火药属性、装药结构和点火系统。（3）无壳压力发生器高能气体压裂目前已经是较为广泛的压裂增产技术之一，其中无壳弹应用相对于有壳弹更多，它的优点主要有：整体重量相对较轻且现场施工较为方便；装药量大释放能量多、压裂作用时间较长，所以可以获得更好的地层压裂效果；无壳弹装配简单，弹体


本文编号：3357274