《非常規天然氣開採中關鍵力學問題理論與試驗研究》是依託北方工業大學，由沈新普擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非常規天然氣開採中關鍵力學問題理論與試驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈新普
- 依託單位：北方工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題將圍繞非常規石油氣田鑽井及完井工程中關鍵力學問題，進行理論研究和試驗研究，開發出相應的理論模型及數值計算工具軟體。主要內容包括：（1）用二階張量損傷表達具有強烈各向異性的儲層內賦存的天然裂隙，在連續介質損傷力學框架內研究孔隙壓力作用下的塑性損傷演化與孔隙壓力及其梯度變化的耦合關係。（2）結合具有孔隙壓力變數的粘性界面單元，綜合使用上述開發的連續損傷和界面斷裂本構模型，模擬壓裂施工過程中孔隙壓力作用下儲層主裂紋面上各點的張開位移、以及岩石基體內張量損傷的演化，並進一步採用實驗和數值兩種方法研究張量損傷與滲透係數及孔隙率的耦合變化規律。（3）結合物探測井資料和地層材料的物理力學特性，建立基於最佳力學特性的井孔軌跡最佳化設計的理論方法。最佳化後的井孔軌跡將綜合具有易鑽進、和易於進行壓裂施工等優點。（4）把上述理論成果用於某油田的非常規油氣工程實際，為非常規油氣開發提供初步的理論指導服務。
結題摘要
本項目圍繞非常規石油氣田鑽井及完井工程中具有重大科學意義和工程價值的關鍵力學問題，進行了大量的理論分析和試驗研究，開發出了相應的理論模型及數值計算工具軟體。取得的主要成果有4個方面： （1）建立了完整的損傷力學模擬水力壓裂三維數值模擬理論體系和計算格式，開發了基於有限元軟體的數值模擬工作流程。這個方面取得的具體的成果內容包括：(1) 提出了孔隙岩體損傷演化的本構模型，並且在熱力學框架內驗證了模型的完整性；(2) 提出了孔隙岩體損傷-滲透率耦合函式關係的經驗公式；(3) 提出了基於水力壓裂產生的損傷變數分布的有效裂縫的量化判斷準則；(4) 根據壓裂產生的有效裂縫、以及無效裂縫疊加產生有效裂縫的原理，提出了水平井多段壓裂施工最佳化技術方法；(5) 提出了利用天然裂隙實測信息確定儲層初始損傷的理論模型，並在此基礎上，預測了具有天然裂隙的緻密儲層的水力壓裂縫網分布情況。 （2）綜合使用連續損傷和界面斷裂本構模型，解決了非常規頁岩油氣和緻密砂岩油氣開發中的兩個重要工程問題：(1) 提出了裂隙行頁岩氣儲層和裂隙型緻密砂岩儲層鑽進時壓力封堵提高泥漿壓力視窗上限的數值計算格式及計算分析技術。(2) 出了基於地質力學三維數值解的鑽屑回注可行性分析技術。 （3）建立了基於最佳力學特性的井孔軌跡最佳化設計的理論方法。最佳化後的井孔軌跡將綜合具有既包括了儲層甜點又易於壓裂等優點。 （4）開發了基於有限元的管柱力學三維數值分析技術，進行了大量的理論分析和數值計算研究：(1)提出了水力壓裂套管完整性評價理論方法。(2) 結合有限元接觸單元技術，建立了超深高溫高壓井管柱的熱彈塑性變形分析的技術方法，為超深高溫高壓井管柱的完整性分析提供了準確高效的理論工具。 本項目成果實現了水力壓裂形成的裂紋群擴展的真三維描述。這使得我國在緻密儲層改造的水力壓裂設計理論與套用實踐處於國際領先水平，對於在我國實現頁岩氣革命具有重要的理論意義和重大的工程實用價值。
