页岩气水平井分段多簇压裂返排优化理论与技术

目录
序 i
前言 iii
第1章 绪论 1
1.1 页岩气概念及聚集机理 1
1.1.1 页岩 1
1.1.2 页岩气 3
1.1.3 页岩气聚集机理 4
1.2 世界页岩气勘探开发历程 5
1.2.1 美国 6
1.2.2 加拿大 6
1.2.3 中国 7
1.2.4 其他地区 8
1.3 中国页岩气及页岩气藏特征 9
1.3.1 页岩气特征 9
1.3.2 页岩气藏特征 10
1.3.3 四川盆地页岩气藏地质特征 14
1.4 页岩压裂技术发展历程 41
1.4.1 国外页岩压裂技术发展历程 41
1.4.2 我国页岩压裂技术发展历程 42
1.5 页岩气水平井体积压裂机理及返排研究现状 46
1.5.1 页岩气水平井多簇竞争起裂与缝网扩展 46
1.5.2 页岩压裂液水化作用机理 49
1.5.3 页岩储层压裂液自吸—返排机理 50
1.5.4 页岩储层动态表观渗透率研究 51
1.5.5 页岩气水平井体积压裂渗流规律研究 54
1.5.6 页岩气水平井体积压裂返排制度优化 57
参考文献 60
第2章 页岩力学特征及多簇竞争起裂研究 66
2.1 页岩微观结构及岩石力学特征 66
2.1.1 页岩微观损伤及岩石力学实验 66
2.1.2 岩心矿物组成及分析 69
2.1.3 页岩微观损伤机理 74
2.1.4 页岩试样孔渗变化规律 77
2.1.5 页岩力学特征及破坏模式 80
2.2 页岩气水平井多簇裂缝竞争起裂研究 84
2.2.1 页岩气水平井渗流-应力耦合起裂模型 85
2.2.2 页岩气水平井分段多簇裂缝竞争起裂研究 113
2.2.3 裂缝扩展准则 125
2.2.4 模型求解方法 126
2.2.5 模型验证 127
参考文献 131
第3章 页岩气水平井多簇射孔竞争起裂与扩展应用 133
3.1 多簇射孔竞争起裂与均衡扩展研究应用 133
3.1.1 多簇射孔竞争起裂主控因素及机制 134
3.1.2 页岩气水平井多簇射孔压裂均衡扩展调控 153
3.2 页岩气水平井改进交替压裂缝网调控应用 157
3.2.1 改进交替压裂提高缝网复杂程度 157
3.2.2 页岩气水平井改进交替压裂应用实例 161
参考文献 174
第4章 压裂液与页岩作用机理 176
4.1 页岩黏土矿物水化机理研究 176
4.1.1 伊利石/蒙脱石体积膨胀特征 177
4.1.2 伊利石/蒙脱石膨胀应力特征 178
4.1.3 伊利石/蒙脱石表面吸附水状态 181
4.1.4 实验小结 182
4.2 页岩水化前后微观表征 183
4.2.1 电镜扫描实验研究 183
4.2.2 孔隙结构压汞实验研究 188
4.2.3 氮气吸附实验研究 194
4.2.4 实验结果 194
4.2.5 实验小结 200
4.3 页岩水化微观机理研究 201
4.3.1 微观结构对黏土矿物水化特征的影响 201
4.3.2 黏土水化对页岩微观结构影响机理 205
4.3.3 实验小结 209
4.4 压裂液与页岩作用后性质演化特征 210
4.4.1 页岩润湿性变化特征 210
4.4.2 压裂液矿化度特征变化 216
4.4.3 压裂液表面张力特征 222
参考文献 224
第5章 页岩储层自吸及返排规律研究 226
5.1 页岩储层强制自吸-返排模型 226
5.1.1 毛细管水相流动方程 226
5.1.2 页岩毛细管自吸-返排模型 232
5.1.3 页岩储层自吸影响因素 233
5.1.4 页岩储层返排影响因素 236
5.2 页岩储层返排液表观渗透率模型 238
5.2.1 分形基本理论 239
5.2.2 页岩储层返排流量方程 241
5.2.3 返排液表观渗透率模型 242
5.2.4 渗透率液相影响因素分析 246
5.3 页岩储层返排气水两相渗透率模型 248
5.3.1 气水两相渗透率模型 248
5.3.2 模型可靠性验证 255
5.3.3 影响因素分析 257
参考文献 261
第6章 页岩储层动态表观渗透率研究 264
6.1 页岩气多尺度运移机理 264
6.1.1 页岩气赋存特征 264
6.1.2 页岩气多重运移机制 265
6.2 页岩纳米孔表观渗透率模型 274
6.2.1 有机质表观渗透率模型 275
6.2.2 无机质表观渗透率模型 275
6.2.3 页岩毛细管孔径修正 276
6.2.4 模型验证及影响因素分析 280
6.3 页岩基质表观渗透率模型 286
6.3.1 表观渗透率模型 286
6.3.2 模型验证 287
6.3.3 影响因素分析 292
6.4 页岩复杂缝网表观渗透率模型 298
6.4.1 复杂缝网裂缝基本参数获取 298
6.4.2 单裂缝应力敏感渗透率计算模型 301
6.4.3 页岩复杂缝网表观渗透率模型 306
6.4.4 模型验证及影响因素分析 308
参考文献 321
第7章 页岩气水平井体积压裂渗流规律研究 324
7.1 压裂水平井物理模型 324
7.2 封闭箱型气藏点源函数 325
7.2.1 无限大地层点源函数 325
7.2.2 无限大地层线源函数 326
7.2.3 封闭边界线源函数 327
7.2.4 封闭边界箱形气藏点源函数 329
7.3 页岩气藏基质渗流模型 329
7.4 页岩气藏缝网流动模型 332
7.4.1 气相流动模型 333
7.4.2 水相流动模型 335
7.4.3 辅助方程 336
7.5 页岩气藏压裂水平井非稳态渗流模型 336
7.5.1 瞬态渗流模型 336
7.5.2 非稳态渗流模型 339
7.5.3 模型求解 342
7.6 模型验证与应用 346
7.6.1 模型对比与验证 346
7.6.2 模型应用 348
参考文献 364
第8章 页岩气压裂水平井支撑剂回流规律研究 365
8.1 支撑剂回流及控制机理 365
8.1.1 支撑剂回流机理 365
8.1.2 支撑剂回流的危害 365
8.1.3 纤维稳砂控制机理 366
8.2 压裂井支撑剂回流力学分析 366
8.2.1 基本假设 366
8.2.2 支撑剂回流力学模型分析 367
8.2.3 压裂井射孔孔眼处支撑剂拱破坏准则 375
8.3 页岩气返排裂缝中流体高速流动模型 377
8.3.1 裂缝中流体流动方程 377
8.3.2 支撑剂回流临界流速计算模型 380
8.3.3 支撑剂回流临界产量计算模型 381
8.4 压裂井支撑剂回流影响因素分析 381
8.4.1 基本参数 381
8.4.2 模型验证 382
8.4.3 影响因素分析 385
8.5 本章小结 389
参考文献 389
第9章 页岩气水平井体积压裂返排制度优化 390
9.1 页岩气井气液两相流井筒压降模型 390
9.1.1 水平段压降计算模型 390
9.1.2 斜段压降计算模型 405
9.1.3 垂直段压降计算模型 412
9.1.4 水平井返排井筒积液判断模型 419
9.1.5 携液临界流量计算模型 419
9.1.6 实例分析 421
9.2 页岩气水平井体积压裂返排制度优化软件 424
9.2.1 井口油嘴节流模型 424
9.2.2 返排制度实时调整优化软件 427
9.3 页岩气水平井体积压裂返排制度实例 429
9.3.1 宁H5-5井返排制度优化设计 430
9.3.2 威204H12-1井返排制度优化设计 435
参考文献 446