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低渗透油藏水力压裂研究
作 者: 韩培锋
导 师: 刘建军;何翔
学 校: 武汉工业学院
专 业: 岩土工程
关键词: 低渗透油藏 水力压裂 流-固耦合 裂纹开裂 数值模拟
分类号: P618.13
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 62次
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内容摘要
随着我国经济的快速发展和社会的不断进步,能源问题将会成为制约我国经济和社会快速发展的一个瓶颈,低渗透油藏的开发将会成为我国解决石油危机的一个重要方面。水力压裂技术作为提高低渗透油藏采收效果的一种重要的手段,在低渗透油藏开采中使用非常的广泛。但是这些低渗透油藏大部分是“三低”油藏(储量丰度低、渗透率低、油井产能低),这些油田主要由受岩性因素影响很大的复合性油藏构成,储油砂体多呈比较零散的窄条带状,横向岩性变化很大,渗透率很低,油水关系错综复杂,现有的水力压裂技术在应用过程中出现了各种问题,因此研究低渗透油藏的水力压力过程中出现的各种问题就迫在眉睫。本文基于流-固耦合理论,结合渗流力学、弹塑性力学及岩石断裂、损伤力学研究了射孔参数变化、薄弱层窜层、天然裂纹和断层等几种主要影响低渗透油藏水力压裂效果的因素,通过理论分析和数值模拟计算后发现:(1)水力压裂中射孔方位角度的变化将会影响水力压裂的裂纹开裂的应力和位移;(2)水力压裂水泥环套管与岩层接触处是薄弱面,在该接触处的应力和位移产生应力奇异的现象,导致压裂液的窜层大部分发生在该处;(3)低渗透油藏中原生裂纹会影响水力压裂主裂纹的开裂和扩展,原生裂纹数量越多,则主裂纹的应力和位移将会越小;(4)当多油层同时注水压裂时,各油层裂纹的起裂和扩展将会相互影响,且隔层厚度越小,则影响越大,并且中间裂纹受到两边裂纹的影响十分明显;(5)低渗透油层中断层将会影响水力压裂的效果,断层倾斜角的改变将会影响水力压裂的速度和压力,在断层附近压裂流体的流速急剧变化,倾斜角越小,断层附近的流速也越小,而断层附近的压力梯度变化则越大。根据以上的研究结果,可以为低渗透油层的水力压裂的压裂参数提供理论依据。
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全文目录
摘要 4-5ABSTRACT 5-10第1章 绪论 10-18 1.1 课题研究背景及意义 10-12 1.2 低渗透油藏水力压裂技术国内外研究现状 12-15 1.3 本文主要研究内容 15-16 1.4 采取的技术路线 16 1.5 本章小结 16-18第2章 水力压裂压力界限与压裂液损失机理研究 18-23 2.1 引言 18 2.2 影响水力压裂限度与压裂液损失的地质因素 18-21 2.2.1 油层岩石闭合压力对水力压裂压力的影响 18-19 2.2.2 储油地层的非均质性对压裂压力和压裂液损失的影响 19-20 2.2.3 油层原生裂隙和断层对压裂压力和压裂液损失的影响 20 2.2.4 储油层薄弱层对水力压裂压力和压裂液损失的影响 20-21 2.3 影响水力压裂限度与压裂液损失的工程因素 21-22 2.3.1 压裂井固井质量对水力压裂压力和压裂液损失的影响 21-22 2.3.2 射孔方位及数量对水力压裂压力和压裂液损失的影响 22 2.4 本章小结 22-23第3章 基于流固耦合的水力压裂数值模拟理论 23-34 3.1 引言 23 3.2 流体渗流方程 23-24 3.3 岩石应力耦合变形方程 24-26 3.3.1 岩石应力平衡方程 24 3.3.2 岩石应力几何方程 24-25 3.3.3 岩石应力物理方程 25-26 3.4 岩石破裂的断裂力学基本原理 26-28 3.4.1 应力强度因子 26-27 3.4.2 水力压裂过程中岩石的破裂准则 27-28 3.5 水力压裂过程中压降方程 28-31 3.6 水力压裂过程中的流固耦合方程及求解 31-33 3.6.1 流固耦合模型的建立 31-32 3.6.2 流固耦合方程的定解条件 32 3.6.3 流固耦合方程的有限元求解 32-33 3.7 本章小结 33-34第4章 基于流固耦合的水力压裂数值模拟研究 34-82 4.1 射孔方位角对水力压裂起裂压力与裂纹扩展的影响 34-44 4.1.1 模型的建立 34-37 4.1.2 岩石开裂位移数值模拟结果 37-41 4.1.3 射孔周围岩石应力数值模拟结果 41-44 4.2 薄弱层窜层对水力压裂影响的数值模拟研究 44-51 4.2.1 第二胶结面受力分析 45-46 4.2.2 模型的建立 46-47 4.2.3 不同注水孔数时第二胶结面处位移数值模拟结果 47-49 4.2.4 不同厚度隔层第二胶结面处位移数值模拟结果 49-51 4.3 天然裂纹对水力压裂主裂缝裂纹扩展的数值模拟研究 51-61 4.3.1 模型的建立 51-52 4.3.2 天然裂纹数量对水力压裂裂纹位移影响的数值模拟结果 52-55 4.3.3 天然裂纹数量对水力压裂裂纹应力影响的数值模拟结果 55-61 4.4 多条裂纹间相互干扰的数值模拟研究 61-72 4.4.1 模型的建立 61-62 4.4.2 不同隔层厚度对裂纹位移影响的数值模拟结果 62-67 4.4.3 不同隔层厚度对裂纹应力影响的数值模拟结果 67-72 4.5 天然断层对水力压裂影响的数值模拟研究 72-81 4.5.1 断层地质模型的建立 72-73 4.5.2 断层倾斜角度对压裂液流速影响的数值模拟结果 73-75 4.5.3 断层倾斜角度对水力压裂压力场影响的数值模拟结果 75-81 4.6 本章小结 81-82第5章 结论与展望 82-84 5.1 本文的主要结论 82-83 5.2 有待进一步研究的问题 83-84参考文献 84-88致谢 88-89攻读学位期间的研究成果 89
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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地质学 > 矿床学 > 矿床分类 > 燃料矿床 > 石油、天然气
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