深层页岩气水平井双层靶体优选及效益评估

川南泸州地区五峰组—龙马溪组深层(>3500 m)页岩气富集,为保障页岩气增产稳产的开发目标,需要实现龙一1亚段页岩气的立体动用。利用岩芯、测井及生产等资料,对研究区深层页岩气地层开展了储层特征、储层品质定量化评价及压裂高度模拟等方面的研究,结合储层品质定量化评价和压裂高度模拟建立了一种深层页岩气水平井双层靶体智能优选及效益评估方法。研究结果表明:1)龙一_(1)亚段由深到浅整体物性变差,龙一_(1)^(1)—龙一_(1)^(3)小层以Ⅰ类甜点为主,龙一_(1)^(4)小层以Ⅱ类甜点为主,厚度达40余米。2)深层页岩气储层水平井靶体智能优选方法可快速得到两套靶体优选的深度、甜点品质、压裂高度和水平井靶体效益评估Q值等信息。3)第一套靶体效益评估的平面优势区域与目前产量高的井区相符合,结合龙一_(1)^(4)小层的靶体效益评估Q值和部分已建立第二套靶体水平井的实际产量,认为川南深层页岩气储层第二套靶体具有一定的开发价值和潜力,且明确了两套靶体平面上的优势区域,为深层页岩气储层双层靶体的规模化实现及产量预测提供了依据。

吉林油田A区块页岩气水平井靶体优选研究

吉林油田A区块页岩气评价获得重要突破,3口自主实施评价井压后测试日产气量为20~40万立方米,揭示本区五峰-龙马溪组页岩气具有较好的开发前景。本文由构造分区与小层划分入手,开展页岩储层四参数评价,精细储层化验分析资料对比,明确本区主力开发层系关键评价参数,在铂金靶体刻画的基础上,确定各构造单元水平井靶体的层段与评价参数。实践表明,本方法应用效果较好,目前完钻评价井铂金靶体钻遇率超过92%,测试产量较高,可有效指导下步评区选层、开发部署和水平井地质导向。

抗事故包装箱碰撞过程靶体等效方法研究

目的为危险材料运输过程中的安全性评估提供依据。方法将包装系统(包括箱体、缓冲结构及靶体)简化为由3个非线性弹簧及1个质量块组成的弹簧-质量块模型,利用能量守恒定律,分析抗事故包装箱碰撞过程中冲击动能与应变能之间的转化过程,假设使包装箱吸收相同变形能的冲击速度等效,研究碰撞过程中屈服靶体与非屈服靶体的速度等效关系,并通过实例应用此数学方法。结果得出抗事故包装箱跌落碰撞过程中屈服靶体与非屈服靶体速度关系等效的数学方法,并通过实例分析得出包装箱以一定速度(13.9 m/s)碰撞非屈服靶体可等效为更高速度(26.8 m/s)的屈服靶体碰撞。结论研究提出的等效方法可为危险材料的运输安全性评估提供依据。

细长薄壁弹体的屈曲和靶体等效分析

利用金属靶开展动能深侵彻弹的穿甲屈曲实验研究。实验观察到长/短型弹体动塑性屈曲破坏分别表现为轴向皱褶型和轴向外翻撕裂型2种基本模式。不同的屈曲破坏模式与弹体几何、撞击初条件以及靶材等密切相关。区别于刚性尖头弹穿甲金属靶的韧性隧道开孔,尖头弹因屈曲破坏易变形为钝头形,导致弹体穿透靶板表现为挤凿穿甲。利用薄壁中空柱壳的弹性欧拉屈曲分析和弹体塑性屈服的极限分析给出弹体动塑性屈曲的临界条件。同时给出屈曲实验中混凝土靶和金属靶的等效条件。

多控制点水平井靶体参数的计算

石油天然气行业标准中只规定了两种水平井靶型:二维铅垂靶和三维铅垂靶,这远远不能满足水平井钻井设计等工作的实际需要。为了适应更加复杂的地质和工程上的需要,近年来更多采用拱形水平井或阶梯水平井靶区。为此,介绍了由多个关键点控制的水平井三维靶体的数学模型,给出了靶窗平面方程、靶体轴线上任意点的横向偏差和纵向偏差以及靶窗局部坐标变换等靶体参数的基础计算公式;并对描述实钻轨迹与水平井靶体的偏差的方法进行了探讨,建立了一个归一化实钻偏差模型。该模型用归一化正方形中的一条连续平面曲线直观地描述实钻轨迹与靶体轴线的距离和位置关系,可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。

混凝土靶体侵彻不贯穿系数的试验研究

分别制作了6组不同型式的靶体,进行了弹道侵彻试验研究,结合数值计算,确定了钢筋混凝土、钢纤维混凝土和钢纤维钢筋混凝土靶体的侵彻不贯穿系数(Kpp),以合理确定混凝土靶体的侵彻不贯穿厚度(H);并定量分析了弹体侵彻深度(hp)及靶体背面支撑情况对(Kpp)的影响。研究结果表明,靶体材料及靶体背面支撑相同时,Kpp随hp/d(弹径)的增大而减小;靶体背覆钢板对H的减小作用较小(不到5%),而靶体背覆砂土对H的减小作用比较明显(近20%).

高速钨杆弹对脆性靶体的侵彻分析

考虑脆性材料在高速弹体的侵彻下会发生破碎这一特性,将靶体材料划分为弹性-裂纹-破碎三个响应区,利用静态空腔膨胀理论求出了空腔膨胀压力,即修正的流体动力学模型(A-T模型)中的靶体阻力Rt.分析了压剪系数对靶体阻力和靶体应力场的影响.利用A-T模型求出了钨杆弹以1.5～4.5 km/s的速度撞击靶体时的侵彻深度,并与实验结果及其他研究者的结果进行了比较.

靶体响应力函数的确定方法及其在侵彻力学中的应用

首先,介绍了力函数的确定方法包括经验法、理论分析法和数值模拟法.其中经验法中给出了Forrestal半经验公式和改进的Wen半经验公式;理论分析法中详细介绍了空穴膨胀理论及其研究进展;数值模拟方法中模拟了半无限大材料中的球形和柱形空穴膨胀模型,并将模拟得到的结果与理论解进行了比较,发现二者吻合得很好.最后,给出了靶体响应力函数在侵彻力学中的应用.

靶体材料叠层顺序对抗卵形头弹冲击性能影响

为研究靶体材料及结构对其抗撞击特性的影响,利用一级轻气炮系统进行卵形头弹正撞击靶体试验.通过改变靶体材料及结构,分析靶体在不同撞击条件下的弹道极限及失效模式.靶体包括单层靶、相同材料板组成的等厚双层靶,以及不同材料板组成的等厚双层靶,靶体总厚度相等.利用高速摄像机获取弹体撞击速度数据和弹道姿态图像,基于实验数据建立各种结构靶体的初始-剩余速度曲线,进而计算获取靶体的弹道极限速度.通过分析靶体的弹道极限及面密度,从抗撞击效率方面揭示靶板的叠层顺序对其抗撞击性能的影响规律及机理.试验结果表明:单层靶板的抗撞击性能高于等厚度的双层靶板;靶板的叠层顺序对混合双层靶抗撞击性能存在影响,硬板在前软板在后排列能够提高靶体的抗撞击性能,并且这种差异随弹体初始速度的增加而减小.此外,铝合金靶体单位质量的抗撞击效率高于钢靶体.

动能弹侵彻混凝土靶体的三维数值模拟研究

采用累积损伤模型,应用MMIC3D程序,研究了动能弹垂直和斜侵彻混凝土靶体的过程,探讨了不同头形的动能弹对侵彻效果的影响,其三维图像显示了动能弹对混凝土靶体的损伤效应以及混凝土靶体中应力波的形成和传播.

超高韧性水泥基复合材料—纤维混凝土组合靶体抗两次打击试验研究

超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites, UHTCC)具有超高的韧性、良好的耐久性和优异的耗能效果,这些特性使得UHTCC在防护工程中具有广阔的应用前景。为了更好地研究UHTCC与纤维混凝土组合结构在二次打击条件下的抗侵彻性能,首先测量了UHTCC和聚乙烯醇纤维增强混凝土(polyvinl alcohol fiber reinforced concrete, FRC)的基本力学参数。然后采用25 mm口径的弹道滑膛炮对直径为750 mm、高为600 mm的圆柱形UHTCC靶体、FRC靶体、UHTCC-FRC组合靶体(UHTCC-FRC composite target)进行了弹体速度为550 m/s的二次侵彻试验,得到了弹体和三类靶体的破坏数据,包括弹体的侵彻深度、弹体的磨蚀、靶体迎弹面的开坑直径和面积、弹坑深度、迎弹面的裂纹数量以及裂纹最大宽度。在此基础上分析了骨料、结构形式和两次打击的间距对UHTCCFRC组合靶体抗侵彻性能的影响。结果表明:相同试验条件下,与普通混凝土和超高性能混凝土相比,UHTCC能够有效的减小迎弹面的开坑直径,但会增加弹体侵彻深度;将50 mm的UHTCC置于组合靶的迎弹面可以有效地减少迎弹面的开坑直径;弹体二次侵彻深度大于弹体一次侵彻深度,靶体在二次冲击下的开坑面积小于靶体初次冲击下的开坑面积。

不同靶体对同孔重复射孔穿孔性能影响试验

利用聚能射孔弹在不同靶体上进行同孔重复射孔,研究靶体对射孔效果的影响。DP44RDX38-3型聚能射孔弹放置在钢靶上射孔,向孔道内注满清水,对准孔道重复射孔。初次平均射孔深度148 mm,第2次、第3次同孔重复射孔后平均穿孔深度较初次射孔分别增加4.1%、15.3%,平均孔径分别增加11.1%、11.6%。DP44RDX38-3型聚能射孔弹在砂岩靶上初次平均射孔深度378 mm,第2次、第3次同孔重复射孔后平均穿孔深度分别增加22.8%、32.0%,平均孔径分别增加40.8%、72.7%。HS44RDX39-1型聚能射孔弹第2次、第3次同孔重复射孔后平均穿孔深度、平均孔径增加明显。液体-固体组合靶射孔穿孔深度随孔径的增加而增加。重复射孔时,金属射流通过注满清水的初次形成的孔道时,需要克服水、孔道壁的影响,径向扩展孔道壁以减小射流受到的反作用力的影响,有利于进一步提高穿孔深度;不同靶体对射流的影响不同,对同孔重复射孔形成的穿孔深度、平均孔径增加程度的影响也不同。研究成果有助于加深对射流开孔、扩孔过程及影响因素的认识,为研制新聚能射孔弹产品、探索新射孔工艺提供参考。

中国散裂中子源靶体研制

中国散裂中子源(CSNS)靶体选用钨为靶材、钽为包覆层,采用包套法结合热等静压扩散焊工艺制备了钽包覆钨靶片。经检测,钨钽界面结合良好,钽层与钨基体平均结合强度大于64.07 MPa。靶体将钨靶片分成厚度不等的11片,散热采用一进一出的并行流结构,利用CFD软件进行了模拟计算,钨靶片间冷却流道间隙为1.2 mm,100 kW满功率运行情况下靶体最高温度为182.3℃,冷却水温升为7.1℃。经过半年多的试运行,CSNS靶体各参数满足CSNS的要求。

椭圆截面弹体斜侵彻金属靶体弹道研究

为研究椭圆截面弹体对半无限金属靶体的侵彻弹道规律,基于14.5 mm弹道枪平台,开展了椭圆截面弹体在0°~20°倾角、850~950 m/s撞击速度下对2A12铝合金的斜侵彻试验。基于空腔膨胀理论及局部相互作用模型,建立了椭圆截面弹体侵彻弹道模型,并结合试验数据验证了模型的准确性。在此基础上,进一步分析了椭圆截面弹体长短轴之比、绕弹轴旋转角度、弹体撞击速度对侵彻弹道的影响规律。弹体长短轴之比为1.0时,弹体退化为尖卵形圆截面弹体,且椭圆截面弹体侵彻弹道稳定性随长短轴之比的增大而变弱,最优长短轴之比为1.0,即尖卵形圆截面弹体。椭圆截面弹体绕弹轴旋转一定角度后,侵彻弹道在平面曲线与空间曲线之间变化,当旋转角度为0°、90°时,侵彻弹道为二维平面弹道,当旋转角度在0°~90°之间时,侵彻弹道为三维空间弹道。当弹体撞击速度由800 m/s提升至1000 m/s时,椭圆截面弹体姿态角增量由18.6°降至17.8°。

川南自贡区块页岩储层最佳靶体优选

川南自贡区块构造位置位于四川盆地威远斜坡南翼,为北西—南东向单斜坡。该区目的层上奥陶统五峰组—下志留统龙一;亚段为深水陆棚相富有机质黑色页岩沉积,储层纵向非均质性较强。水平井页岩“甜点段”钻遇程度的不同造成了测试效果的差异。为明确该区页岩最佳靶体纵向分布、指导水平井钻井轨迹跟踪调整,基于地层小层划分,综合运用钻井、录井、测井及分析化验等资料开展储层精细评价,并利用产气剖面资料评价靶体对页岩气水平井产能的影响。研究结果表明:(1)受沉积和构造作用的双重影响,目的层中龙一^(1)_(1)小层下部页岩段为最优的“地质—工程”双“甜点”;(2)生产测井分析表明,龙一^(1)_(1)小层下部具有最高的单位长度产气贡献率,是研究区的最佳靶体;(3)水平井的龙一^(1)_(1)小层下部页岩有效压裂段长是影响自贡区块气井产能的关键因素。该研究成果将自贡区块最佳靶体纵向分布厚度由2~5 m精确到1~2 m,有效支撑了页岩气产能评价工作,为该区块实现页岩气规模效益开发奠定了基础。

不同速度段弹体侵彻岩石靶体的理论分析

随着撞击速度的增加,弹体对岩石类靶体的侵彻机制会发生显著变化,由刚体侵彻逐步转变为半流体侵彻和流体侵彻,3种侵彻机制各自适用的理论模型完全不同。在半流体侵彻阶段,弹体质量损失开始显著增加,造成侵彻效率严重下降,侵彻深度随撞击速度的增加急剧减小。基于提出的弹体质量与速度的理论模型以及弹体刚体段的侵彻阻抗,推导出考虑弹体质量损失的半流体侵彻深度计算公式。对于超高速撞击时的流体动力学侵彻段,通过对流体区和刚性区进行假定,建立动量守恒和伯努利方程,推导给出该阶段弹体的侵彻阻抗,结合弹体质量变化方程推导出侵彻深度的表达式。最后将3个阶段的理论计算结果与花岗岩侵彻试验数据进行了对比验证,侵深和弹体质量变化规律均吻合良好,而且各阶段模型计算结果反映出的侵彻变化规律与实验结果完全一致。

分层地质类材料靶体抗超高速侵彻模型实验

利用二级轻气炮开展了杆形钢弹在10马赫左右条件下对4种分层地质类材料靶体的超高速侵彻模型实验,重点研究了砂浆层位置和空气隔层对侵彻效应的影响。结果表明增加遮弹层与下部结构间的空气隔层、在整个结构顶部设置疏松砂浆层均可以在一定条件下加剧弹体破坏、减小结构层的侵彻深度,但同时会增加遮弹层的表面成坑效应。从减小结构层的侵彻深度出发,“软-硬-软-硬”的分层设计思路对抵抗超高速弹体侵彻是可行的。

四川盆地ZT地区页岩气井钻时分析及靶体优选

在页岩气储集层勘探开发过程中,选取品质最优层段作为水平井靶体,利于最大限度动用最优质页岩储量,提高单井产量,同时兼顾页岩可钻性,优选可钻性好的层段还可缩短钻井周期,达到快速建产的目的。鉴于前人在靶体优选研究中很少涉及从现场可钻性角度考虑优质靶体段,基于页岩气评价井的钻时特征及影响因素,对靶体优选的途径和意义开展研究。通过钻时主控因素分析,确认脆性矿物含量、钻压、地层埋深为影响钻时的主要因素,并建立归一化钻时概念,通过归一化校正,消除不同井钻时曲线的偏差,得到标准化、可多井对比的钻时数据;通过统计分析明确区域钻时最小集中层位,结合储集层品质,优中选优,达到选取储集层品质优、可钻性强的最优水平井靶体的目的,确定了ZT地区A区域最优水平井靶体为龙一11层,B区域最优水平井靶体为龙一11层、龙一12层。

基于全道集叠前反演的页岩气水平井目标靶体储层厚度预测

四川盆地下志留统龙马溪组海相页岩气工作已经进入大规模效益开发阶段,水平井目标靶体段仅为龙马溪底部连续I类优质页岩段。开展连续I类优质页岩段精细预测,引导水平井实钻轨迹准确入靶,确保水平井水平段在箱体中钻进,提高水平井的钻遇率,是页岩气勘探–开发一体化的迫切需要。本论文以四川盆地Z地区为例,将基于全道集叠前同时反演应用于生产实践,预测页岩气水平井目标靶体储层厚度,指导水平井轨迹设计。结果表明:基于全CRP道集叠前同时反演技术充分利用了原始道集中完整的AVO信息,解决了目前页岩气薄层甜点识别的难题,提高了页岩气水平井钻探成功率,降低了勘探开发成本。

靶体结构对前混合水射流喷丸强化应力特性的影响

为研究靶体结构对前混合水射流喷丸强化应力特性的影响,选择工程中最常用的典型零件结构平面、凸面、凹面靶体,采用ABAQUS软件数值模拟弹丸速度和粒径对靶体喷丸效果的影响,弹丸材料为玻璃球,靶体材料为2A11铝合金,计算方法选择显式时间积分。结果表明:弹丸冲击在三种靶体上产生的残余应力变化规律相同,靶体表面均产生残余压应力,靶体表层一定深度处均产生最大残余压应力,且最大残余压应力与弹丸速度和粒径呈正比;在弹丸速度相同和给定的曲率半径条件下,弹丸冲击在靶体上产生的最大残余压应力凹面靶体最大、平面靶体次之、凸面靶体最小,但凹面和平面靶体的最大残余压应力相差很小;当弹丸粒径为0.03 mm、速度为140 m/s时,平面、凸面、凹面靶体上产生的最大残余压应力分别为-524、-440和-527 MPa。