水力喷砂射孔孔道-裂缝起裂机理研究

与传统射孔工艺相比,水力喷砂射孔方法产生的地层孔具有孔径大、孔道长和孔数少特点。针对射孔孔道影响压裂裂缝形态问题,开展孔道周围应力分布及起裂机理的研究工作。研究中采用三维有限元数值模拟结合室内实验验证的方法,分别从布孔方式、射孔方位和水平井筒方位方面,揭示了水平井近井筒区域喷砂射孔孔道产生的3种裂缝形态。研究表明,压裂裂缝倾向于从射孔孔道根部位置起裂;水平井筒与最小水平主应力夹角小于30°,两层布孔可在近井筒区域产生一条横向裂缝,螺旋布孔和对称布孔产生多条横向裂缝;纵向裂缝比横向裂缝更易于产生,形成纵向裂缝与横向裂缝相结合的扭曲裂缝;水平井筒与最小水平主应力夹角大于80°,产生一条纵向裂缝,与喷砂射孔参数无关。该研究可为水平井水力喷砂射孔及压裂合理施工提供理论指导。     

致密油水平井连续油管自适应定向水力喷砂射孔改造技术的应用

为解决致密、页岩储层开发中常规螺旋分布炮弹射孔+体积压裂改造过程中起裂压力高、易沟通底层或盖层形成无效缝网的问题，结合连续油管水力喷砂射孔技术，提出了连续油管自适应定向喷砂射孔填砂分段一体化压裂改造工艺，研发了配套水平井自适应定向装置，并应用于玛湖致密油Ma1井的压裂改造，取得了较好改造效果。结果表明：①一定角度的定向射孔可以诱导水力裂缝沿有益方向延展，并形成复杂缝网，在其他因素不变的情况下，射孔方位及射孔孔深可以共同影响裂缝转向半径进而控制有效复杂缝网体积；②自主研发水平井自适应定向装置在水平段通过钢球重力及连续油管泵注实现自主定位，并可实现一次入井多次定位目标，Ma1井中多次定方位喷射作业中未发生故障，适用性强，可靠性高；③全过程油管内高压射流可以实现孔内增压、冲蚀孔眼与负压携液三种作用叠加，其可降低地层破裂压力、增加孔深、增大转向半径同时降低泵注设备压力，可对致密油水平井定向射流诱导压裂缝网形成起正向促进作用；④在玛湖Ma1井现场实施，比常规射孔降低起裂压力26%，日均产量平均最高提高78.4%。结论认为，通过水力喷射定向射孔有效腔体起裂压力；定向水射流诱导裂缝延展，可有效避免致密油水平井压裂中不当射孔将裂缝快速诱导至底层或盖层，形成无效缝网的难题；水力喷射诱导形成更为复杂的缝网形成提高单井产量，该技术可为页岩、致密油气资源规模化开发提供一种新的技术思路。     

定向射孔水力压裂多裂缝形态实验研究

采用大型(试件尺寸：300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂物理模拟实验系统,研究了定向射孔水力压裂人工水力裂缝起裂和形态的影响因素。研究结果表明：定向射孔方位角和水平地应力差对定向射孔水力压裂人工水力裂缝的起裂和形态影响巨大。定向射孔水力压裂形成的人工水力裂缝可能不是理想的平直双翼裂缝,而是双翼弯曲裂缝;在水平应力差和定向射孔方位角较大的情况下,容易形成由定向射孔方向和最大水平地应力方向多点同时起裂的非对称多裂缝系统或穿过微环面的双翼裂缝。提高原场地应力测量的精度和定向射孔的定向精度,将定向射孔方位角控制在较小角度,有利于避免产生形态复杂的人工水力裂缝,降低压裂施工难度和砂堵风险,改进压裂增产效果。     

水力喷砂射孔机理实验研究

根据材料冲蚀磨损理论和磨料射流切割原理 ,对利用水力喷砂射孔技术切割套管和近井地层岩石的机理及其影响因素进行了分析。在实验室条件下进行了水力喷砂射孔地面模拟实验 ,并在胜利油田现场进行了施工工艺设计和试验。实验结果表明 ,在压力为 2 3～ 2 4MPa的条件下 ,水力喷砂射孔能有效地穿透套管并在天然砂岩上射出直径 30mm以上、深达 780mm的孔眼 ,现场试验证实水力喷砂射孔油井增产效果明显。水力喷砂射孔增产的机理主要是解除近井地带污染 ,松弛密实圈 ,避免炮弹射孔的压实污染 ,增加地层渗透率并扩展油流通道。     

水力喷砂射孔机理实验研究

根据材料冲蚀磨损理论和磨料射流切割原理，对利用水力喷砂射孔技术切割套管和近井地层岩石的机理及其影响因素进行了分析。在实验室条件下进行了水力喷砂射孔地面模拟实验，并在胜利油田现场进行了施工工艺设计和试验，实验结果表明，在压力为23－24MPa的条件下，水力喷砂射孔能有效地穿透套管并在天然砂岩上射出直径30mm以上，深达780mm的孔眼，现场试验证实水力喷砂射孔油井增产效果明显，水力喷砂射孔增产的机理主要是解除近井地带污染，松弛密实圈，避免炮弹射孔的压实污染，增加地层渗透率并扩展油流通道。     

StimGun复合射孔技术的应用

随着油井勘探开发的深入,低孔、低渗、致密岩性的非常规油气层在油气储量中占较大的比例,由于其储层性质差,勘探开发难度大,采用常规射孔很难取得理想的效果.StimGun复合射孔技术是在射孔枪起爆后,推进剂燃烧产生高能气体,高能气体进入射孔孔道并在射孔孔眼周围形成多径向裂缝,从而沟通了天然裂缝,改善了油气流动通道,提高渗流能力.介绍了该技术的工作原理和技术优势,并通过现场试验、总结和完善,形成了一套满足于不同地质条件的、集安全施工设计和作业效果评价为一体的stimgun复合射孔技术.该技术成功应用于四川LG区块的射孔作业中,能有效的控制裂缝高度,达到清楚地层污染而又不出水的效果,对地透气性地层具有较好的改造作用,取得较好的作业效果.     

青海油田弱胶结生物泥岩气压裂裂缝起裂

涩北气田第四系泥岩生物成因气区块储层改造过程中压裂工艺参数优化缺乏理论基础和指导原则的问题日益突出。为探究第四系弱胶结生物泥岩裂缝起裂机理及影响规律,首先通过岩石基础实验,明确了弱胶结生物泥岩的矿物组成与力学特性,开展了弱胶结生物泥岩裂缝起裂实验研究,并通过数值模拟方法详细探究了固井质量和射孔深度对裂缝起裂的影响规律。研究结果表明,固井质量和射孔深度都是影响裂缝起裂的重要影响因素;在固井质量较差的情况下,压裂液进入第二界面堆积延伸,导致井眼发生严重扩径,无法达到裂缝起裂条件;深穿透射孔可以减小裂缝起裂尖端的塑性形变,降低裂缝的起裂压力。本文研究结果对弱胶结生物泥岩压裂工艺参数优化有一定的指导意义。     

定面射孔对压裂初始裂缝形态的影响研究

定面射孔是致密油水力压裂改造的一种新型完井措施。利用大尺寸真三轴水力压裂实验系统开展了300 mm×300mm×300 mm立方体试样定面射孔压裂物模试验,结合有限元三维应力分析,研究了定面射孔相位角对水力压裂初始裂缝形态的影响机制。研究结果表明:定面射孔各射孔道之间的应力干扰改变了近井筒应力分布格局,导致沿定面射孔方向水力裂缝呈倾斜状及迂曲状扩展,背离射孔方向裂缝形态为近垂直状形态。随射孔相位角减小,孔道间应力干扰增大、裂缝起裂压力提高,各射孔均产生破裂进而形成横向倾斜压裂平面。利用定面射孔技术可控制压裂初始裂缝呈非对称、非规则扩展形态,增加近井筒水力裂缝的复杂性。     

石油射孔弹聚能效应的三维数值分析

建立某型号石油射孔弹的三维有限元模型,运用LS-DYNA对射孔弹装药起爆后,炸药爆轰及射流的形成、延续和断裂过程做了详细的模拟分析,得到了全过程射流压力、速度等参数的变化情况. 结果显示,本型号射孔弹射流完全形成历时33.997 μs,此时间段内,每时刻药型罩材料上的最大压力处是射流形成的源头;在射流最大压力值开始衰减后,射流的最大速度也不再增加;射流断裂的主要原因是射流速度梯度的存在导致射流微元之间产生了相对位移.     

大斜度井多簇水力压裂裂缝扩展数值模拟

大斜度井多簇水力压裂技术是开发低渗透油气田的有效手段，但压裂过程中出现的裂缝转向、应力干扰问题使得裂缝扩展形态十分复杂。本文基于全局粘聚区模型建立大斜度井3条裂缝同时扩展的有限元数值模拟，对不同井斜角、原位应力差条件下的裂缝注入点压力、裂缝形态进行研究。研究表明：当井斜角由20°增大至80°时，裂缝起裂逐渐变难，起裂压力增幅达47.38%，且中缝受边缝的干扰程度降低；裂缝形态由初始沿射孔方向延伸逐渐转向至沿垂向应力方向，且当井斜角等于60°时3条裂缝合并成一条主裂缝。当地应力差由0 MPa增大至5 MPa时，3簇裂缝的起裂压力逐渐降低，且中缝受边缝应力干扰程度增加；裂缝形态由沿着3条初始射孔方向延伸不发生明显裂缝转向，到起裂于初始损伤区之后迅速发生裂缝转向。该有限元计算模型可对现场大斜度井多簇水力压裂施工提供一定参考。     

聚晶金刚石复合片车削花岗岩的磨损规律

利用工具显微镜和测力仪观测聚晶金刚石复合片(PDC)刀具车削花岗岩的过程,采用扫描电子显微镜观测PDC刀具的磨损断口形貌.研究结果表明:PDC刀具车削花岗岩的磨损过程可以分为初始磨损阶段、快速磨损阶段和稳定磨损阶段;单次受力曲线呈周期性波动上升;PDC刀具的磨损是由于冲击与磨削同时作用的结果,且以磨削为主,冲击为辅;PDC的磨损过程中既有磨料磨损,也有疲劳磨损,是多种磨损形式组合的结果;PDC的磨损与断裂足由于W和Co粘结相承受不住外加载荷,率先发牛断裂而导致与其粘结在一起的金刚石发生了脱落.     

气动喷射点胶CFD仿真与实验研究

为了研究气压驱动的喷射点胶过程,建立了撞针气缸模型及点胶阀模型;仿真分析了气缸内压力变化对撞针运动特性的影响及撞针运动特性对点胶性能的影响。仿真结果表明:不合理的气缸管道结构会造成撞针的响应延迟;过大的驱动气压会导致气泡混入胶水。最后设计DOE实验,仿真分析了腔体尺寸对胶量、喷射速度的影响;实验分析了工艺参数对胶量的影响;并利用Minitab分析仿真和实验结果,其中腔体结构中,胶量对喷嘴直径最敏感而喷胶速度对撞针球面半径最敏感。工艺参数中,供胶压力对胶量影响最大。结论对喷射阀结构设计及工艺参数设定具有指导意义。     

Jetting Method in Patternless Casting Manufacturing Technique

In this paper, by studying the different kinds of jetting system in patternless casting manufacturing (PCM) technique, the different types of jetting mode are tested which affect whether PCM process can be done successful. The two different kinds of jetting device and their control circuits are designed based on which the relationship between the jetting system and amount of the catalyst flow is analyzed. The experiments show that the amount of the catalyst by using discrete jetting mode in the discrete jetting device is much lower than that by using continuous jetting mode in the discrete jetting device and in the continuous device when the pressured is fixed. At the same time, in the discrete jetting mode the amount of the catalyst flow can also be changed by adjusting the pulse frequency and its duty cycle, this can ensure the strength of the sand mould. The flow of catalyst in this discrete jetting device can match the scanning speed of the jetting device in real time which will improve the resolution and building precision of casting mould. When the amount of the catalyst jetting is too large, PCM process will fail.     

Jetting Method in Patternless Casting Manufacturing Technique

In this paper, by studying the different kinds of jetting system in patternless casting manufacturing (PCM) technique, the different types of jetting mode are tested which affect whether PCM process can be done successful. The two different kinds of jetting device and their control circuits are designed based on which the relationship between the jetting system and amount of the catalyst flow is analyzed. The experiments show that the amount of the catalyst by using discrete jetting mode in the discrete jetting device is much lower than that by using continuous jetting mode in the discrete jetting device and in the continuous device when the pressured is fixed. At the same time, in the discrete jetting mode the amount of the catalyst flow can also be changed by adjusting the pulse frequency and its duty cycle, this can ensure the strength of the sand mould. The flow of catalyst in this discrete jetting device can match the scanning speed of the jetting device in real time which will improve the resolution and building precision of casting mould. When the amount of the catalyst jetting is too large, PCM process will fail.     

计算机自学习双罐式高炉高压喷吹粉料控制系统

本文介绍一种计算机自学习模糊控制的串联双罐式高炉高压喷吹粉料系统的工作原理及软件设计方案，它实现了对喷吹量和补料速度的全过程连续计量和自动控制，使系统动静态性能都得到改善     

桩靴在黏土中不连续加载穿刺现象的实验研究

为解决自升式平台在南海等软黏土区域作业时出现的穿刺问题,对平台桩靴在黏土中加载时出现的穿刺现象进行实验验证,并对穿刺机理和解决方案进行探索.以某大桩靴自升式平台的实际加载过程为原型,设计一套不连续加载的单桩模型插桩实验装置,通过力加载的方式模拟自升式平台预压载过程,分析插桩时的冲桩处理对穿刺风险的消除效果.研究结果表明:黏土层中不连续加载能够形成穿刺现象,并且减小加载速率在一定程度上可以降低穿刺风险;通过在加载过程中进行冲桩作业,能有效减少穿刺的发生.因此在实际工程中可通过选择合适的加载速率,并在加载过程中进行冲桩操作来降低穿刺风险,保证作业安全.     

水射流破碎水泥路面的微结构损伤模型及仿真

研究了水射流对水泥混凝土路面的破碎机理．利用细观损伤力学理论建立了水射流作用下水泥路面碎裂的微结构损伤模型，用有限元方法求解模型，得到了不同压力和速度的射流作用到水泥混凝土表面时在混凝土路面板块中产生Von—Mises等效应力．当表面冲击压力为144MPa时，达到混凝土临界破坏点．计算结果与实验结果的一致验证了模型的正确性。     

裂缝孔隙型碳酸盐岩底水油藏水平井优化技术

通过建立裂缝孔隙型碳酸盐岩油藏双重介质窜流系数标定流程,提高了此类油藏水平井数值模拟精度。基于数值模拟成果,开展碳酸盐岩底水油藏开发后期水平井优化设计研究(水平井垂向位置、水平井与裂缝走向平面匹配位置、水平井初期液量、水平井提液时机)。根据水平井优化成果,设计目标油田三套后期调整方案,通过对比不同方案合同期内经济效益,优选出最佳调整方案。研究表明:碳酸盐岩底水油藏水平井尽量钻遇油层上部,有助于延缓底水锥进速度;水平段方位应与主裂缝走向垂直,以获得较高的裂缝钻遇率同时可避免水沿裂缝过早突破;开发初期水平井相对较低的产液量有助于控制底水锥进速度,后期适当时机进行提液,有助于改善开发效果。     

结构钢刻痕杆断裂试验

为研究结构钢断裂机理及抗断设防,对10个结构钢刻痕杆进行断裂试验,试验较为精确地记录了全程载荷-位移曲线和断裂载荷.试验结果表明,塑性变形只发生在刻槽处很小的范围内,lüders带局部区域的传播导致屈服平台不明显;初始裂纹始于颈缩中心部位的夹杂物或硬相粒子处,微孔的增长和合并导致延性断裂,试件最终断裂于应力三轴比率和等效应变都较高的刻痕根部,其断裂形式为正断与剪断混合型,断口为杯锥形,显示了断裂的定性规律.试验数据离散较小,试验结果与预测一致,为研究结构钢断裂机理及抗断理论提供了可靠的试验数据.     

水平井分段多簇压裂裂缝起裂和扩展影响因素分析

水平井分段多簇压裂工艺是目前较为先进的压裂工艺,该工艺利于增大储层改造体积、节约分段工具成本。虽然该工艺在现场已得到大规模应用,在现场施工方面取得了丰富的经验;但对于段内多簇裂缝的起裂和扩展机理仍然有待进一步认识。采用数值模拟的手段,研究段内多簇裂缝间的起裂和扩展规律;并计算分析了影响多簇裂缝起裂和扩展的5种因素。研究认为:多簇裂缝间的起裂和扩展存在竞争干扰机制,簇间距、施工排量、压裂液黏度、储层弹性模量和储层非均质性对多簇裂缝的起裂和扩展均有直接的影响,其中簇间距是最关键影响因素。