国家自然科学基金(41272339)
- 作品数：32 被引量：112H指数：7
- 相关作者：王志荣陈玲霞郭志伟贺平张利民更多>>
- 相关机构：郑州大学河南省煤田地质局河南农业职业学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金河南省自然科学基金河南省社会科学界联合会调研课题更多>>
- 相关领域：石油与天然气工程天文地球矿业工程建筑科学更多>>
- 水力压裂条件下焦作矿区低渗煤层气试验井产能预测被引量：7
- 2019年
- 为了探索焦作“三软”煤层(软煤、软顶和软底)水力压裂条件下煤层气渗透机理及产出规律,首先基于储层裂缝扩展模型,考虑压裂后煤体孔隙率对渗透率的影响,建立储层裂缝渗透模型,并进行试验单井的应用及分析,得出压裂缝长度、宽度、渗透率以及压裂后储层参数等指标;而后通过等温吸附曲线法与历史拟合法的综合分析,对煤层气井的采收率进行预测;最后结合所得指标参数与采收率,运用FracproPT软件对矿区GW-002试验井进行2 430 d的产能预测。结果表明:该试验井模拟预测的平均日产气量可达596.87 m^3,采收率可达32.86%,累计产气量可达1.09×10^6 m^3,数值模拟出的产气量与实采数据较为吻合,满足煤层气开采技术要求,可用于指导焦作矿区煤层气井压裂抽采实践与产能预测。
- 王志荣杨杰陈玲霞郭志伟
- 关键词：水力压裂采收率产能预测
- 水力压裂近井区裂缝转向扩展机理被引量：12
- 2020年
- 针对水力压裂条件下煤层气井初始压裂缝转向问题,首先基于断裂力学原理与最大周向应力准则,分析了储层原始地应力场和压裂液渗透场时空演化规律,建立了裂缝转向起始模型,并考虑转向裂缝面复杂的应力边界条件,利用位移不连续法建立了裂缝转向扩展模型;其次着重考虑了射孔角度、地应力差及施工排量对压裂缝转向扩展的影响,结合焦作恩村矿区现场施工参数,分别计算了裂缝起偏角度和偏转距离。计算结果表明:水力压裂条件下,射孔角度与地应力差对近井区压裂缝转向影响较大,而压裂液排量则影响较小;当射孔角度或地应力差较小,压裂缝偏转距离较大,形成的压裂缝曲率也较小;反之亦然。最后运用有限离散(XFEM)软件模拟裂缝转向扩展机制,与计算结果对比表明,二者较为吻合,从而验证了理论模型的正确性。研究成果可为定向射孔水力压裂现场控制提供理论指导。
- 王志荣宋沛温震洋陈玲霞
- 关键词：水力压裂
- 注水压裂条件下软煤裂隙损伤与煤层气渗透耦合特征被引量：6
- 2014年
- 针对豫西“三软”煤层的低渗性与流变性,探讨了复杂地质条件下主采二1煤层生、储气层的变形特征.基于ABAQUS平台进行软件二次开发,讨论了注水压裂条件下二1煤裂隙的应力与损伤特性;利用T-P损伤演化准则的Cohesive单元,揭示了软煤裂隙的张裂宽度与延伸距离之间的近似线性关系.模拟结果表明,注水压力条件下,软煤裂隙的应力与损伤演化是一个随时间逐渐发展的过程,在5～ 10 MPa静荷载作用下,注水1～2h,软煤裂隙的损伤范围约为80～100 m,从而大幅度地改善了“三软”煤层低渗性能.
- 王志荣韩中阳李树凯胡向志
- 关键词：瓦斯渗透煤层气抽采
- 水力压裂条件下“三软”煤层压裂渗透模型及应用被引量：8
- 2017年
- 为了探索水力压裂条件下由软煤、软顶和软底构成的特殊地质体(简称"三软"煤层)裂缝的扩展规律,以及压裂后储层的裂隙分布特征,结合河南焦作煤层气田的注水压裂试验,基于PKN模型的裂缝宽度假设与裂缝流动的摩阻压降规律,着重考虑软煤裂隙中压裂液的滤失因素,构建了水力压裂条件下"三软"矿区碎裂煤的裂缝扩展模型与渗透率计算模型,并运用地震实测法和渗透率反演计算法分别进行了验证。研究结果表明,实际施工条件下试验区二_1煤层压裂后的裂缝几何特征大致相同,长度分布区间为81.85~139.23m,平均为100.41m;最大裂缝宽度区间为24.83~32.78mm,平均为27.32mm,裂缝长度与地震实测结果基本一致。应用裂缝渗透模型,进一步计算得到压裂后煤储层的渗透率一般在(9.21~86.61)×10^(-3)μm^2之间,平均为31.63×10^(-3)μm^2。与后期排采结果所得到的储层渗透率反演值相对比,二者基本吻合。由此可见,压裂改造后的煤储层的渗透率得到显著提高,裂缝扩展与裂缝渗透模型皆可应用于指导"三软"矿区的压裂抽采实践与产能预测。
- 王志荣贺平郭志伟陈玲霞徐培远
- 关键词：水力压裂
- 水力压裂条件下裂隙性煤储层垂直试验井产能预测被引量：3
- 2021年
- 煤层气井产能预测一直是天然气工业领域试图解决的技术性难题。为探究水力压裂条件下裂隙性煤储层气渗透机理及产能规律,首先考虑其原生裂隙的几何特征对裂缝扩展规律的影响,结合经典PKN模型建立了改进的水力裂缝扩展模型;其次考虑排采过程中水力裂缝几何尺寸变化对煤储层孔隙率的影响,基于储层压力梯度动态方程建立了储层动态渗透率模型;最后运用流体质量守恒原理建立了裂隙性储层煤层气垂直井产能预测模型。运用该模型对河南焦作"三软"矿区GW试-008井进行了试验期70 d的产能计算,并与实际排采值进行对比,发现理论计算值与实际排采值动态变化曲线吻合度较高,平均日产气量分别为360.768 m^(3)/d与381.489 m^(3)/d,相对误差仅为6%,验证了产能模型的正确性。研究成果对我国"三软"矿区煤层气的开发利用具有重要的借鉴意义。
- 王志荣温震洋陈玲霞
- 关键词：原生裂隙水力裂缝产能模型
- 水平井分段压裂射孔间距对煤储层压裂缝延伸的影响被引量：2
- 2023年
- 水平井分段压裂射孔间距对煤储层渗透性能影响显著,为了探讨不同射孔间距下煤储层压裂缝延伸规律,以鄂尔多斯大宁-吉县矿区为例,采用扩展有限元法模拟射孔间距对压裂缝起裂压力、几何特征和延伸形态的影响。结果表明:当射孔间距较小时,裂缝起裂压力较高,高度与宽度较小,且延伸形态较为复杂,裂缝偏向最小水平主应力方向延伸;随着射孔间距增大,裂缝起裂压力降低,高度与宽度增加,裂缝延伸逐渐回归到最大水平主应力方向;射孔间距达到105 m时,裂缝起裂压力与几何形态基本不再发生变化,所有裂缝不再偏转,压裂效果最佳。现场验证表明,模拟结果与实测数据吻合度较高,各项参数误差仅2%~5%,从而证明所建数值模型的正确性。研究结果可为水平井分段压裂施工设计提供理论依据。
- 王志荣胡凯陈玲霞宋沛
- 关键词：水平井分段压裂
- 考虑储层流变性的水力压裂起裂时间计算模型被引量：2
- 2021年
- 针对水力压裂过程中流体与岩体相互作用的时间效应以及起裂阶段两者耦合机制的问题,首先根据含气软煤的蠕变试验结果,通过对储层物性的分析,利用经典流变组合广义Kelvin模型以及MATLAB最小二乘迭代法的拟合方法,建立改进的六元件非线性黏弹塑性本构模型;其次,在六元件非线性黏弹塑性蠕变模型基础上,结合垂直井裂缝性储层的起裂压力模型,建立低渗软煤的起裂时间计算模型;最后,结合焦作富水矿区试验井压裂资料与煤样测试资料,对模型进行求解与验证。研究结果揭示了煤储层起裂时间与起裂压力的科学匹配关系,以及储层裂缝特性对起裂时间的控制作用,可为维护软煤压裂缝以及保护矿区地下水环境提供理论参考。
- 王志荣胡凯陈玲霞郭志伟
- 关键词：垂直井蠕变模型起裂压力
- 巷道断层带瓦斯突出及防护岩柱临界厚度确定被引量：2
- 2015年
- 矿井巷道在穿越含瓦斯断层或石门揭煤的掘进过程中,常常遇到岩石(煤)与瓦斯的超前突出。为科学地预留安全岩柱,通过深入分析各种突出影响因素,笔者修正了微元体中有效应力的表达式,从断裂力学的角度分析了岩柱内裂隙面上的应力状态,通过分析裂纹尖端周边的应力场,得出了裂纹尖端应力集中的力学成因,认为岩石(煤)与瓦斯突出是裂纹尖端应力强度因子达到岩体的断裂韧度时裂纹发生失稳扩展从而产生破坏的动力现象,并以此建立了岩柱临界安全厚度的计算模型。实践证明,计算得出的安全岩柱厚度与施工中的实际案例较为吻合。
- 王志荣李亚坤李潇旋韩建华
- 关键词：有效应力应力强度因子
- 考虑裂缝特性指标的煤层气“垂直井”起裂压力计算方法被引量：7
- 2018年
- 为探究碎裂煤储层中裂缝特性指标对垂直井起裂压力的影响规律,解决垂直井起裂压力的理论计算问题,首先基于断裂力学和弹性力学原理,考虑原生裂缝特性和压裂液渗透特性,建立了垂直井起裂压力模型。其次定量化分析原生裂缝特性对起裂压力的影响,提出了"裂缝特性指标T"的概念,并推导出T的数学表达式。最后对起裂压力做了原生裂缝特性参数敏感度分析,得出影响起裂压力的最敏感性因素为裂缝宽度b,且当b在100~700μm区间内时地层的裂缝特性指标对起裂压力有实际意义,解决了压裂目标层的选择问题。研究结果表明,垂直井起裂压力的影响因素不仅与储层岩石力学性质、应力场、压裂液性质、井孔尺寸有关,还与原生裂缝的宽度、长度、密度以及裂缝面的粗糙度有关,尤其是裂缝宽度的小范围波动都会引起垂直井起裂压力较大的变化。根据焦作矿区恩村5口试验井田实际地质勘查资料和压裂施工资料,对垂直井起裂压力进行了计算和验证,发现实际起裂压力与大部分计算结果较为吻合,且与井筒埋深的变化趋势一致,表明该理论模型对于垂直井起裂压力的实际控制具有一定的指导意义。
- 王志荣贺平郭志伟王永春
- 关键词：起裂压力
- 考虑地下水害防治的水力压裂缝形态分布特征研究被引量：1
- 2023年
- 为深入探讨裂隙性储层水力压裂缝的穿隙特征及影响因素,基于RFPA2D有限元软件,根据焦作矿区煤岩测试结果,模拟岩石破裂过程,分析裂缝形成的主导因素;其次,运用ABAQUS中Cohesive单元,考虑裂缝尖端应力场和煤层内部原生裂隙系统的耦合作用,根据该矿区地质条件和二1煤层物理力学参数,建立有限元分析模型,并进行压裂缝延伸的数值模拟。结果表明:不同地质条件下压裂缝延伸路径分为3种基本模式,即定向直线延伸、转向折线延伸和二次转向折线延伸;裂缝尖端应力差、原生裂隙发育特征是影响水力压裂缝形态与分布的关键因素。在应力差较小时,原生裂隙的力学性能对压裂缝分布形态起主导作用,随着应力差增大,其主导作用逐渐减弱。应力差过小、原生裂隙强度过弱,均易在原生裂隙处发生交叉转向,从而容易触及含水层,诱发各种地下水害。
- 李亚坤王志荣胡凯陈玲霞
- 关键词：数值模拟
