循环冲击载荷作用下页岩孔隙结构演化特征

为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。研究表明:动态冲击应力-应变曲线显示,低速循环冲击岩样动态弹性模量随循环冲击次数的增加不断升高,承载能力逐渐增强;中速及高速循环冲击岩样则呈现先压密后损伤的力学响应特征;提高循环冲击载荷,页岩连通裂隙的表面积、体积及分形维数升高,绝对渗透率上升,表明提高循环冲击载荷可使岩样形成复杂孔隙网络,具备更好的渗流能力;中速及高速循环冲击导致岩样内部孔隙扩展贯通,中速循环冲击岩样的孔隙度较原始岩样提升一倍,孔隙分布的空间离散性增强。该研究可为页岩气储层多级脉冲燃爆压裂工艺的相关研究提供理论支持。

多级脉冲爆燃压裂作用过程耦合模拟

针对多级脉冲爆燃压裂作用过程瞬态性、多场耦合复杂性,建立多级脉冲爆燃压裂过程耦合求解方法,并进行模拟计算和矿场应用分析。将多级脉冲爆燃压裂作用过程分解为火药爆燃加载、压挡液柱运动、射孔孔眼泄流、裂缝起裂和裂缝延伸5个子系统,基于给定的基本假设建立各子系统的动力学模型,并借助节点系统分析方法得出多级脉冲爆燃压裂过程耦合求解方法,既可定量计算合理装药量,又可对爆燃压力、裂缝形态进行定量动态预测。通过模拟计算分析了多级脉冲爆燃压裂过程中爆燃压力、压挡液气液界面位移、裂缝长度的变化规律,并将全过程按时间分为5个阶段。矿场应用结果表明:基于该方法开展的多级脉冲爆燃压裂在设计药量下可成功压裂油层并降低破裂压力,确保后期措施顺利进行。

多级燃速爆燃气体压裂裂缝扩展耦合作用分析

多级燃速爆燃气体驱动裂缝扩展过程中,裂缝形态与裂缝中的气体压力相互影响相互制约。分析了井下爆燃气体流动特性,建立了裂缝内爆燃气体流动模型,引入多级燃速爆燃气体压裂具体边界条件,在半解析法定性分析裂缝内气体压力分布的基础上,求出了爆燃气体在裂缝中流动过程的数值解。根据线弹性断裂力学,弹性力学理论,推导出油井不同载荷作用下裂缝尖端应力强度因子,作为裂缝起裂依据;利用裂缝尖端J积分得到的能量释放率确定起裂后裂缝扩展速度。将裂缝内气体流动方程和裂缝体对爆燃气体载荷响应方程联合求解,在井筒多级脉冲气体压力曲线设定的条件下,可以计算出裂缝起裂、止裂压力;对每一时步进行分析,可以确定该时步裂缝扩展量,从而确定该时刻对应的裂缝长度。实现了多级燃速爆燃气体压裂气体流动和裂缝扩展的耦合过程描述,对现场压裂施工优化设计具有重要的指导意义。

多级脉冲爆燃压裂破岩机理研究

介绍了多级脉冲爆燃压裂技术的作用原理和技术特点,并通过理论计算推导出了多级脉冲爆燃压裂的设计方法,对提高现场压裂效果将起到积极的指导作用。

多级脉冲高能气体压裂造缝机理研究

提出了多级脉冲高能气体压裂与单级脉冲高能气体压裂之间的差异,并在一定程度了完善了单级气体压裂的不足,关键在于其压裂机理的独特性,即根据不同燃速燃料爆燃产生的高能气体的交互作用将地层压开,产生多条长裂缝。从多方面考虑影响高能气体在裂缝中的扩展因素,着重描述了气体通过裂缝时的速度与成缝是否成功之间的关系,进而为裂缝中高能气体中压力的分布奠定了基础,得出:随时间增加,裂缝内气体压力逐渐趋于一个稳定状态,达到裂缝扩展末期。另外,依据前人的结论给出了裂缝的扩展速度方程,以及在不同条件下所对应的泊松比所得出的裂缝扩展速度方程。

煤储层多级强脉冲加载压裂破岩机理理论研究

针对我国煤储层"三低"的特性及煤气井单井产量较低的难题,研究多级强脉冲压裂技术的加载压裂破岩机理。依据岩石破裂的第一强度理论,建立力学模型,为多级强脉冲加载下的煤岩体破裂提供了理论依据。研究结果表明:火药在井筒中燃烧产生大量高温、高压气体不断往射孔孔眼中喷射,致使射孔孔眼内压力不断升高。当其压力大于煤岩体破裂压力时,煤储层发生破裂产生裂缝,煤储层压力得到释放,煤层气得到解吸,解吸的煤层气通过产生的裂缝形成有效的渗流过程,从而提高了煤层气井的单井产量。