頁巖儲(chǔ)層水平井多段多簇壓裂理論

目錄
第1章 緒論 1
1.1 全球頁巖氣資源 1
1.1.1 頁巖及頁巖氣 1
1.1.2 國(guó)外主要地區(qū)頁巖氣資源 4
1.1.3 中國(guó)頁巖氣資源 7
1.2 中國(guó)南方海相頁巖儲(chǔ)層特征 10
1.2.1 組分特征 11
1.2.2 物性特征 16
1.2.3 地質(zhì)力學(xué)特征 27
1.2.4 潤(rùn)濕性特征 32
1.2.5 儲(chǔ)層流體特征 35
1.3 頁巖壓裂技術(shù)發(fā)展歷程與理論研究現(xiàn)狀 37
1.3.1 頁巖壓裂技術(shù)發(fā)展歷程 37
1.3.2 頁巖壓裂理論研究現(xiàn)狀 40
參考文獻(xiàn) 54
第2章 頁巖可壓性評(píng)價(jià) 63
2.1 頁巖可壓性評(píng)價(jià)方法 63
2.1.1 可壓性與脆性定義 63
2.1.2 目前可壓性評(píng)價(jià)方法局限性 64
2.2 基于礦物組分頁巖脆性評(píng)價(jià) 66
2.2.1 頁巖三軸力學(xué)破壞實(shí)驗(yàn) 66
2.2.2 礦物組分對(duì)破裂形態(tài)影響 68
2.2.3 礦物組分對(duì)脆性影響程度排序 73
2.3 基于力學(xué)破壞機(jī)制頁巖脆性評(píng)價(jià) 78
2.3.1 頁巖脆性斷裂特征與機(jī)制 78
2.3.2 基于拉張破壞脆性評(píng)價(jià) 84
2.3.3 全應(yīng)力應(yīng)變破壞過程脆性評(píng)價(jià) 88
2.4 頁巖可壓性綜合評(píng)價(jià) 94
2.4.1 天然裂縫張開長(zhǎng)度計(jì)算 94
2.4.2 可壓性綜合評(píng)價(jià) 101
2.4.3 可壓性評(píng)價(jià)應(yīng)用 103
2.5 頁巖壓裂后裂縫評(píng)價(jià) 106
2.5.1 遠(yuǎn)離裂縫直接成像技術(shù) 106
2.5.2 直接近井眼裂縫診斷技術(shù) 109
2.5.3 間接壓裂縫診斷技術(shù) 112
2.5.4 壓裂縫評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)比 116
參考文獻(xiàn) 117
第3章 頁巖壓裂導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè) 119
3.1 頁巖壓裂裂縫支撐模式 119
3.1.1 頁巖力學(xué)破壞機(jī)理 119
3.1.2 頁巖壓裂縫支撐模式 121
3.2 頁巖支撐劑裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià) 123
3.2.1 支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試裝置 123
3.2.2 支撐劑嵌入測(cè)試 126
3.2.3 支撐裂縫導(dǎo)流能力測(cè)試 130
3.3 頁巖自支撐裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià) 133
3.3.1 自支撐裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià) 133
3.3.2 自支撐裂縫導(dǎo)流能力影響因素 136
3.4 頁巖自支撐裂縫導(dǎo)流能力預(yù)測(cè) 140
3.4.1 粗糙錯(cuò)位裂縫形態(tài)物理模型 140
3.4.2 粗糙錯(cuò)位裂縫變形數(shù)值模型 147
3.4.3 粗糙錯(cuò)位裂縫中流體LBM流動(dòng)模擬 154
3.4.4 自支撐裂縫導(dǎo)流能力預(yù)測(cè) 157
參考文獻(xiàn) 162
第4章 頁巖水平井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化 165
4.1 頁巖儲(chǔ)層氣體賦存及運(yùn)移機(jī)理 165
4.1.1 頁巖儲(chǔ)層氣體賦存特征 165
4.1.2 頁巖氣多尺度運(yùn)移機(jī)理 167
4.2 頁巖氣水平井壓裂非線性滲流產(chǎn)能模型 186
4.2.1 頁巖氣儲(chǔ)層滲流模型 186
4.2.2 頁巖氣壓裂縫網(wǎng)滲流模型 189
4.2.3 頁巖氣壓裂水平井非線性滲流模型 190
4.3 頁巖氣壓裂水平井產(chǎn)能影響因素 195
4.3.1 模型驗(yàn)證與對(duì)比 195
4.3.2 影響因素分析 201
4.4 頁巖水平井壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化 210
4.4.1 頁巖壓裂復(fù)雜壓裂縫表征方法 210
4.4.2 頁巖多段壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化 212
參考文獻(xiàn) 220
第5章 頁巖水平井多段多簇壓裂擴(kuò)展模擬 222
5.1 頁巖-弱面交互壓裂裂縫擴(kuò)展數(shù)學(xué)模型 222
5.1.1 Cohesive單元線彈性力學(xué)模型 223
5.1.2 裂縫內(nèi)流體流動(dòng)模型 223
5.1.3 壓裂滲流-應(yīng)力耦合模型 224
5.1.4 裂縫起裂及擴(kuò)展準(zhǔn)則 225
5.1.5 天然裂縫損傷模型 226
5.2 頁巖-弱面交互水力裂縫擴(kuò)展模擬 229
5.2.1 水力裂縫-天然裂縫交互擴(kuò)展 229
5.2.2 水力裂縫-弱面交互擴(kuò)展 233
5.2.3 水力裂縫-天然裂縫-弱面交互擴(kuò)展 237
5.3 水平井分段多簇壓裂裂縫擴(kuò)展模擬 238
5.3.1 誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)模型 239
5.3.2 流體壓力場(chǎng)模型 244
5.3.3 裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則 248
5.3.4 數(shù)學(xué)模型求解 249
5.4 水平井多段多簇壓裂擴(kuò)展規(guī)律及施工參數(shù)優(yōu)化 253
5.4.1 多段多簇壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律 253
5.4.2 多段多簇裂縫擴(kuò)展均勻性分析 255
5.4.3 多段多簇壓裂施工參數(shù)優(yōu)化 257
5.4.4 多段多簇壓裂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析 263
參考文獻(xiàn) 268
第6章 頁巖儲(chǔ)層壓裂支撐劑輸送實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究 270
6.1 滑溜水壓裂支撐劑輸送實(shí)驗(yàn) 270
6.1.1 單翼裂縫支撐劑輸送實(shí)驗(yàn) 270
6.1.2 復(fù)雜縫網(wǎng)支撐劑輸送實(shí)驗(yàn) 274
6.2 通道壓裂支撐劑輸送實(shí)驗(yàn)研究 280
6.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及條件 281
6.2.2 支撐劑輸送鋪置形態(tài)影響因素 283
6.2.3 通道壓裂支撐劑鋪置形態(tài) 290
6.3 交替泵注壓裂支撐劑輸送實(shí)驗(yàn)研究 292
6.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置及條件 293
6.3.2 正向交替泵注實(shí)驗(yàn)研究 294
6.3.3 反向交替泵注實(shí)驗(yàn)研究 300
參考文獻(xiàn) 301
第7章 頁巖儲(chǔ)層壓裂支撐劑輸送數(shù)值模擬研究 303
7.1 裂縫網(wǎng)絡(luò)幾何模型 303
7.2 歐拉固液兩相流模型 305
7.2.1 控制方程和本構(gòu)方程 306
7.2.2 k-ε混合物湍流模型 309
7.2.3 邊界條件 310
7.2.4 模型求解 311
7.2.5 模型驗(yàn)證 312
7.3 小尺度復(fù)雜裂縫支撐劑輸送模擬 314
7.3.1 主縫和次縫支撐劑輸送和鋪置 314
7.3.2 支撐劑輸送影響因素 319
7.3.3 復(fù)雜裂縫支撐劑輸送規(guī)律 337
7.4 大尺度復(fù)雜裂縫支撐劑輸送模擬 344
7.4.1 滑溜水?dāng)y支撐劑輸送規(guī)律 344
7.4.2 膠液攜支撐劑輸送規(guī)律 347
7.4.3 頁巖儲(chǔ)層壓裂壓裂液優(yōu)化 351
參考文獻(xiàn) 352
第8章 頁巖壓裂水相自吸機(jī)理與返排優(yōu)化 354
8.1 頁巖多重孔隙水相自吸作用 354
8.1.1 頁巖多重孔隙特征 354
8.1.2 頁巖自吸流動(dòng)基本特征 359
8.2 頁巖多重孔隙水相自吸模型 366
8.2.1 非黏土孔隙分形自吸模型 366
8.2.2 黏土孔隙分形自吸模型 370
8.2.3 頁巖多重孔隙分形自吸模型 373
8.2.4 頁巖多重孔隙水相自吸規(guī)律分析 377
8.3 水相自吸對(duì)頁巖物性和結(jié)構(gòu)影響 384
8.3.1 物性參數(shù) 384
8.3.2 宏觀結(jié)構(gòu) 389
8.3.3 微觀結(jié)構(gòu) 392
8.3.4 質(zhì)量變化 400
8.3.5 自吸破壞力學(xué)分析 403
8.4 頁巖壓裂返排率預(yù)測(cè)與返排參數(shù)優(yōu)化 411
8.4.1 頁巖壓裂返排率預(yù)測(cè)模型 411
8.4.2 頁巖壓裂返排參數(shù)優(yōu)化 414
參考文獻(xiàn) 420