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压裂液的流动特性及对油藏裂缝影响研究

作　者: 叶鑫锐
导　师: 朱君
学　校: 大庆石油学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 压裂液压裂管柱非线性流固耦合有限元
分类号: TE357
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

水力压裂技术是目前低渗透油气藏增产的主要措施之一。随着压裂技术的发展及对压裂效果的深入分析,人们逐渐发现压裂液是影响地层岩石破裂和裂缝延伸的主要因素。有些水力压裂效果较好,而有些水力压裂效果差,甚至压裂失败,主要原因之一在于对压裂液流经压裂泵和压裂管柱后的流动特性了解的不够清楚,没能较好的预测出压裂液到达地层时流变性的变化程度,从而影响了水力压裂技术实施的成功率。为此本文运用流体动力学理论深入研究了水力压裂过程中压裂液在压裂泵和压裂管柱中的流动特性及变化规律,为低渗透油田的有效开发及水力压裂技术的成功实施奠定了理论基础。压裂泵、地面弯管和井下压裂管柱都是水力压裂施工中不可或缺的压裂设备和工具,当压裂液沿着这些设备或工具高速高压流动时,液体与固体间便产生了力和位移的耦合作用。本文根据固体力学理论和流体动力学理论建立了管路变形力学模型和压裂液流动力学模型,并采用数值模拟的方法,实现了固体边界与流体耦合的相互作用,得到了压裂液在压裂管路中的流变特性,并将压裂液经过直管段的压降计算结果与现场的测试结果进行对比,平均误差率为2.93%,证明了理论分析及计算方法的正确性,在此基础上,分析了压裂液的粘度和压降的变化及排量对二者的影响。水力压裂的最终目的是压出一条长且宽的具有一定导流能力的裂缝,本文根据岩石力学、渗流力学、损伤力学与断裂力学理论,在考虑流固耦合的基础上,采用有限元方法,建立了低渗透储层水力压裂三维裂缝有限元模型,通过采用N-R方法与载荷增量法联合进行求解,获得了低渗透油层三维裂缝的动态扩展形态,并分析了压裂液的粘度和排量对裂缝形态的影响。随着低渗透油田的广泛开发,全面而具体的研究压裂液对压裂效果的影响,对有效实施水力压裂技术具有重要意义。本文在考虑流固耦合作用的条件下研究了压裂液流经压裂管路时的流变特性及其对岩石裂缝形态的影响,并得出了重要结论,对完善油田水力压裂工艺设计、提高油田采收率具有重要的意义。

压裂液的流动特性及对油藏裂缝影响研究

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