论文题目: 表面活性剂压裂液机理、压裂设计及评估技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 油气田开发工程
作者: 李曙光
导师: 赵金洲,刘富
关键词: 水力压裂,表面活性剂,压裂液,压裂设计,压裂评估
文献来源: 西南石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 本文在系统分析和深入调研国内外研究现状基础上,综合应用表面化学、流变学、流体力学、线弹性断裂力学、传热学、微分方程、最优化理论、计算数学等方面的知识,在表面活性剂压裂液机理、压裂优化设计、压裂分析评估三个方面开展研究工作,取得了以下主要研究成果: ①用透射电镜和扫描电镜等多种实验手段,结合表面活性剂溶液的基础理论,通过对表面活性剂内外在宏观与微观关联性质的分析,研究并认清了表面活性剂压裂液的成胶机理和破胶机理。 ②论证了表面活性剂压裂液以弹性携砂为主的机理,并提出了用悬浮切力指标来表征表面活性剂压裂液携砂性能的方法。 ③研究了压裂设计模型和方法,包括裂缝三维延伸模型、支撑剂运移分布模型、温度场的数值模型、压裂参数优化设计方法等。其中,建立的裂缝三维延伸新模型考虑了地层的多层和非均质特征,能模拟任意多层地层厚度、地应力和岩石力学参数(如泊松比、弹性模量、断裂韧性)变化的影响,适用于各种应力分布模式以及裂缝穿层前后的延伸情况。 ④完善了压裂优化设计的思想,即从实际地层条件出发,以最佳的压裂效果为目标,通过不断自动调整各段压裂液体积、施工排量、地面加砂浓度、支撑剂类型等施工参数,设计出既能得到最佳压裂效果又不发生砂堵的最优施工方案。 ⑤根据压裂井的流动机制,综合考虑变流量退液过程、井筒储存、裂缝壁面污染和多种边界条件等因素,建立了压裂退液阶段的地层与裂缝系统渗流数学模型,提出了渗流数学模型的解法。其中,对变流量问题的解决方法既提高了计算结果的精确度,也使计算速度提高了1000倍以上,可满足实时计算和快速响应的解释要求。 ⑥提出了压裂退液反演参数的自动拟合法,即综合应用逐步线性最小二乘法和约束变尺度法的数值计算方法。 ⑦遵循以数据为中心、可视化操作为主体的原则,研制了压裂优化设计软件和压裂退液反演裂缝参数软件,具有功能强、操作方便、算法稳定可靠、运行速度快、界面友好,结果合理、商品化程度高等特点。应用软件进行了大量的文献对比、理论验证和实例分析,说明了软件的可靠性和适用性,表明软件能满足实际问题的需要。 ⑧研究的表面活性剂压裂液在水敏性较强、地层压力系数低的石南21井区(陆梁)、石南4井区、莫北区块现场应用38井次,应用情况表明,表面活性剂压裂液性能稳定,操作方便,携砂能力强,增产效果良好,对地层的保护作用表现显著,特别适合于低压低渗油气井使用。2003年三区块累计增油60917吨,创利润58635810元,投入产出比
论文目录:
摘要
英文摘要
1 引言
1．1 研究的目的及意义
1．2 国内外研究现状
1．3 研究目标及内容
1．4 主要研究成果及创新点
2 表面活性剂压裂液机理
2．1 表面活性剂结构特征
2．2 表面活性剂的分类
2．3 表面活性剂胶束的形成
2．3．1 胶束的结构
2．3．2 胶束形成机理
2．4 表面活性剂压裂液成胶破胶机理
2．4．1 表面活性剂优选
2．4．2 表面张力与临界胶束浓度
2．4．3 表活剂分子聚集体的大小和质量
2．4．4 表活剂分子聚集体的电性
2．4．5 表活剂聚集体的微观形态
2．4．6 表活剂聚集体形成的热力学分析
2．4．7 表活剂压裂液的成胶与破胶机理
3 表面活性剂压裂液配方设计及性能评价
3．1 表面活性剂压裂液配方设计
3．2 表面活性剂压裂液的流变性
3．2．1 剪切稳定性
3．2．2 时间稳定性
3．2．3 流变方程
3．2．4 粘弹性
3．3 表面活性剂压裂液的其它性能评价
3．3．1 表活剂压裂液的携砂性表征
3．3．2 表面活性剂压裂液的滤失性能
3．3．3 岩芯伤害实验
3．3．4 压裂液破胶实验
3．3．5 表面活性剂压裂液摩阻
3．3．6 表面活性剂压裂液基本性能综述
4 压裂设计模型和方法
4．1 裂缝三维延伸模型
4．1．1 裂缝三维延伸模型的建立
4．1．2 裂缝三维延伸模型的求解
4．2 支撑剂的运移分布模型
4．2．1 支撑剂颗粒的自由沉降速度
4．2．2 支撑剂颗粒在裂缝中的沉降速度
4．2．3 支撑剂在裂缝中的运移与分布
4．3 温度场的数值计算模型
4．3．1 井筒温度场模型
4．3．2 裂缝温度场模型
4．3．3 流变参数及滤失系数的确定方法
4．4 优化设计方法
4．4．1 施工参数的选择
4．4．2 优化设计原则
4．4．3 优化设计计算步骤
5 压裂退液过程分析及反演裂缝参数
5．1 压裂退液过程的模型及解法
5．1．1 基本模型
5．1．2 考虑井筒储存及裂缝壁面污染的模型
5．1．3 考虑变流量的模型
5．1．4 模型的数值计算方法
5．2 压裂退液过程的参数反演方法
5．2．1 特征直线法
5．2．2 图版拟合法
5．2．3 自动拟合法
6 软件研制与应用
6．1 软件研制及分析
6．2 现场应用及效果分析
7 结论与建议
博士期间取得的与本论文有关的研究成果
致谢
参考文献
发布时间: 2006-01-11
参考文献
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