摘要：水力压裂作为页岩气储层开采的核心技术,在压裂过程中水力裂缝的扩展会遇到天然裂缝,与天然裂缝相交后压裂缝的扩展特征对缝网的形成有明显影响,从而影响最终压裂改造效果。基于内聚力单元建立了基于断裂力学的页岩气储层渗流-应力-断裂耦合的水力裂缝与多个天然裂缝相交扩展模型,研究了不同天然裂缝倾角、天然裂缝尺寸、应力差、压裂液排量和黏度下水力裂缝与天然裂缝扩展形态规律。采用基于Bagging算法集成支持向量机(support vector machines, SVM)、决策树(decision tree classifier, DTC)、逻辑回归(logistic regression, LR)、K最邻近算法(K-nearest neighbor, KNN)的裂缝形态分类器对裂缝相交扩展形态进行预测,并将Bagging算法预测结果与SVM、DTC、LR、KNN预测结果进行比较。研究结果表明:基于Bagging集成算法对水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态预测准确率达到了92.58%,相较于单个算法,最高提升了17.95%,其中应力差越小、天然裂缝倾角、裂缝尺寸越大和压裂液排量、黏度越低越容易产生剪切缝,反之容易形成穿层缝。通过建立的水力压裂预测结果的数据集对裂缝扩展的路径和形态进行智能化预测,为利用人工智能和机器学习算法进行完井压裂优化设计提供了方法参考和对实际压裂过程优化设计提供了重要参考依据。

摘要：页岩储层的大量天然裂缝会在水力压裂中影响水力裂缝扩展路径,厘清二者交互规律对于明确储层裂缝扩展机制及优化裂缝网络具有指导意义。文中利用真实页岩岩心,在提前预置单一裂缝基础上,模拟水力压裂过程中水力裂缝与天然裂缝的交互行为;采用单一变量法,研究水力裂缝逼近角、注入孔深度、天然裂缝胶结强度、围压对二者交互行为的影响。结果表明:交互状况有水力裂缝打开天然裂缝、沿天然裂缝穿行一定距离后偏转、穿过天然裂缝3种,而打开时最大滑移量和最大滑移速率在所有交互结果中最高,偏转时次之,穿过时最小;相比张性起裂,裂缝剪切起裂下最大滑移速率较小,最大滑移量较大。逼近角大、注入孔深度小、天然裂缝胶结强度大、围压高均有利于水力裂缝均衡扩展;反之,则易沟通天然裂缝形成复杂缝网。该研究成果对改善裂缝网络形态及优化页岩储层压裂设计具有一定的借鉴意义。

摘要：压裂液交联 /破胶性能敏感取决于温度 ,而压裂液与地层的温度往往相差较大 ,使得压裂液进入裂缝后温度逐渐变化。压裂液地面温度与地层温度相差越大 ,压裂液在缝中的温度分布越不平衡 ,对压裂液流变性的影响越大。文章从非稳定井筒传热的数值计算和水力裂缝温度场的数值计算入手 ,详细介绍了水力裂缝温度场模拟计算的方法 ,并以此为基础开发了压裂施工温度场模拟程序 ,并以CX115井为例进行了计算。该程序采用模块化设计 ,操作简便 ,能实时模拟裂缝温度场的分布 ,可为压裂液动态优化提供基础数据。该程序在现场施工中取得了较好的应用效果 。

摘要：页岩储层中存在大量的天然裂缝,对水力压裂过程中裂缝扩展影响作用显著。为探究天然裂缝对水力裂缝扩展规律的影响,考虑岩石储层变形与裂缝内的流体流动之间的耦合作用以及天然裂缝与水力裂缝的相互作用建立了页岩储层二维流固耦合水力压裂裂缝相交扩展模型,通过与经典KGD模型和室内试验结果的对比,验证了模型的正确性。在此基础上研究了水平应力差、天然裂缝相交角和长度对水力裂缝与天然裂缝相交扩展的影响。研究结果表明:随着水平应力差的线性增加,裂缝起裂注水压力呈线性增大趋势,最大水平主应力对水力裂缝与天然裂缝相交后的裂缝扩展路径有诱导作用;水力裂缝与天然裂缝相交时,注水点水压出现骤降现象,裂缝相交点处易出现应力集中区,裂缝相交处宽度出现间断现象;天然裂缝相交角越大,间断现象越明显,压裂裂缝长度越短,压裂裂缝面积越小;天然裂缝长度对压裂裂缝长度影响较小,但对压裂裂缝的宽度和面积影响明显。研究结论对优化页岩气水力压裂设计有一定的指导作用。

摘要：为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征,基于等效平面裂缝思想和PKN模型,建立裂缝性地层水力裂缝延伸数学模型及求解方法。模拟计算表明:水力裂缝沿天然裂缝转向延伸时,缝宽在转向延伸段明显减小,在延伸路径上表现为非连续变化特征;受转向延伸段缝宽减小对流体流动的节流作用,转向延伸段的流体压力梯度增大,导致井底施工压力升高;水力裂缝沿天然裂缝转向延伸距离越长或转向延伸次数越多,则井底施工压力上升幅度越大。本文模型为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征提供了手段,为裂缝性地层水力压裂工艺参数设计提供了理论依据。

摘要：根据温度场、电压场和渗流压力场的相似性,利用ANSYS热稳态模型和建立的电模拟实验装置,研究水力裂缝和爆燃裂缝参数对油藏渗流场和油井产能的影响,并与水力裂缝层内爆燃油井产能数学模型的计算结果进行了对比。研究结果表明,水力裂缝和爆燃裂缝的存在,改善了流体在地层中的渗流状况,有利于油井产能的提高;实验测试结果与数学模型预测结果的平均相对误差为4.06%;ANSYS数值模拟计算结果与数学模型预测结果的平均相对偏差为2.33%;为水力裂缝层内爆燃技术的水力裂缝和爆燃裂缝参数设计提供依据。

摘要：在非常规油气藏中,复杂裂缝网络的形成在很大程度上受水力裂缝与天然裂缝相互作用的影响。基于断裂力学理论,建立了水力裂缝与天然裂缝相互作用力学模型,分析天然裂缝介质系统中水力裂缝遭遇天然裂缝后的扩展形态。对于水力裂缝穿越天然裂缝的情况,给出了穿越角度;对于未穿越情况,给出天然裂缝张开闭合形态判别方法。通过数值计算研究了水平主应力差、逼近角、界面摩擦系数和裂缝净压力等因素的影响。结果表明,在高水平主应力差、高逼近角和高界面摩擦的条件下,水力裂缝倾向于穿越天然裂缝;在低水平主应力差、低逼近角和低界面摩擦的条件下,水力裂缝则更容易被捕获。同时,在水力裂缝内净压力越高,天然裂缝越容易张开。该模型为分析水力裂缝与天然裂缝相互作用过程以及水力压裂工程设计提供了依据。

摘要：真实的裂缝性储层水力压裂并非全是经典理论中的对称压裂,有的会形成复杂的压裂缝网,天然裂缝的存在导致地应力的改变是该现象形成的一个重要原因。目前对于水力裂缝与天然裂缝相交后延伸情况的研究,虽然有系统的理论和方法,但针对特定参数进行满足实际开发需求的定量研究尚未见报道。为此,在前人的理论基础上,改进了水力裂缝与天然裂缝相交作用准则,以鄂南油藏红河92井区为对象,绘制了该区块相交作用图版,分析水力裂缝延伸规律。同时进行了真三轴物理模拟实验,对比论证了相交作用图版的正确性,并为鄂南油藏红河92井区压裂施工提出建议,力求为油田实际开发设计提供理论依据和参数指导。

摘要：受天然裂缝作用影响,裂缝性地层的水力裂缝可能延伸为多分支、非平面的复杂裂缝体系,这与均质地层压裂产生的对称双翼平面裂缝具有巨大的差异。由于常规水力裂缝延伸模型无法用于模拟裂缝性地层中水力裂缝非平面延伸的裂缝形态和裂缝几何,为此,基于水力裂缝相交天然裂缝转向延伸路径的等效平面裂缝思想,建立了水力裂缝非平面转向延伸的数学模型,并推导了相应的数值求解方法。模拟计算表明,当水力裂缝沿天然裂缝转向延伸时,水力裂缝缝宽在延伸路径上表现为非连续分布,在转向延伸段突变减小,受缝宽减小节流效应影响,井底流体压力升高。影响因素分析表明,水平地应力差和逼近角越大,转向延伸段缝宽越小,对支撑剂输送限制越大;施工排量和压裂液黏度越高,包括转向延伸段在内,整个延伸裂缝段的缝宽越大,支撑剂在裂缝内的运移越容易,压裂施工风险越低。研究为认识裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征提供了思路和方法,为裂缝性地层压裂设计提供了理论依据,具有重要的理论价值和现实意义。

摘要：页岩气开发需要通过水力压裂技术形成缝网系统,为了研究天然裂缝特征对页岩储层渗流的影响,基于页岩储层中的质量守恒定律、朗格缪尔吸附方程及达西定律等,推导出了用于描述储层压裂区域内气体渗流行为的数学模型;基于该数学模型对引入的嵌入离散裂缝模型进行数值模拟,将模拟结果与已有文献结果,以及与现场实际生产数据进行对比,验证了模型的正确性;并在不同的天然裂缝渗透率、密集度、倾斜角组合情况下进行了页岩储层渗流数值模拟,研究了不同天然裂缝特征组合对页岩储层渗流的影响。研究结果表明:该数学模型能较好地模拟出储层情况,改变天然裂缝渗透率、密集度、倾斜角等参数均对页岩储层渗流行为有明显影响,增加天然裂缝渗透率会加大倾斜角、密集度对储层渗流的影响,对产气量的影响约10%;增加密集度会加大渗透率对储层渗流的影响,减小倾斜角对储层渗流的影响,对产气量的影响约6.3%;增大倾斜角会同时减小密集度、渗透率对储层渗流的影响,此现象可能是由于天然裂缝与水力裂缝交叉位置数量降低所致。该成果一方面可加深对不同天然裂缝特征组合与储层渗流潜在联系的科学认识;另一方面,所描述的天然裂缝特征的影响规律可对设计水力压裂施工方案、提高储层产量提供参考。