水力压裂是一项有广泛应用前景的油气井增产措施,其中对水力压裂井产能的评价是水力压裂技术的重要基础。本文首先扼要回顾了国内外水力压裂的发展历程,总结了发展特点和矿场应用特点,接着阐述了水力压裂增产机理和主要影响因素,然后以高等数学为手段,通过物理模拟和数学模拟的结合,重点研究了水力压裂井的产能定量评价和油藏工程优化设计方法,得到了一些文献中未见报道的认识和结果,最后给出了新的产量递减曲线和包含气体渗流的非 Darcy 效应的非线性的 IPR 方程。 论文研究得到的有特色的结论主要包括: 1 根据渗流力学理论分析指出了水力裂缝无量纲导流能力的含义,认为无量纲导流能力是裂缝内流体流出的流量与裂缝允许地层进入的流体流量之比值。理解无量纲导流能力的含义非常重要,能够让矿场工程师们意识到导流能力在压裂增产增注中的作用。 2 对三种裂缝模型以及电模拟结果进行了理论评价,认为对垂直裂缝井产能的电模拟是一种介于机理模拟和比例模拟之间的模拟,其给出的模拟结果是近似的,曲线形状比较好,但定量结果比较差,可以通过建立数学模型,用数学模拟结果取而代之。 3 完成了国内外典型支撑剂的导流能力闭合应力影响实验,在数据分析中定义了支撑剂短期导流能力变异系数,并由此发现裂缝短期导流能力随闭合应力变化的近似符合指数关系式; 4 建立了一种水力压裂井稳态产能的数学模拟器,计算分析找到了最优无量纲导流能力与裂缝穿透比之间的新型关系曲线,它是水力压裂优化设计的基础; 5 阐述了水力压裂油藏工程优化设计的重要性,提出了优化设计方法,在已知支撑剂物性参数条件下可简洁计算最优裂缝尺寸; 6 数学模拟给出了垂直裂缝井产量递减标准曲线,在井底定压条件下通过渐近分析表明,该递减曲线满足指数关系式。 7 给出了一种包含非 Darcy 流动的气井流入动态分析非线性方程,在已知气藏平均压力的条件下可以通过该方程预测气井产量等。 本文的结果一定程度地发展了水力压裂产能分析理论,对提高矿场水力压裂增产效率和经济效益有切实的指导意义。