油层强动载造缝动态模拟模型研究

摘要

我国石油工业目前后备储量紧张，探明未动用石油地质储量中大部分为低渗透储量，为了有效动用低渗透油田的储量，油层强动载造缝技术得到了广泛应用，但油层强动载造缝过程影响因素分析、造缝过程动态分析以及裂缝条数预测等的研究缺乏，影响着技术的进一步发展。 针对这一问题，利用火药燃烧模型、质量守恒方程和能量守恒方程，推导了火药在定容积内强动载加载过程的压力、温度随时间变化的加载计算模型；根据井筒内的散热损失，建立了爆燃后卸载的温度、压力变化模型，分析了装药质量、装药结构、初始空间体积和初始空间压力等对火药爆燃过程的压力、温度的影响规律；运用断裂理论，基于裂缝受力分析，引入地层岩石断裂动态应力强度因子，建立了油层强动载作用下破裂压力计算模型；结合高压流体在裂缝中的压力分布近似模型、流体渗滤模型、裂缝起裂/止裂判据模型、裂缝延伸速度模型、延伸宽度模型及裂缝体积计算模型，利用质量守恒和能量守恒，建立了裂缝动态延伸的数学模型；综合上述各子模型，建立了火药爆燃－地层开裂－裂缝延伸的强动载造缝动态模拟模型，编制了计算软件，并进行耦合求解。结果表明：缝长和缝宽均随时间迅速增长；峰值压力和造缝长度均随裂缝条数的增加而降低，当裂缝条数从2增加到6时，峰值压力从108.4MPa降至63.6MPa，裂缝长度由2.48m减至1.17m。利用“岩石动态损伤模拟实验装置”作了24组实验，实验研究表明加载速率是影响裂缝条数的主要因素；根据强动载造缝耦合模型计算了不同火药参数下的加载速率、峰值压力与裂缝条数，并回归出加载速率与裂缝条数的关系式，与实验所得的关系式进行了对比分析，结果吻合较好；因此逐步推得不同装药量、装药结构与裂缝条数的指数回归关系式，并达到一定精度，从而建立了强动载造缝裂缝条数数学模型。强动载造缝动态模拟模型的建立与研究，为这类技术工艺参数设计和控制提供依据，对这类技术的发展和应用具有重要的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1课题研究的目的与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1高能气体压裂技术

1.2.2电脉冲油层处理技术

1.2.3层内爆燃压裂技术

1.2.4“压胀松动”增产技术

1.3主要研究内容与技术路线

1.3.1研究目标

1.3.2主要研究内容

1.3.3技术路线

第二章密闭条件下强动载造缝加载模型

2.1物理模型的建立

2.2数学模型的推导

2.2.1井下密闭区间压力上升段分析

2.2.2井下密闭区间压力下降段分析

2.3数学模型的求解技术

2.4计算与分析

2.4.1软件运行界面

2.4.2计算结果及分析

2.5小结

第三章均质油层强动载造缝开裂条件研究

3.1强动载加载前地应力分布模型

3.1.1物理模型的建立

3.1.2井壁围岩受力分析

3.1.3井壁上的应力

3.2强动载加载后动态破裂压力计算模型

3.2.1动态应力强度因子的引入

3.2.2裂缝起裂、止裂条件分析

3.3小结

第四章 均质油层强动载造缝裂缝延伸模型

4.1裂缝延伸的物理模型

4.2裂缝延伸的数学模型

4.2.1缝内流体压力分布

4.2.2滤失量的计算

4.2.3裂缝延伸动态响应模型研究

4.2.4质量守恒方程

4.2.5能量守恒方程

4.3裂缝动态延伸模型的耦合求解

4.4强动载造缝动态模拟模型的耦合求解技术

4.4.1模型求解路线

4.4.2基础数据表

4.4.3计算与分析

4.5小结

第五章 强动载造缝裂缝条数模型分析

5.1强动载造缝裂缝条数的实验研究

5.1.1实验装置概况

5.1.2裂缝条数模型的补充和完善

5.2强动载造缝裂缝条数数学模型研究

5.3数学模型的检验

5.4新裂缝条数模型的回归

5.5小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢