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围压对超临界二氧化碳射流冲击力与冲蚀射孔的影响被引量：4: 2017年; 与水射流相比,超临界二氧化碳射流破岩具有所需能量少、效率高,以及不产生储层渗透性伤害等优点。将其应用于非常规油气资源的径向井钻井与喷射压裂作业中已引起广泛关注。井底压力环境对水力能量具有严重影响,而超临界二氧化碳流体性质易随环境压力改变而显著变化,是否具有良好射流作业效率仍亟待研究。通过数值模拟与室内测试实验方法,研究了模拟围压对流场速度分布、射流冲击力以及冲蚀破岩效率的影响。结果表明:喷射压力恒定时,射流冲击力和射孔深度均随围压增大而显著减小,二氧化碳临界压力处变化明显;喷射压差恒定时,随着围压的增大,射流冲击力几乎不发生变化,而射孔深度先较稳定或轻微增长然后明显减小,在临界压力时达到最大。分析认为,围压升高引起喷嘴外流场二氧化碳由气态相变为超临界态,射流形式由非淹没射流转变为淹没射流,是超临界二氧化碳射流与水射流冲蚀射孔规律显著不同的主要原因。; 贺振国李根生石李保王海柱沈忠厚王友文; 关键词：超临界二氧化碳围压

水力压裂过程的扩展有限元数值模拟方法被引量：24: 2014年; 建立了基于扩展有限元法的水力压裂数值模拟方法,使水力裂缝独立于网格存在,无需预设裂缝扩展方位。在扩展有限元计算框架下,将裂缝面处理为求解域内边界,将缝内水压力转化为相关单元等效节点力;运用考虑缝内水压力作用的相互积分法来数值求解缝尖应力强度因子;采用最大能量释放率准则确定裂缝是否继续扩展及扩展方位;最终编制了计算机程序。利用该方法数值模拟了单条水力裂缝在恒定水压力作用下作非平面扩展,所得结果分别与室内试验和解析模型相对比。结果表明,数值结果与室内试验和解析解吻合较好,缝尖应力强度因子最大相对误差不高于0.45%,验证了该方法的可行性和准确性。; 盛茂李根生; 关键词：水力压裂数值模拟油气井裂缝

含裂缝混合岩性致密油储层压裂裂缝起裂与扩展实验研究被引量：8: 2016年; 我国部分含天然裂缝的混合岩性致密油储层受岩石非均质性的影响,压裂裂缝起裂与延伸规律复杂,裂缝形态认识不清,采用北美缝网压裂思路进行增产改造后产量差异较大。为此,本文采用岩性复杂、天然裂缝发育的大港油田沧东孔二段致密油储层井下岩样,进行三轴力学测试、矿物组分测试和CT扫描,对储层岩样的力学参数、矿物组分和天然裂缝展布情况进行了分析,选取其中含有水平、低角度、高角度和复杂天然裂缝的井下岩样进行真三轴压裂实验,并采用CT扫描对压裂裂缝进行监测,以研究含天然裂缝的混合岩性致密油储层压裂裂缝起裂与扩展规律。实验结果表明:(1)根据对压裂效果的有利程度,可将压后裂缝形态分为以下3类:水力单缝、沿天然裂缝开启和复杂裂缝;(2)天然裂缝是压后裂缝形态的主要控制因素;(3)实验中,水力裂缝遭遇天然裂缝时出现3种延伸模式:沿天然裂缝张开、穿过天然裂缝(直接穿过、转向后穿过)、被天然裂缝阻断,应力差大小决定了以上3种延伸模式;(4)天然裂缝发育程度严重影响破裂压力和压裂液滤失量。实验结果对认识含天然裂缝的混合岩性致密油储层压裂裂缝形态,评价此类储层缝网压裂效果提供了依据。; 张然李根生郭建春; 关键词：CT扫描

液氮冻结条件下岩石孔隙结构损伤试验研究被引量：53: 2014年; 液氮温度极低,约在-195.56^-180.44℃之间,当与岩石接触时会对岩石孔隙结构产生损伤。根据这一特点,低温液氮有望作为压裂流体对储层进行压裂改造。为了研究液氮冻结对岩石孔隙结构损伤的影响,选取两种不同砂岩岩样,分别在不同初始含水饱和度条件下进行液氮冻结处理。对冻结前、后的岩样进行孔隙度以及核磁共振测试,得到岩样在冻结前、后的孔隙度、横向弛豫时间T2分布以及T2谱面积变化情况。试验结果表明:液氮冻结会对岩石的孔隙结构产生损伤,损伤程度受到岩性、孔隙度和岩石含水饱和度等因素影响;岩石含水饱和度越大,损伤就越严重,当岩石含水饱和度达到100%时,岩石表面产生了明显裂纹;岩石在液氮冻结下损伤形式主要是微孔隙的发育和扩展,微孔隙的增加会使岩石孔隙结构的连通性增强,甚至会产生新的大尺寸孔隙,从而对孔隙结构造成严重损伤。; 蔡承政李根生黄中伟沈忠厚王海柱田守嶒位江巍; 关键词：液氮冻结孔隙结构岩石损伤核磁共振

超临界二氧化碳喷射压裂孔内流场特性被引量：9: 2014年; 为了证实利用超临界二氧化碳(CO2)流体进行喷射压裂的可行性,利用Span-Wagner气体状态方程建立超临界CO2流场的计算流体力学模型,模拟超临界CO2喷射压裂过程中的孔内流场。结果表明:在喷嘴压降相同的条件下,与水射流相比,超临界CO2射流的射流速度更高,射流核心区更长;超临界CO2喷射压裂具有比水力喷射压裂更强的射流增压效果,更容易压开地层;超临界CO2射流具有显著的焦耳-汤姆逊效应,会导致温度下降,在压裂施工中应合理控制喷嘴压降,以防发生冰堵事故;超临界CO2的密度主要受压力影响,通过调节压力就能有效控制,可适应不同的地层温度条件。; 程宇雄李根生王海柱沈忠厚田守嶒蔡承政; 关键词：超临界二氧化碳射流压裂流场数值模拟

Research and applications of novel jet techniques in well drilling,completion and fracturing被引量：3: 2014年; Oil and gas have long been regarded as key elements for any industrialized country.China's economy and social security are largely dependent on oil and gas exploration and development.Nowadays,a great deal of attention has been paid to various ways of efficiently developing oil and gas reserves.This paper presents an overview of research and applications of novel jet techniques in well-drilling,well-completion and fracturing.Supported by the National Natural Science Foundation of China,through years of effort,significant achievements have been made in this area.Not only has the systematic theory of novel jetting been established,but also its application has been proved practical in petroleum engineering.This paper focuses on the topics of the self-resonating cavitating jet,the abrasive water jet,and the supercritical CO_2 jet,in respect of theories,applications and prospects.; LI GenShengSHEN ZhongHouHUANG ZhongWeiTIAN ShouCengSHI HuaiZhongSONG XianZhiWANG HaiZhu; 关键词：FRACTURING

液氮压裂中液氮对岩石破坏的影响试验被引量：19: 2014年; 为了研究液氮对岩石破坏的影响,在理论分析的基础上,借助核磁共振测试技术,通过测试所选取的砂岩岩样孔隙体积及孔隙结构的变化,研究液氮对干燥状态和饱和水状态岩样的破坏形式。结果表明:液氮的热力冲击作用可使干燥岩石在较短时间内产生收缩变形和孔隙体积减小,试验后红色砂岩和白色砂岩岩样的孔隙体积分别降低了8.63%和4.78%;冻结作用对饱和岩样的矿物颗粒之间胶结较弱处具有损伤破坏作用,当损伤达到一定程度后,会贯通成缝,使岩体出现断裂现象。; 蔡承政李根生黄中伟田守嶒沈忠厚王海柱; 关键词：压裂岩石破坏孔隙结构核磁共振

超临界CO_2射流在石油工程中应用研究与前景展望被引量：37: 2013年; 阐述超临界CO2流体物理特性,分析超临界CO2射流在喷射钻井、喷射压裂、驱油提采、冲砂解堵和油套管除垢等作业中的原理和技术优势,探讨超临界CO2开发非常规油气藏的可行性,展望超临界CO2射流在石油工程中的应用前景。; 李根生王海柱沈忠厚田守嶒黄中伟程宇雄; 关键词：超临界CO2 水射流压裂非常规油气

水力喷射多级压裂中水力封隔效果的数值模拟被引量：6: 2015年; 在多级压裂过程中有效的层间封隔至关重要,水力喷射压裂技术利用水力射流形成的低压区来实现层段间的封隔,但是在井下复杂环境下很难通过试验来定量分析水力封隔效果。鉴于此,首先建立了包含喷嘴、射孔孔道和环空段等结构的CFD模型,模拟了多级水力喷射压裂过程中环空的特性,并将数值模拟结果与试验数据进行对比,验证了该数值模型的正确性;然后根据环空流动特性,提出了用2个出口的质量流量比来评价多级压裂中水力封隔效果;最后,分析了不同参数对封隔效果的影响规律。模拟结果表明:1在一定条件下,高速射流能产生有效的层间封隔;2水力封隔效果随层间压差、喷射相位角和喷距的减小而增强,随喷射流速和喷射层数的增大而增强,且喷射相位角对水力封隔效果的影响大于喷射层数的影响。研究结果可为多级水力喷射压裂水力参数、喷嘴布置和参数组合的优化提供参考。; 范鑫李根生黄中伟陈龙张启龙李浩; 关键词：多级压裂水力喷射数值模拟

水平多裂缝交错扩展及其诱导应力干扰研究被引量：11: 2017年; QA油田X储层埋深较浅,高角度天然裂缝发育,水力压裂后形成的水力裂缝形态较为复杂,压后效果时好时坏,给压裂设计及施工带来诸多困难,急需弄清该储层水力裂缝的形态,以确定合理的压裂施工方案。首先,采用三轴岩石力学测试系统对X储层岩石力学特征进行测试,观察天然裂缝形态。其次,建立砂泥岩相间的二维平面渗流应力损伤耦合有限元模型,采用二次应力起裂准则作为水力裂缝是否起裂的判断依据,以幂律流来表征流体在Cohesive单元内的流动。模拟了X储层水力压裂多裂缝交错延伸的裂缝形态,探究了水力裂缝几何形态及压裂液排量、地应力、压裂液黏度对缝间应力干扰的影响,揭示了复杂多裂缝交错扩展的干扰机理,发现该储层具有形成复杂裂缝的力学和工程地质条件,为该区域的压裂改造提供理论指导。; 张然李根生朱海燕

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国家自然科学基金(51210006)

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