论文题目：河北省献县隆起蓟县系雾迷山组热储层增产技术研究
摘要：河北献县隆起地热资源丰富,蓟县系雾迷山组碳酸盐岩热储层是河北献县主要的地热层位之一。目前对于如何高效开发该层地热资源,特别是通过人工增产的技术手段目前尚不完全清楚。国内外大量的工程实践表明,压裂技术是激发碳酸盐岩热储层的有效手段,水力压裂是其中的一个重要手段。本文以雾迷山组地热储层为研究对象,在确定地热储层典型岩样的热物性与力学参数的基础上,开展了室内压裂过程模拟物理试验以及水力压裂模拟,对于该部分的增产原理与效果等开展深入分析。依靠此次分析获得了下述结论:（1）对蓟县系雾迷山组地热储层岩石的物性参数进行了测试,确定了渗透率、围压参数、热膨胀系数、比热容参数及导热系数等。（2）室内试验表明:地热储层岩石裂缝不发育时,常规水力压裂的破裂压力显著高于酸化压裂破裂压力;储层岩石裂缝发育程度直接影响到压裂效果;地热储层岩石裂缝发育时,水力压裂起裂压力和裂缝的形态由天然裂隙的发育程度决定,与温度的关系不大,水力压裂对热储层的增渗作用主要以激活天然裂隙为主。岩石天然裂隙的发育程度对水力压裂条件和裂缝的形态影响较大。（3）数值模拟结果显示水力压裂初始裂缝垂直于最小主应力方向,在裂缝尖端处,应力最大,应力由尖端向周围呈“蝴蝶”状减小。常规水力压裂过程中,裂缝内流体压力以及入口处裂缝宽度随时间的变化均可分为3个阶段:压力积累阶段、沿射孔起裂阶段、裂缝稳定扩展阶段。稳定扩展时压力与实验室测定的起裂压力基本吻合。其中,改变压裂液粘度和注入速度对裂缝宽度不会有大的影响。（4）在小型压裂试验基础上,调整了压裂工艺,降低砂量、减小液量、改变加砂方式和泵注程序,进行现场主压裂试验,单位涌水量增大1倍多,压裂后效果增加104.66%,压裂效果得到明显增强。（5）地热综合梯级利用表明地热发电机组在冬季的运行效果要好于春季,地热发电与地热供暖两级利用的地热能源利用效率介于24.3%～35.4%之间,平均值为29.2%。
关键词：水力压裂;增产技术;蓟县系雾迷山组;献县隆起
学科专业：地质工程
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 地热储层改造技术研究现状
1.2.2 地热储层改造数值模拟研究现状
1.3 研究区地热储层小型压裂试验进展现状
1.4 主要研究内容
1.5 研究方法与技术路线
1.5.1 研究方法
1.5.2 技术路线
1.6 论文主要创新点
2 研究区概况与地热地质条件
2.1 自然地理概况
2.1.1 地理位置
2.1.2 地形地貌
2.1.3 气象与水文
2.2 社会经济概况
2.3 区域地热地质条件
2.3.1 地质构造与岩性
2.3.2 热储层特征
2.4 本章小结
3 储层岩石物性参数测试与室内压裂物理模拟试验
3.1 现场取样与试样加工
3.1.1 目标储层岩芯资料
3.1.2 现场取样与试样加工
3.2 物理力学参数试验研究
3.2.1 热学参数
3.2.2 流固耦合参数
3.2.3 力学特性
3.3 室内压裂过程物理模拟试验
3.3.1 大尺寸高地应力压裂物理模拟试验
3.3.2 温度应力耦合环境下水力压裂试验
3.4 本章小结
4 基于ABAQUS的水力压裂数值模拟
4.1 ABAQUS软件介绍
4.2 水力压裂理论基础
4.2.1 多孔介质基本理论及其在ABAQUS模型中的主要参数
4.2.2 孔隙介质有效应力原理
4.3 ABAQUS中水力压裂数值模型和基本方程
4.3.1 模型基本假设
4.3.2 岩石应力平衡方程
4.3.3 裂缝内流体流动方程
4.3.4 多孔介质流体流动
4.3.5 渗流-应力耦合基本方程
4.3.6 边界条件
4.4 扩展有限元法介绍
4.4.1 扩展有限元法原理
4.4.2 扩展有限元法模拟裂隙体的功能
4.4.3 基于扩展有限元的裂缝起裂扩展准则
4.5 COHESIVE单元介绍
4.5.1 Cohesive单元基本特征
4.5.2 Cohesive单元原理
4.5.3 基于Cohesive单元的裂缝起裂扩展准则
4.6 基于ABAQUS的水力压裂数值模拟
4.6.1 模型概况
4.6.2 基础模型水力压裂结果
4.6.3 射孔方位角对裂缝扩展规律的影响
4.6.4 水平应力差对裂缝扩展规律的影响
4.6.5 注入液排量对裂缝扩展规律的影响
4.6.6 压裂液粘度对裂缝扩展规律的影响
4.6.7 弹性模量对裂缝扩展规律的影响
4.6.8 基于cohesive单元的水力裂缝与天然裂缝相交扩展规律模拟
4.7 本章小结
5 场地主压裂工程实践及地热梯级利用
5.1 场地主压裂试验井概况
5.2 水力压裂方案及实施
5.2.1 压裂试验设计
5.2.2 压裂效果分析
5.3 地热资源梯级利用
5.3.1 梯级利用工作设计
5.3.2 梯级利用工作情况及效果
5.4 本章小结
6 结论及建议
6.1 结论
6.2 不足与展望
参考文献
致谢