目錄
第1章 緒論 1
1.1 全球頁岩氣資源 1
1.1.1 頁岩及頁岩氣 1
1.1.2 國外主要地區頁岩氣資源 4
1.1.3 中國頁岩氣資源 7
1.2 中國南方海相頁岩儲層特征 10
1.2.1 組分特征 11
1.2.2 物性特征 16
1.2.3 地質力學特征 27
1.2.4 潤濕性特征 32
1.2.5 儲層流體特征 35
1.3 頁岩壓裂技術發展歷程與理論研究現狀 37
1.3.1 頁岩壓裂技術發展歷程 37
1.3.2 頁岩壓裂理論研究現狀 40
參考文獻 54
第2章 頁岩可壓性評價 63
2.1 頁岩可壓性評價方法 63
2.1.1 可壓性與脆性定義 63
2.1.2 目前可壓性評價方法局限性 64
2.2 基於礦物組分頁岩脆性評價 66
2.2.1 頁岩三軸力學破壞實驗 66
2.2.2 礦物組分對破裂形態影響 68
2.2.3 礦物組分對脆性影響程度排序 73
2.3 基於力學破壞機制頁岩脆性評價 78
2.3.1 頁岩脆性斷裂特征與機制 78
2.3.2 基於拉張破壞脆性評價 84
2.3.3 全應力應變破壞過程脆性評價 88
2.4 頁岩可壓性綜合評價 94
2.4.1 天然裂縫張開長度計算 94
2.4.2 可壓性綜合評價 101
2.4.3 可壓性評價應用 103
2.5 頁岩壓裂後裂縫評價 106
2.5.1 遠離裂縫直接成像技術 106
2.5.2 直接近井眼裂縫診斷技術 109
2.5.3 間接壓裂縫診斷技術 112
2.5.4 壓裂縫評價技術對比 116
參考文獻 117
第3章 頁岩壓裂導流能力評價與預測 119
3.1 頁岩壓裂裂縫支撐模式 119
3.1.1 頁岩力學破壞機理 119
3.1.2 頁岩壓裂縫支撐模式 121
3.2 頁岩支撐劑裂縫導流能力評價 123
3.2.1 支撐劑導流能力測試裝置 123
3.2.2 支撐劑嵌入測試 126
3.2.3 支撐裂縫導流能力測試 130
3.3 頁岩自支撐裂縫導流能力評價 133
3.3.1 自支撐裂縫導流能力實驗評價 133
3.3.2 自支撐裂縫導流能力影響因素 136
3.4 頁岩自支撐裂縫導流能力預測 140
3.4.1 粗糙錯位裂縫形態物理模型 140
3.4.2 粗糙錯位裂縫變形數值模型 147
3.4.3 粗糙錯位裂縫中流體LBM流動模擬 154
3.4.4 自支撐裂縫導流能力預測 157
參考文獻 162
第4章 頁岩水平井壓裂裂縫參數優化 165
4.1 頁岩儲層氣體賦存及運移機理 165
4.1.1 頁岩儲層氣體賦存特征 165
4.1.2 頁岩氣多尺度運移機理 167
4.2 頁岩氣水平井壓裂非線性滲流產能模型 186
4.2.1 頁岩氣儲層滲流模型 186
4.2.2 頁岩氣壓裂縫網滲流模型 189
4.2.3 頁岩氣壓裂水平井非線性滲流模型 190
4.3 頁岩氣壓裂水平井產能影響因素 195
4.3.1 模型驗證與對比 195
4.3.2 影響因素分析 201
4.4 頁岩水平井壓裂裂縫參數優化 210
4.4.1 頁岩壓裂復雜壓裂縫表征方法 210
4.4.2 頁岩多段壓裂裂縫參數優化 212
參考文獻 220
第5章 頁岩水平井多段多簇壓裂擴展模擬 222
5.1 頁岩-弱面交互壓裂裂縫擴展數學模型 222
5.1.1 Cohesi線彈性力學模型 223
5.1.2 裂縫內流體流動模型 223
5.1.3 壓裂滲流-應力耦合模型 224
5.1.4 裂縫起裂及擴展準則 225
5.1.5 天然裂縫損傷模型 226
5.2 頁岩-弱面交互水力裂縫擴展模擬 229
5.2.1 水力裂縫-天然裂縫交互擴展 229
5.2.2 水力裂縫-弱面交互擴展 233
5.2.3 水力裂縫-天然裂縫-弱面交互擴展 237
5.3 水平井分段多簇壓裂裂縫擴展模擬 238
5.3.1 誘導應力場模型 239
5.3.2 流體壓力場模型 244
5.3.3 裂縫擴展準則 248
5.3.4 數學模型求解 249
5.4 水平井多段多簇壓裂擴展規律及施工參數優化 253
5.4.1 多段多簇壓裂裂縫擴展規律 253
5.4.2 多段多簇裂縫擴展均勻性分析 255
5.4.3 多段多簇壓裂施工參數優化 257
5.4.4 多段多簇壓裂現場應用分析 263
參考文獻 268
第6章 頁岩儲層壓裂支撐劑輸送實驗模擬研究 270
6.1 滑溜水壓裂支撐劑輸送實驗 270
6.1.1 單翼裂縫支撐劑輸送實驗 270
6.1.2 復雜縫網支撐劑輸送實驗 274
6.2 通道壓裂支撐劑輸送實驗研究 280
6.2.1 實驗裝置及條件 281
6.2.2 支撐劑輸送鋪置形態影響因素 283
6.2.3 通道壓裂支撐劑鋪置形態 290
6.3 交替泵注壓裂支撐劑輸送實驗研究 292
6.3.1 實驗裝置及條件 293
6.3.2 正向交替泵注實驗研究 294
6.3.3 反向交替泵注實驗研究 300
參考文獻 301
第7章 頁岩儲層壓裂支撐劑輸送數值模擬研究 303
7.1 裂縫網絡幾何模型 303
7.2 歐拉固液兩相流模型 305
7.2.1 控制方程和本構方程 306
7.2.2 k-ε混合物湍流模型 309
7.2.3 邊界條件 310
7.2.4 模型求解 311
7.2.5 模型驗證 312
7.3 小尺度復雜裂縫支撐劑輸送模擬 314
7.3.1 主縫和次縫支撐劑輸送和鋪置 314
7.3.2 支撐劑輸送影響因素 319
7.3.3 復雜裂縫支撐劑輸送規律 337
7.4 大尺度復雜裂縫支撐劑輸送模擬 344
7.4.1 滑溜水攜支撐劑輸送規律 344
7.4.2 膠液攜支撐劑輸送規律 347
7.4.3 頁岩儲層壓裂壓裂液優化 351
參考文獻 352
第8章 頁岩壓裂水相自吸機理與返排優化 354
8.1 頁岩多重孔隙水相自吸作用 354
8.1.1 頁岩多重孔隙特征 354
8.1.2 頁岩自吸流動基本特征 359
8.2 頁岩多重孔隙水相自吸模型 366
8.2.1 非黏土孔隙分形自吸模型 366
8.2.2 黏土孔隙分形自吸模型 370
8.2.3 頁岩多重孔隙分形自吸模型 373
8.2.4 頁岩多重孔隙水相自吸規律分析 377
8.3 水相自吸對頁岩物性和結構影響 384
8.3.1 物性參數 384
8.3.2 宏觀結構 389
8.3.3 微觀結構 392
8.3.4 質量變化 400
8.3.5 自吸破壞力學分析 403
8.4 頁岩壓裂返排率預測與返排參數優化 411
8.4.1 頁岩壓裂返排率預測模型 411
8.4.2 頁岩壓裂返排參數優化 414
參考文獻 420