复杂裂缝导流能力预测理论

朱海燕，男，安徽毫州人，博士（后），教授，博士生导师，四川省页岩气勘探开发工程实验室主任，油气藏地质及开发工程国家重点实验室学术骨干。担任靠前石油工程领域TOP期刊Journal of Petroleum Science and Engineering副主编、Frontiers in Earth Science客座编辑、《天然气工业》编委、美国岩石力学学会“ARMA Distinguished Service Award”评选委员会主席等。主要从事石油钻采岩石力学的实验、理论及应用研究。先后主持国家自然科学基金重大项目课题、面上项目、青年基金项目，中国博士后面上项目、特别资助项目等20余项。以作者或通讯作者在国内外知名期刊发表论文40余篇（其中TOP期刊10篇），授权发明23件（靠前6件），出版专著2部、教材3部，获软件著作权5项。研究成果工业化应用1169井次以上（截至2020年12月），获省部级科技进步奖一等奖4项、二等奖1项，以及很好奖1项，为四川盆地页岩气、胜利油田致密油与页岩油等很好规油气开发做出了贡献。入选2018年“全国高等学校矿业石油安全工程领域很好青年科技人才”、2019年四川省“天府万人计划”天府科技菁英项目、2019年美国岩石力学学会“未来领军者计划”（ARMA “Future Leaders Program”）、2020年中国石油和化学工业联合会“青年科技突出贡献奖”、2021年四川省杰出青年科技人才、2021年第二十四届中国科协求是杰出青年奖成果转化奖提名奖。

序

前言

第1章 绪论

 1.1 研究背景及意义

 1.1.1 很好规油气储层压裂的复杂裂缝形态

 1.1.2 簇式支撑裂缝导流能力的预测

 1.2 复杂裂缝导流能力的研究现状

 1.2.1 支撑剂簇运移-沉降行为研究现状

 1.2.2 均匀铺砂支撑裂缝导流能力的数值模拟

 1.2.3 簇式支撑裂缝导流能力研究现状

 1.2.4 压后返排支撑剂簇稳定性研究现状

 1.3 本书主要内容

第2章 支撑裂缝摩擦性质和渗透率演化实验研究

 2.1 支撑裂缝的摩擦性质和渗透率研究现状

 2.2 支撑裂缝摩擦性质和渗透率演化实验方法

 2.2.1 实验样品准备

 2.2.2 实验方案

 2.2.3 摩擦系数和渗透率计算模型

 2.3 支撑裂缝摩擦性质和渗透率演化实验结果

 2.3.1   法向应力的影响

 2.3.2 支撑剂厚度的影响

 2.3.3 支撑剂粒径的影响

 2.3.4 岩石表面纹理的影响

 2.4 支撑裂缝摩擦性质和渗透率演化机理

 2.5 本章小结

第3章 主裂缝均匀多层铺砂导流能力的数值模拟

 3.1 裂缝导流能力数值模拟流固耦合基础理论

 3.1.1 DEM-CFD耦合数学模型

 3.1.2 裂缝导流能力计算步骤

 3.1.3 裂缝导流能力流固耦合模型的建立

 3.1.4 模型参数校验

 3.2 裂缝导流能力的影响因素

 3.2.1 裂缝闭合压力

 3.2.2 储层弹性模量

 3.2.3 铺砂浓度

 3.2.4 支撑剂组合形式

 3.2.5 支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响

 3.3 DEM-CFD模型与解析模型的对比

 3.4 本章小结

第4章 分支裂缝支撑剂不同铺置模式的导流能力

 4.1 页岩分支裂缝导流能力实验

 4.1.1 实验装置

 4.1.2 实验样品

 4.1.3 实验方案

 4.1.4 实验结果与分析

 4.2 页岩分支裂缝考虑支撑剂破碎的渗流-应力耦合模型

 4.2.1 支撑剂破碎离散元理论模型

 4.2.2 考虑支撑剂破碎的分支裂缝渗流-应力耦合模型

 4.2.3 页岩分支裂缝导流能力模型的验证

 4.3 页岩分支裂缝导流能力的影响因素分析

 4.3.1 岩石弹性模量

 4.3.2 分支裂缝表面形态

 4.3.3 支撑剂组合形式

 4.4 本章小结

第5章 水力压裂裂缝扩展过程中的支撑剂运移研究

 5.1 裂缝扩展过程中支撑剂运移的研究现状

 5.2 水力裂缝扩展过程中的支撑剂运移数值模型

 5.3 基准算例与模型验证

 5.3.1 模型参数

 5.3.2 基准算例

 5.3.3 模型验证

 5.4 水力裂缝宽度及支撑剂运移特征

 5.5 支撑剂临界尺寸优化

 5.6 本章小结

第6章 簇式支撑高导流通道的形成机制研究

 6.1 基于离散元固液两相模拟

 6.2 支撑剂簇运移-沉降的DEM-CFD耦合数值模型

 6.2.1 支撑剂颗粒及簇团的离散元模型

 6.2.2 支撑剂颗粒-流体双向耦合的LBM模型

 6.2.3 支撑剂簇运移-沉降DEM-CFD耦合程序求解

 6.2.4 模型验证

 6.3 支撑剂簇团运移-沉降规律研究

 6.3.1 支撑剂密度对支撑剂簇运移-沉降规律的影响

 6.3.2 压裂液排量对支撑剂簇运移-沉降规律的影响

 6.3.3 射孔参数对支撑剂簇运移-沉降规律的影响

 6.3.4 脉冲频率对支撑剂簇运移-沉降规律的影响

 6.4 本章小结

第7章 高导流簇式支撑裂缝的导流能力预测

 7.1 支撑柱的非线性本构模型

 7.1.1 支撑柱模型抽提

 7.1.2 通道压裂支撑柱力学参数测试方法

 7.1.3 支撑柱的非线性应力-应变本构模型

 7.2 通道压裂裂缝导流能力的离散元数值模拟

 7.2.1 通道压裂裂缝的等效渗透率模型

 7.2.2 通道压裂裂缝导流能力的离散元模型

 7.2.3 通道压裂裂缝导流能力的数值模拟分析

 7.3 基于支撑剂簇非线性变形的裂缝导流能力解析模型

 7.3.1 簇式支撑裂缝导流能力解析模型

 7.3.2 通道压裂裂缝导流能力的影响因素分析

 7.4 本章小结

第8章 压后返排过程中支撑柱宏微观变形及稳定机理

 8.1 压裂后返排支撑剂簇稳定性的DEM-CFD耦合模型

 8.1.1 支撑剂颗粒与纤维的互作用模型

 8.1.2 支撑剂簇稳定性的DEM-CFD流固耦合模型

 8.2 压后支撑剂簇的宏微观变形破坏规律

 8.2.1 裂缝闭合过程中支撑剂簇的宏微观变形破坏规律

 8.2.2 返排支撑剂簇团稳定性预测及规律研究

 8.3 支撑剂簇稳定性的影响因素分析

 8.3.1 返排压力梯度

 8.3.2 压裂液黏度

 8.3.3 支撑柱高度

 8.3.4 支撑柱直径与间距之比

 8.3.5 纤维黏结强度

 8.4 本章小结

第9章 簇式支撑裂缝导流能力预测技术的应用

 9.1 胜利油田高导流通道压裂参数优化

 9.1.1 支撑柱间距优化

 9.1.2 脉冲时间优化

 9.1.3 胜利油田致密油藏通道压裂适应性评价

 9.2 胜利油田通道压裂技术的应用情况

 9.3 本章小结

参考文献

簇式支撑高导流通道压裂技术，因其有效解决常规压裂技术所面临的有效裂缝短、导流能力低、有效期短、成本高等瓶颈问题，在世界多个低渗致密油气田广泛应用。本书介绍了作者多年来在复杂裂缝长效支撑及导流能力预测研究方面的成果，主要内容包括：①剪切作用下支撑裂缝的摩擦性质和渗透率演化；②主裂缝均匀多层铺砂导流能力的数值模拟；③分支裂缝支撑剂不同铺置模式的导流能力；④水力压裂裂缝扩展过程中的支撑剂运移研究；⑤簇式支撑高导流通道的形成机制研究；⑥高导流簇式支撑裂缝的导流能力预测；⑦压后返排过程中支撑柱宏微观变形及稳定机理；⑧簇式支撑裂缝导流能力预测技术的应用。 本书可作为研究复杂裂缝导流能力的参考用书，也可供具备一定学科知识基础、从事很好规油气压裂相关工作的技术人员和相关专业的研究生参考。