高壓水射流輔助壓裂機理與實驗研究.pdf

1、水力壓裂技術經(jīng)過了半個多世紀的發(fā)展，在縫高控制技術、高滲層防砂壓裂及大砂量多級壓裂等方面都取得了長足進展，但仍存在不少問題，如裂縫位置及方向難以控制、起裂壓力較高、壓裂裸眼段時壓裂液的大量漏失。(有天然裂縫時更為嚴重)、裸眼水平井段只在端部開裂等，這些問題增加了壓裂成本、降低了壓裂效果。采用水力噴射輔助壓裂可望解決上述問題。 本文采取了理論研究、數(shù)值模擬、室內(nèi)實驗和現(xiàn)場試驗相結合的研究方法。根據(jù)巖石斷裂力學、破碎力學等基礎知識，

2、分析裂縫起裂、擴展的機理；應用有限元軟件，數(shù)值模擬不同射孔參數(shù)下裂縫起裂、擴展規(guī)律；制作巖樣，改變巖樣中孔眼參數(shù)，室內(nèi)實驗不同條件下的起裂壓力、起裂時間、裂縫擴展形態(tài)等，并采用分形幾何的有關理論，對裂縫形態(tài)進行了分析；制訂現(xiàn)場施工工藝，設計施工參數(shù)，初步進行了現(xiàn)場試驗，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力分布，得出了孔眼壁面裂縫起裂位置和地應力的關系：從分析應力強度因子入手，得出了巖石中

3、微裂紋達到臨界擴展狀態(tài)需要滿足的條件，推導了維持裂紋繼續(xù)擴展的條件；(2)通過數(shù)值方法得到了孔眼參數(shù)對起裂壓力的影響規(guī)律以及裂縫擴展形態(tài)；(3)室內(nèi)實驗得出了孔眼參數(shù)對起裂壓力、起裂時間的影響規(guī)律；(4)采用分形方法分析了壓裂實驗后形成的裂縫面問題，計算得出了確定的分形維數(shù)，證實壓裂實驗的裂縫面具有明顯的分形特征，對現(xiàn)場壓裂作業(yè)中判斷裂縫形態(tài)奠定了基礎；(5)提出了“水力密封環(huán)”的概念，計算了水力噴射過程中地層孔眼內(nèi)外的壓差，制定了多種