頁巖氣水平井分段多簇壓裂返排優(yōu)化理論與技術

目錄
序 i
前言 iii
第1章 緒論 1
1.1 頁巖氣概念及聚集機理 1
1.1.1 頁巖 1
1.1.2 頁巖氣 3
1.1.3 頁巖氣聚集機理 4
1.2 世界頁巖氣勘探開發(fā)歷程 5
1.2.1 美國 6
1.2.2 加拿大 6
1.2.3 中國 7
1.2.4 其他地區(qū) 8
1.3 中國頁巖氣及頁巖氣藏特征 9
1.3.1 頁巖氣特征 9
1.3.2 頁巖氣藏特征 10
1.3.3 四川盆地頁巖氣藏地質特征 14
1.4 頁巖壓裂技術發(fā)展歷程 41
1.4.1 國外頁巖壓裂技術發(fā)展歷程 41
1.4.2 我國頁巖壓裂技術發(fā)展歷程 42
1.5 頁巖氣水平井體積壓裂機理及返排研究現(xiàn)狀 46
1.5.1 頁巖氣水平井多簇競爭起裂與縫網(wǎng)擴展 46
1.5.2 頁巖壓裂液水化作用機理 49
1.5.3 頁巖儲層壓裂液自吸—返排機理 50
1.5.4 頁巖儲層動態(tài)表觀滲透率研究 51
1.5.5 頁巖氣水平井體積壓裂滲流規(guī)律研究 54
1.5.6 頁巖氣水平井體積壓裂返排制度優(yōu)化 57
參考文獻 60
第2章 頁巖力學特征及多簇競爭起裂研究 66
2.1 頁巖微觀結構及巖石力學特征 66
2.1.1 頁巖微觀損傷及巖石力學實驗 66
2.1.2 巖心礦物組成及分析 69
2.1.3 頁巖微觀損傷機理 74
2.1.4 頁巖試樣孔滲變化規(guī)律 77
2.1.5 頁巖力學特征及破壞模式 80
2.2 頁巖氣水平井多簇裂縫競爭起裂研究 84
2.2.1 頁巖氣水平井滲流-應力耦合起裂模型 85
2.2.2 頁巖氣水平井分段多簇裂縫競爭起裂研究 113
2.2.3 裂縫擴展準則 125
2.2.4 模型求解方法 126
2.2.5 模型驗證 127
參考文獻 131
第3章 頁巖氣水平井多簇射孔競爭起裂與擴展應用 133
3.1 多簇射孔競爭起裂與均衡擴展研究應用 133
3.1.1 多簇射孔競爭起裂主控因素及機制 134
3.1.2 頁巖氣水平井多簇射孔壓裂均衡擴展調控 153
3.2 頁巖氣水平井改進交替壓裂縫網(wǎng)調控應用 157
3.2.1 改進交替壓裂提高縫網(wǎng)復雜程度 157
3.2.2 頁巖氣水平井改進交替壓裂應用實例 161
參考文獻 174
第4章 壓裂液與頁巖作用機理 176
4.1 頁巖黏土礦物水化機理研究 176
4.1.1 伊利石/蒙脫石體積膨脹特征 177
4.1.2 伊利石/蒙脫石膨脹應力特征 178
4.1.3 伊利石/蒙脫石表面吸附水狀態(tài) 181
4.1.4 實驗小結 182
4.2 頁巖水化前后微觀表征 183
4.2.1 電鏡掃描實驗研究 183
4.2.2 孔隙結構壓汞實驗研究 188
4.2.3 氮氣吸附實驗研究 194
4.2.4 實驗結果 194
4.2.5 實驗小結 200
4.3 頁巖水化微觀機理研究 201
4.3.1 微觀結構對黏土礦物水化特征的影響 201
4.3.2 黏土水化對頁巖微觀結構影響機理 205
4.3.3 實驗小結 209
4.4 壓裂液與頁巖作用后性質演化特征 210
4.4.1 頁巖潤濕性變化特征 210
4.4.2 壓裂液礦化度特征變化 216
4.4.3 壓裂液表面張力特征 222
參考文獻 224
第5章 頁巖儲層自吸及返排規(guī)律研究 226
5.1 頁巖儲層強制自吸-返排模型 226
5.1.1 毛細管水相流動方程 226
5.1.2 頁巖毛細管自吸-返排模型 232
5.1.3 頁巖儲層自吸影響因素 233
5.1.4 頁巖儲層返排影響因素 236
5.2 頁巖儲層返排液表觀滲透率模型 238
5.2.1 分形基本理論 239
5.2.2 頁巖儲層返排流量方程 241
5.2.3 返排液表觀滲透率模型 242
5.2.4 滲透率液相影響因素分析 246
5.3 頁巖儲層返排氣水兩相滲透率模型 248
5.3.1 氣水兩相滲透率模型 248
5.3.2 模型可靠性驗證 255
5.3.3 影響因素分析 257
參考文獻 261
第6章 頁巖儲層動態(tài)表觀滲透率研究 264
6.1 頁巖氣多尺度運移機理 264
6.1.1 頁巖氣賦存特征 264
6.1.2 頁巖氣多重運移機制 265
6.2 頁巖納米孔表觀滲透率模型 274
6.2.1 有機質表觀滲透率模型 275
6.2.2 無機質表觀滲透率模型 275
6.2.3 頁巖毛細管孔徑修正 276
6.2.4 模型驗證及影響因素分析 280
6.3 頁巖基質表觀滲透率模型 286
6.3.1 表觀滲透率模型 286
6.3.2 模型驗證 287
6.3.3 影響因素分析 292
6.4 頁巖復雜縫網(wǎng)表觀滲透率模型 298
6.4.1 復雜縫網(wǎng)裂縫基本參數(shù)獲取 298
6.4.2 單裂縫應力敏感滲透率計算模型 301
6.4.3 頁巖復雜縫網(wǎng)表觀滲透率模型 306
6.4.4 模型驗證及影響因素分析 308
參考文獻 321
第7章 頁巖氣水平井體積壓裂滲流規(guī)律研究 324
7.1 壓裂水平井物理模型 324
7.2 封閉箱型氣藏點源函數(shù) 325
7.2.1 無限大地層點源函數(shù) 325
7.2.2 無限大地層線源函數(shù) 326
7.2.3 封閉邊界線源函數(shù) 327
7.2.4 封閉邊界箱形氣藏點源函數(shù) 329
7.3 頁巖氣藏基質滲流模型 329
7.4 頁巖氣藏縫網(wǎng)流動模型 332
7.4.1 氣相流動模型 333
7.4.2 水相流動模型 335
7.4.3 輔助方程 336
7.5 頁巖氣藏壓裂水平井非穩(wěn)態(tài)滲流模型 336
7.5.1 瞬態(tài)滲流模型 336
7.5.2 非穩(wěn)態(tài)滲流模型 339
7.5.3 模型求解 342
7.6 模型驗證與應用 346
7.6.1 模型對比與驗證 346
7.6.2 模型應用 348
參考文獻 364
第8章 頁巖氣壓裂水平井支撐劑回流規(guī)律研究 365
8.1 支撐劑回流及控制機理 365
8.1.1 支撐劑回流機理 365
8.1.2 支撐劑回流的危害 365
8.1.3 纖維穩(wěn)砂控制機理 366
8.2 壓裂井支撐劑回流力學分析 366
8.2.1 基本假設 366
8.2.2 支撐劑回流力學模型分析 367
8.2.3 壓裂井射孔孔眼處支撐劑拱破壞準則 375
8.3 頁巖氣返排裂縫中流體高速流動模型 377
8.3.1 裂縫中流體流動方程 377
8.3.2 支撐劑回流臨界流速計算模型 380
8.3.3 支撐劑回流臨界產(chǎn)量計算模型 381
8.4 壓裂井支撐劑回流影響因素分析 381
8.4.1 基本參數(shù) 381
8.4.2 模型驗證 382
8.4.3 影響因素分析 385
8.5 本章小結 389
參考文獻 389
第9章 頁巖氣水平井體積壓裂返排制度優(yōu)化 390
9.1 頁巖氣井氣液兩相流井筒壓降模型 390
9.1.1 水平段壓降計算模型 390
9.1.2 斜段壓降計算模型 405
9.1.3 垂直段壓降計算模型 412
9.1.4 水平井返排井筒積液判斷模型 419
9.1.5 攜液臨界流量計算模型 419
9.1.6 實例分析 421
9.2 頁巖氣水平井體積壓裂返排制度優(yōu)化軟件 424
9.2.1 井口油嘴節(jié)流模型 424
9.2.2 返排制度實時調整優(yōu)化軟件 427
9.3 頁巖氣水平井體積壓裂返排制度實例 429
9.3.1 寧H5-5井返排制度優(yōu)化設計 430
9.3.2 威204H12-1井返排制度優(yōu)化設計 435
參考文獻 446