高壓水射流輔助壓裂機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、水力壓裂技術(shù)經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，在縫高控制技術(shù)、高滲層防砂壓裂及大砂量多級(jí)壓裂等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，但仍存在不少問(wèn)題，如裂縫位置及方向難以控制、起裂壓力較高、壓裂裸眼段時(shí)壓裂液的大量漏失。(有天然裂縫時(shí)更為嚴(yán)重)、裸眼水平井段只在端部開(kāi)裂等，這些問(wèn)題增加了壓裂成本、降低了壓裂效果。采用水力噴射輔助壓裂可望解決上述問(wèn)題。 本文采取了理論研究、數(shù)值模擬、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法。根據(jù)巖石斷裂力學(xué)、破碎力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，

2、分析裂縫起裂、擴(kuò)展的機(jī)理；應(yīng)用有限元軟件，數(shù)值模擬不同射孔參數(shù)下裂縫起裂、擴(kuò)展規(guī)律；制作巖樣，改變巖樣中孔眼參數(shù)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)不同條件下的起裂壓力、起裂時(shí)間、裂縫擴(kuò)展形態(tài)等，并采用分形幾何的有關(guān)理論，對(duì)裂縫形態(tài)進(jìn)行了分析；制訂現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，設(shè)計(jì)施工參數(shù)，初步進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了顯著效果。 本文的研究取得以下主要成果：(1)理論分析了射孔孔眼壁面應(yīng)力分布，得出了孔眼壁面裂縫起裂位置和地應(yīng)力的關(guān)系：從分析應(yīng)力強(qiáng)度因子入手，得出了巖石中

3、微裂紋達(dá)到臨界擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)需要滿(mǎn)足的條件，推導(dǎo)了維持裂紋繼續(xù)擴(kuò)展的條件；(2)通過(guò)數(shù)值方法得到了孔眼參數(shù)對(duì)起裂壓力的影響規(guī)律以及裂縫擴(kuò)展形態(tài)；(3)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出了孔眼參數(shù)對(duì)起裂壓力、起裂時(shí)間的影響規(guī)律；(4)采用分形方法分析了壓裂實(shí)驗(yàn)后形成的裂縫面問(wèn)題，計(jì)算得出了確定的分形維數(shù)，證實(shí)壓裂實(shí)驗(yàn)的裂縫面具有明顯的分形特征，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓裂作業(yè)中判斷裂縫形態(tài)奠定了基礎(chǔ)；(5)提出了“水力密封環(huán)”的概念，計(jì)算了水力噴射過(guò)程中地層孔眼內(nèi)外的壓差，制定了多種