水平井多級(jí)脈沖氣體加載壓裂機(jī)理研究與應(yīng)用.pdf

1、為進(jìn)一步提高水平井的產(chǎn)量和最終采收率，改善開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益，本文對(duì)水平井多級(jí)脈沖氣體加載壓裂展開(kāi)了系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，并編制相關(guān)軟件對(duì)壓裂水平井進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有重要的科學(xué)意義與明確的應(yīng)用前景。從優(yōu)化方法出發(fā)本文研究?jī)?nèi)容與主要成果為： （1）根據(jù)水平井的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)多級(jí)脈沖加載壓裂裝置和延時(shí)控制裝置在井筒中的作用特點(diǎn)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)出了合理的裝藥結(jié)構(gòu)，并評(píng)價(jià)了該技術(shù)的安全可靠性。 （2）根據(jù)彈性力學(xué)理論和斷裂力學(xué)理論，在

2、裸眼完井、射孔完井條件下，建立了爆燃?jí)毫阉骄仓車(chē)鷳?yīng)力場(chǎng)分布的新模型以及裂縫起裂壓力和起裂角的計(jì)算模型，并進(jìn)行了求解。 （3）通過(guò)設(shè)計(jì)室內(nèi)沖擊實(shí)驗(yàn)?zāi)M多級(jí)脈沖爆燃?xì)怏w壓裂等強(qiáng)動(dòng)載條件對(duì)油氣水井附近油層的處理。對(duì)比了動(dòng)載破裂壓力與靜載破裂壓力的差值、動(dòng)靜載破裂壓力差值與抗拉強(qiáng)度的比值、動(dòng)載破裂壓力與靜載破裂壓力的比值四個(gè)物理量與加載速率關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)值回歸動(dòng)載、靜載破裂壓力表達(dá)式，以修正爆燃?jí)毫阉骄鹆褖毫Α?

3、（4）根據(jù)爆燃?jí)毫阉骄鹿ぷ鳁l件，參考流體質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程建立裂縫內(nèi)爆燃?xì)怏w流動(dòng)模型；采用設(shè)定裂縫內(nèi)氣體壓力分布函數(shù)的方法，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)模型的數(shù)值求解；在巖石彈性理論下，建立了多級(jí)脈沖壓裂作用下水平井預(yù)存裂縫起裂張開(kāi)位移公式；根據(jù)疊加原理推導(dǎo)了水平井爆燃?jí)毫迅黜?xiàng)荷載作用下裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子，建立裂縫延伸判據(jù)，利用裂尖能量守恒方程確定裂縫擴(kuò)展速度；將多級(jí)脈沖壓裂氣體響應(yīng)模型與氣體流動(dòng)模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了爆燃?xì)怏w流動(dòng)和裂縫擴(kuò)展藕合求

4、解；根據(jù)具體儲(chǔ)層、施工參數(shù)對(duì)水平井多級(jí)脈沖氣體加載壓裂中各級(jí)壓裂過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算，確定具體的裂縫形態(tài)；并用能量平衡理論考慮裂縫尖端動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以反映裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的特性。 （5）利用建立的數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)水平井多級(jí)脈沖氣體加載壓裂模擬計(jì)算軟件，并對(duì)影響水平井爆燃?jí)毫研Ч膸讉€(gè)主要因素展開(kāi)了系統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析了不同裂縫參數(shù)對(duì)產(chǎn)能的影響，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供指導(dǎo)。 （6）進(jìn)行了多級(jí)脈沖氣體加載壓裂水平井的井下壓裂施工設(shè)計(jì)及效果預(yù)測(cè)