特低渗透油藏水力压裂中的若干计算与裂缝扩展分析

论文摘要

水力压裂是油田开发中最为常用的增产措施,对于油田的增产稳产意义重大。水力压裂工艺的研究水平的高低,直接影响到油气开采的效率。水力压裂是一种复杂的增产技术,对其的研究需要考虑到诸多因素才能更加符合实际,更好地指导施工。目前国内外提出了许多关于水力压裂裂缝扩展的拟三维模型和全三维模型,相对于曾经广泛采用的二维模型已有了很大的进步。但存在的问题是,当不可忽略裂缝在缝高方向扩展时,没有考虑流体沿缝高方向流动的拟三维模型将不再适用。另外,全三维模型还不成熟,尚处于研究阶段。本文在总结前人研究的基础上,同时考虑了目前裂缝扩展模型所存在的局限,主要进行了以下几方面的研究:(1)考虑地质构造、地层埋藏深度以及油田开发活动等因素对地应力的影响,详细分析了三维分层地应力的计算方法;在考虑地应力、压裂液压力以及压裂液滤失等因素的影响下,给出了井筒附近应力场的计算公式。(2)水力压裂的裂缝形态判断是水力压裂施工前需要进行的重要工作,直接关系到增产效果。论文在分析造缝条件及破裂压力的基础上,首次提出了用模糊判断和精确判断的方法进行裂缝形态判断,得出了用来判断压裂之后产生垂直裂缝还是水平裂缝的两种方法。(3)根据盖、底层的应力分布,分应力均匀且对称分布和应力均匀但非对称分布两种情形,详细分析了考虑压裂液一维流动的裂缝拟三维扩展模型及其数值求解方法,得出了裂缝的三维几何尺寸及随泵注时间扩展的规律。(4)在盖、底层应力均匀且对称分布的情形下,详细分析了考虑压裂液二维流动的裂缝拟三维扩展模型,并给出了详细的数值求解方法,得出了裂缝的三维几何尺寸及扩展预定缝长所需的泵注时间。(5)利用Visual Basic编程语言和Fortran语言编制了工程应用软件,实现了对分层地应力及井筒附近应力场、压裂裂缝形态判断、裂缝的拟三维扩展等水力压裂相关问题的分析计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 三维分层地应力计算与井筒附近应力场分析
• 2.1 影响油田地应力变化因素
• 2.1.1 地质构造对地应力的影响
• 2.1.2 地层埋藏深度对地应力的影响
• 2.1.3 油田开发活动对地应力的影响
• 2.2 三维分层地应力模型的建立与井眼岩石破裂准则
• 2.2.1 分层地应力模型假设条件
• 2.2.2 各应力分量及表达式
• 2.2.3 应力分量的合成
• 2.2.4 地层最大水平构造应力的确定
• 2.3 井筒附近应力场分析
• 第三章 裂缝形态的模糊判断与精确判断
• 3.1 地应力与裂缝形态
• 3.2 造缝条件及破裂压力
• 3.2.1 形成垂直裂缝
• 3.2.2 形成水平裂缝
• 3.3 裂缝形态的判断
• 3.3.1 模糊判断
• 3.3.2 精确判断
• 第四章 考虑压裂液一维流动的拟三维模型
• 4.1 拟三维模型的基本描述与假设
• 4.2 拟三维模型的理论与主体方程
• 4.2.1 连续性方程
• 4.2.2 压降方程
• 4.2.3 裂缝动态宽度方程
• 4.2.4 裂缝高度控制方程
• 4.3 拟三维模型的数值解
• 4.3.1 建立缝高与缝长的关系方程
• 4.3.2 裂缝中心最大缝宽的计算
• 4.3.3 缝高与缝长关系方程的求解
• 4.3.4 计算滤失量与裂缝扩展时间
• 4.3.5 拟合缝长时间曲线
• 4.3.6 流量分布拟合
• 第五章 考虑压裂液二维流动的拟三维模型
• 5.1 模型的理论基础
• 5.1.1 裂缝宽度和应力强度因子
• 5.1.2 考虑缝内流体二维流动时椭圆形裂缝中的压力
• 5.1.3 裂缝扩展时间和滤失体积的计算
• 5.1.4 关于非牛顿流体的等效粘度问题
• 5.2 模型的数值解
• 5.2.1 净压力的求解
• 5.2.2 缝内流体二维流动的分析
• 5.2.3 迭代求解
• 第六章 水力压裂相关计算与裂缝扩展分析软件的开发
• 6.1 软件开发与运行环境
• 6.2 软件的功能及实例演示
• 6.2.1 软件的功能
• 6.2.2 实例演示
• 6.3 软件特点
• 结论
• 参考文献
• 附录A 考虑一维流动的拟三维模型数值求解相关算法理论
• 附录B 椭圆形裂缝的宽度方程及有关参数之间的关系
• 附录C 关于流体流动方程的解答
• 附录D 关于雅可比椭圆函数
• 附录E 考虑二维流动的拟三维模型数值求解相关算法理论
• 附录F 非牛顿流体的等效粘度计算
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢