頁巖氣水平井分段多簇壓裂返排優(yōu)化理論與技術(shù)

目錄
序 i
前言 iii
第1章 緒論 1
1.1 頁巖氣概念及聚集機(jī)理 1
1.1.1 頁巖 1
1.1.2 頁巖氣 3
1.1.3 頁巖氣聚集機(jī)理 4
1.2 世界頁巖氣勘探開發(fā)歷程 5
1.2.1 美國(guó) 6
1.2.2 加拿大 6
1.2.3 中國(guó) 7
1.2.4 其他地區(qū) 8
1.3 中國(guó)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(zhì)特征 14
1.4 頁巖壓裂技術(shù)發(fā)展歷程 41
1.4.1 國(guó)外頁巖壓裂技術(shù)發(fā)展歷程 41
1.4.2 我國(guó)頁巖壓裂技術(shù)發(fā)展歷程 42
1.5 頁巖氣水平井體積壓裂機(jī)理及返排研究現(xiàn)狀 46
1.5.1 頁巖氣水平井多簇競(jìng)爭(zhēng)起裂與縫網(wǎng)擴(kuò)展 46
1.5.2 頁巖壓裂液水化作用機(jī)理 49
1.5.3 頁巖儲(chǔ)層壓裂液自吸—返排機(jī)理 50
1.5.4 頁巖儲(chǔ)層動(dòng)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(xiàn) 60
第2章 頁巖力學(xué)特征及多簇競(jìng)爭(zhēng)起裂研究 66
2.1 頁巖微觀結(jié)構(gòu)及巖石力學(xué)特征 66
2.1.1 頁巖微觀損傷及巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn) 66
2.1.2 巖心礦物組成及分析 69
2.1.3 頁巖微觀損傷機(jī)理 74
2.1.4 頁巖試樣孔滲變化規(guī)律 77
2.1.5 頁巖力學(xué)特征及破壞模式 80
2.2 頁巖氣水平井多簇裂縫競(jìng)爭(zhēng)起裂研究 84
2.2.1 頁巖氣水平井滲流-應(yīng)力耦合起裂模型 85
2.2.2 頁巖氣水平井分段多簇裂縫競(jìng)爭(zhēng)起裂研究 113
2.2.3 裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則 125
2.2.4 模型求解方法 126
2.2.5 模型驗(yàn)證 127
參考文獻(xiàn) 131
第3章 頁巖氣水平井多簇射孔競(jìng)爭(zhēng)起裂與擴(kuò)展應(yīng)用 133
3.1 多簇射孔競(jìng)爭(zhēng)起裂與均衡擴(kuò)展研究應(yīng)用 133
3.1.1 多簇射孔競(jìng)爭(zhēng)起裂主控因素及機(jī)制 134
3.1.2 頁巖氣水平井多簇射孔壓裂均衡擴(kuò)展調(diào)控 153
3.2 頁巖氣水平井改進(jìn)交替壓裂縫網(wǎng)調(diào)控應(yīng)用 157
3.2.1 改進(jìn)交替壓裂提高縫網(wǎng)復(fù)雜程度 157
3.2.2 頁巖氣水平井改進(jìn)交替壓裂應(yīng)用實(shí)例 161
參考文獻(xiàn) 174
第4章 壓裂液與頁巖作用機(jī)理 176
4.1 頁巖黏土礦物水化機(jī)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(yīng)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(shí)驗(yàn)小結(jié) 182
4.2 頁巖水化前后微觀表征 183
4.2.1 電鏡掃描實(shí)驗(yàn)研究 183
4.2.2 孔隙結(jié)構(gòu)壓汞實(shí)驗(yàn)研究 188
4.2.3 氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)研究 194
4.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 194
4.2.5 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 200
4.3 頁巖水化微觀機(jī)理研究 201
4.3.1 微觀結(jié)構(gòu)對(duì)黏土礦物水化特征的影響 201
4.3.2 黏土水化對(duì)頁巖微觀結(jié)構(gòu)影響機(jī)理 205
4.3.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié) 209
4.4 壓裂液與頁巖作用后性質(zhì)演化特征 210
4.4.1 頁巖潤(rùn)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(xiàn) 224
第5章 頁巖儲(chǔ)層自吸及返排規(guī)律研究 226
5.1 頁巖儲(chǔ)層強(qiáng)制自吸-返排模型 226
5.1.1 毛細(xì)管水相流動(dòng)方程 226
5.1.2 頁巖毛細(xì)管自吸-返排模型 232
5.1.3 頁巖儲(chǔ)層自吸影響因素 233
5.1.4 頁巖儲(chǔ)層返排影響因素 236
5.2 頁巖儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(yàn)證 255
5.3.3 影響因素分析 257
參考文獻(xiàn) 261
第6章 頁巖儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)表觀滲透率研究 264
6.1 頁巖氣多尺度運(yùn)移機(jī)理 264
6.1.1 頁巖氣賦存特征 264
6.1.2 頁巖氣多重運(yùn)移機(jī)制 265
6.2 頁巖納米孔表觀滲透率模型 274
6.2.1 有機(jī)質(zhì)表觀滲透率模型 275
6.2.2 無機(jī)質(zhì)表觀滲透率模型 275
6.2.3 頁巖毛細(xì)管孔徑修正 276
6.2.4 模型驗(yàn)證及影響因素分析 280
6.3 頁巖基質(zhì)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(yàn)證 287
6.3.3 影響因素分析 292
6.4 頁巖復(fù)雜縫網(wǎng)表觀滲透率模型 298
6.4.1 復(fù)雜縫網(wǎng)裂縫基本參數(shù)獲取 298
6.4.2 單裂縫應(yīng)力敏感滲透率計(jì)算模型 301
6.4.3 頁巖復(fù)雜縫網(wǎng)表觀滲透率模型 306
6.4.4 模型驗(yàn)證及影響因素分析 308
參考文獻(xiàn) 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(diǎn)源函數(shù) 325
7.2.1 無限大地層點(diǎn)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(diǎn)源函數(shù) 329
7.3 頁巖氣藏基質(zhì)滲流模型 329
7.4 頁巖氣藏縫網(wǎng)流動(dòng)模型 332
7.4.1 氣相流動(dòng)模型 333
7.4.2 水相流動(dòng)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(yàn)證與應(yīng)用 346
7.6.1 模型對(duì)比與驗(yàn)證 346
7.6.2 模型應(yīng)用 348
參考文獻(xiàn) 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(jī)理 365
8.1.1 支撐劑回流機(jī)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(jī)理 366
8.2 壓裂井支撐劑回流力學(xué)分析 366
8.2.1 基本假設(shè) 366
8.2.2 支撐劑回流力學(xué)模型分析 367
8.2.3 壓裂井射孔孔眼處支撐劑拱破壞準(zhǔn)則 375
8.3 頁巖氣返排裂縫中流體高速流動(dòng)模型 377
8.3.1 裂縫中流體流動(dòng)方程 377
8.3.2 支撐劑回流臨界流速計(jì)算模型 380
8.3.3 支撐劑回流臨界產(chǎn)量計(jì)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(yàn)證 382
8.4.3 影響因素分析 385
8.5 本章小結(jié) 389
參考文獻(xiàn) 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(jì)算模型 390
9.1.2 斜段壓降計(jì)算模型 405
9.1.3 垂直段壓降計(jì)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(jì)算模型 419
9.1.6 實(shí)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(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)化軟件 427
9.3 頁巖氣水平井體積壓裂返排制度實(shí)例 429
9.3.1 寧H5-5井返排制度優(yōu)化設(shè)計(jì) 430
9.3.2 威204H12-1井返排制度優(yōu)化設(shè)計(jì) 435
參考文獻(xiàn) 446