高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩声发射演化特征及损伤本构模型

通过液氮(LN_2)压裂在储层中形成大规模裂隙网络,可以有效提高干热岩储层的热能提取效率。为研究液氮冷冲击作用对不同温度储层的压裂机理和致裂效果的影响,对经过高温加热(25℃~400℃)和液氮冷冲击处理后的花岗岩试样进行单轴压缩试验,分析了花岗岩力学强度及声发射等多项参数的演化特征,并进一步构建了考虑声发射参数的损伤本构模型,用于评价和预测高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩的变形和强度特征。结果表明:高温和液氮冷冲击的联合作用显著劣化了花岗岩力学性能,峰值强度逐渐降低,最大降幅达到32.8%。同时随着加热温度的升高,不同矿物颗粒之间的热膨胀变形存在差异,导致矿物颗粒之间变形不协调。随着初始加热温度的升高,声发射最大b值平均值显著上升,最大增幅达到32.2%,且声发射振铃计数的初始静默阶段对应的应变量大幅度降低,最大降幅达到54.3%。随着加热温度的升高,液氮冷冲击作用使得微裂纹的生长更为密集,花岗岩在外部荷载作用下,微裂隙不断扩展贯通,更容易形成剪切变形,发生剪切破坏的起始应力水平逐渐下降,最大降幅达到62.3%,同时RA-AF散点值在剪切区域占比增加,最大增幅达到29.5%。此外,本文以声发射振铃累计计数为变量构建了考虑声发射参数的损伤本构模型,能够描述不同高温和液氮冷冲击处理后花岗岩各力学参量在变形破坏过程中的演化特征。

液氮冻结条件下岩石孔隙结构损伤试验研究

液氮温度极低,约在-195.56^-180.44℃之间,当与岩石接触时会对岩石孔隙结构产生损伤。根据这一特点,低温液氮有望作为压裂流体对储层进行压裂改造。为了研究液氮冻结对岩石孔隙结构损伤的影响,选取两种不同砂岩岩样,分别在不同初始含水饱和度条件下进行液氮冻结处理。对冻结前、后的岩样进行孔隙度以及核磁共振测试,得到岩样在冻结前、后的孔隙度、横向弛豫时间T2分布以及T2谱面积变化情况。试验结果表明:液氮冻结会对岩石的孔隙结构产生损伤,损伤程度受到岩性、孔隙度和岩石含水饱和度等因素影响;岩石含水饱和度越大,损伤就越严重,当岩石含水饱和度达到100%时,岩石表面产生了明显裂纹;岩石在液氮冻结下损伤形式主要是微孔隙的发育和扩展,微孔隙的增加会使岩石孔隙结构的连通性增强,甚至会产生新的大尺寸孔隙,从而对孔隙结构造成严重损伤。

液氮压裂中液氮对岩石破坏的影响试验

为了研究液氮对岩石破坏的影响,在理论分析的基础上,借助核磁共振测试技术,通过测试所选取的砂岩岩样孔隙体积及孔隙结构的变化,研究液氮对干燥状态和饱和水状态岩样的破坏形式。结果表明:液氮的热力冲击作用可使干燥岩石在较短时间内产生收缩变形和孔隙体积减小,试验后红色砂岩和白色砂岩岩样的孔隙体积分别降低了8.63%和4.78%;冻结作用对饱和岩样的矿物颗粒之间胶结较弱处具有损伤破坏作用,当损伤达到一定程度后,会贯通成缝,使岩体出现断裂现象。

液氮对页岩的致裂效应及在压裂中应用分析

为研究液氮对页岩的致裂效应,对同一页岩岩样在液氮冷却处理前后进行超声波和渗透率测试,并对比岩样表面的变化情况,分析液氮对岩石的致裂机制和影响因素,并讨论液氮压裂技术在页岩气开发上具有的优势及其应用前景。试验结果表明:经过液氮冷却后,页岩表面有明显的热力裂缝产生,液氮能够对页岩产生显著的致裂效果;液氮低温作用能够促进页岩内部微裂纹的扩展,提高孔隙结构的连通性,使页岩波速降低、渗透率增加;试验中页岩的波速最大降幅为10.43%,渗透率最大增幅为177.27%。

水平井分段酸化酸压技术现状及展望

水平井分段酸化酸压是油气藏增产的重要措施,在油气田开采中得到了广泛应用。目前国内外常用的几种分段酸化酸压技术,主要包括投球法、化学转向技术、连续油管注酸技术、水力喷射技术以及封隔器转向技术。介绍目前国外新兴的且得到广泛应用的定点喷射酸化技术,阐述其中的钻井管柱射流酸化技术、旋转射流酸化技术和自弯曲射流酸化技术。文章对未来发展趋势进行了展望,认为不压井拖动管柱水力喷射酸压技术和连续油管拖动酸化酸压技术,具有诸多优势,相关配套技术会随着水平井酸化酸压技术的发展而进一步完善,水力喷射和连续油管拖动技术具有较好应用前景;国外新兴的定点喷射技术由于工具结构和尺寸相对灵活,可以满足复杂井况要求。对水平井分段酸化酸压具体工艺的选择给出了建议。

水力喷射注氮压裂工艺及参数设计计算

针对常规水力压裂技术在低压、低渗和能量衰竭地层应用中,常会出现压裂液滞留及返排率低等问题,提出了水力喷射注氮压裂方法,并论述了该方法的特点及施工流程。在分析水力喷射注氮压裂井筒流动压降基础上,结合水力喷射参数及喷嘴组合优选原则和具体实例给出了工艺参数设计方法和计算步骤。计算结果表明,对于同一喷嘴组合而言,地面油管压力随着油管排量的增加而增加,但会随着井口氮气干度的增加而降低;对于不同喷嘴组合,都有其所适用的油管排量和井口氮气干度范围,可用于指导施工时参数设计;水力喷射注氮压裂存在一个最优油管泵注排量,该排量可以满足设计中所有的井口氮气干度要求,文中算例的最优油管施工排量为2.5-3.0 m^3/min;最后分析了水力喷射注氮压裂相对于常规液氮压裂所具有的优势。分析和计算的结果可以为水力喷射注氮压裂现场应用以及参数设计提供参考。

超临界二氧化碳喷射压裂井筒流体相态控制

为了探索超临界CO2喷射压裂的井筒流体相态控制方法,建立了超临界CO2喷射压裂井筒流动模型,进行了实例计算和分析,并以异常低地温梯度的地层为例研究井筒流体的相态控制问题。结果表明:超临界CO2喷射压裂过程中,随着井深增加,井筒压力逐渐增高,井筒温度先增高后在接近压裂层位处开始降低;井筒压力很容易达到CO2流体的临界压力,井筒温度的控制是超临界CO2喷射压裂相态控制的关键;如果地温梯度过低,压裂层位井筒中的CO2流体将达不到临界温度,影响超临界CO2喷射压裂作业的正常进行,此时提高注入CO2流体的温度,可有效促进压裂层位的CO2成为超临界态。该研究可为超临界CO2喷射压裂技术的流体相态控制提供一定的借鉴。

液氮冻结对岩石抗拉及抗压强度影响试验研究

液氮温度极低(-195.8℃),当与储层岩石接触时,能够改变岩石物性并对岩石结构产生损伤致裂,因此,可用于储层压裂改造。为了研究液氮压裂时低温对岩石力学性能的影响,分别对不同含水状态(干燥与饱和)的不同类型(大理岩、砂岩和花岗岩)岩石进行液氮冻结处理,并对冻结前、后岩样进行抗拉及单轴抗压强度对比测试。结果表明,经液氮冻结后,岩石的单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量都降低;岩石在干燥状态下,液氮冻结对大理石强度的影响大于对红砂岩的影响;岩石饱和水状态下,液氮冻结对红砂岩强度的影响大于对大理岩的影响;饱和水状态岩石经液氮冻结后,其应力-轴应变曲线在弹性变形阶段出现一个拐点;对于同种类型岩石,饱和水状态能加剧液氮冻结并对岩石损伤,岩石强度影响显著;对3种岩样微观结构进行了电镜扫描(以大理岩为例进行分析),发现经液氮冻结后在矿物颗粒之间生成了微裂隙。研究结果可为进一步研究液氮压裂机制提供试验依据。

超临界二氧化碳喷射压裂孔内流场特性

为了证实利用超临界二氧化碳(CO2)流体进行喷射压裂的可行性,利用Span-Wagner气体状态方程建立超临界CO2流场的计算流体力学模型,模拟超临界CO2喷射压裂过程中的孔内流场。结果表明:在喷嘴压降相同的条件下,与水射流相比,超临界CO2射流的射流速度更高,射流核心区更长;超临界CO2喷射压裂具有比水力喷射压裂更强的射流增压效果,更容易压开地层;超临界CO2射流具有显著的焦耳-汤姆逊效应,会导致温度下降,在压裂施工中应合理控制喷嘴压降,以防发生冰堵事故;超临界CO2的密度主要受压力影响,通过调节压力就能有效控制,可适应不同的地层温度条件。

液氮磨料射流流场特性及颗粒加速效果研究

采用计算流体力学方法,在考虑液氮物性变化以及液氮与磨料颗粒相互作用的基础上,模拟液氮磨料射流流场,并分析液氮射流对磨料颗粒的加速效果。结果表明:在相同喷嘴压降下,液氮磨料射流不仅具有比磨料水射流更高的射流速度和颗粒速度,而且能够在壁面上产生与水射流相当的射流冲击效果;液氮射流能够对颗粒产生较好的加速效果,最大颗粒速度随着喷嘴压降和喷嘴直径的增加而增大,随着颗粒直径的增加而降低;围压和颗粒初始速度对最大颗粒速度影响极小,在工程应用中可以忽略不计。

非均质碳酸盐岩油藏水平井分段酸化注酸量优化设计方法

对非均质碳酸盐岩油藏水平井进行分段酸化改造时,需充分考虑水平井渗透率非均质特性,准确评估各段伤害带半径和伤害带渗透率,以便合理设计各段注酸量。在考虑了钻井过程中井底压差、钻井液浸泡时间和渗透率分布等因素的基础上,利用达西定律推导了各段伤害带半径的计算模型;提出了基于油藏井筒耦合模型与现场实测的产液剖面来计算各段伤害带渗透率的新方法;通过现场1口实际井详细描述了基于上述模型的非均质碳酸盐岩油藏水平井分段酸化注酸量的优化设计流程。考虑水平井渗透率非均质性并结合现场实测生产数据,相比于传统的基于椭圆锥台体伤害带分布模型进行的笼统化布酸模式,新的设计思路提高了各段布酸的合理性,可有效解除储层污染、恢复油井产能。

页岩储层甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究进展

页岩气通常以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩等产气岩中,是一种清洁、高效的能源资源.相比于常规天然气藏,页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特点,压裂改造提高页岩气采收率是“十四五”期间我国能源开发的重点攻关方向.本文创新性提出了一种页岩储层甲烷原位燃爆压裂的技术构想,该技术利用页岩气储层原位解吸产生的甲烷气体与注入的助燃剂协同燃爆,产生高温高压气体冲击压裂页岩储层,创造立体裂缝网络,为页岩气提供高效运移通道.论文全面分析了甲烷原位燃爆压裂的技术构想、可行性以及关键科学问题,包括甲烷-助燃剂协同起爆机制及燃爆压力波传播特性、甲烷燃爆对井筒介质的瞬态冲击动力学响应特征与控制机制、多级燃爆压裂立体缝网逐级构建及效果评价技术等3个关键研究内容,基本涵盖了当前甲烷原位燃爆压裂理论与技术研究的最新进展.研究认为,燃爆冲击载荷作用对页岩复杂缝网的形成和扩展具有显著促进作用,甲烷燃爆压裂不需要消耗大量的压裂液,也不涉及火工品的地上运输和混合等过程,安全、经济和环保优势非常明显,是一项前瞻性、变革性技术,有助于实现我国页岩气开采技术的创新突破.

《张量分析》课程教学趋势分析与改革构想

张量概念和张量分析方法是工程科技工作者必须掌握的数学工具,本文分析了《张量分析》教学现状与不足,提出了面向高水平论文阅读与写作的教学改革构想,遴选合适的高水平论文,建设相应的高水平论文张量分析案例和课件资源,引导学生利用课程知识进行论文研讨与写作,具有良好的实践意义和推广价值。

液氮压裂作用下页岩破裂特征试验研究

液氮压裂作为一种新型无水压裂方法,有望为页岩气高效开发提供一条新途径。为揭示液氮压裂作用下页岩破裂特征,利用自主研制的试验装置开展了液氮压裂试验,获得不同初始温度及液氮处理方式下页岩的破裂压力及裂缝形态,在此基础上探讨液氮压裂对页岩的致裂机制,进而提出一种新的液氮压裂方法。研究表明,超低温液氮产生的热冲击效应会对页岩破裂压力及破裂模式造成显著影响,当页岩温度从室温(25℃)升高至80℃和150℃时,破裂压力分别降低22.58%和32.26%,破裂模式从室温状态下的沿初始弱面破坏转变成沿孔眼轴线的拉张破坏。经液氮低温处理页岩的破裂模式以随机分布的局部裂缝为主,局部裂缝的复杂性随页岩初始温度的升高而增大。在液氮低温冷冻状态下,由于页岩的渗透性的增大,在压裂过程中岩样表面出现了严重的漏气现象,破裂模式转变为开度较小的局部裂缝。液氮低温冷冻会导致页岩破裂压力升高,但能够降低流体进入页岩的难度,有利于页岩内压力的传递。液氮压裂可对页岩储层产生热冲击、低温损伤、冷冻开裂和压力致裂多重致裂效应,建议采用氮气压裂–液氮冷冻交替作业的施工方式,以充分发挥液氮的低温冷冻作用。