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井内爆炸压裂就是一种通过引爆埋放于井筒内的炸药,利用炸药爆炸产生的能量对井壁围岩制造裂缝,从而达到改善低渗储层物性、提高油气采收率的目的的一种非常规油气改造技术。该技术因其施工工艺简单、无需大型压裂设备、不受场地限制、成本低等特点而倍受研究人员的关注,然而,目前对该技术的研究却并不系统,也不够深入。本文从试验、理论和数值模拟三个方面开展了对井内爆炸压裂技术的研究工作。主要内容包括:
⑴分别从爆炸激波和爆生气体两个方面对爆炸压裂破岩造缝机理进行了探讨,并结合爆炸载荷下围岩力学性质,对爆炸压裂条件下井壁围岩应力状态进行了分析;根据岩石拉伸破裂准则,对爆炸压裂施工参数(包括炸药类型选择、用药量、装药结构)设计方法进行了研究。
⑵在考察现有岩石动力实验设备的基础上,自主研发了一套井内爆炸压裂模拟试验系统;借助该试验系统,考虑炸药量、围压、岩性、装药结构等影响因素,开展了一系列井内爆炸压裂模拟试验,并结合分形理论、计算机图象处理技术,通过试验结果对比,研究分析了以上影响因素对爆炸压裂效果的影响规律;通过对试样的后期测试,就以上影响因素对试样相对损伤度、孔隙度、渗透率、渗透率梯度、裂缝导流能力五项指标的影响规律进行了研究分析。试验研究结果表明:爆炸压裂效果受炸药量、围压、岩性、装药结构等因素的影响较为显著,不但直接影响到压裂后储层中产生的数量、长度、宽度、弯曲度,而且影响到储层损伤破坏范围、储层孔隙度、渗透率、导流能力等物性参数。
⑶在试验研究及理论研究的基础上,建立了井内爆炸压裂数值计算模型;在借助试验结果对模型准确度进行必要验证的基础上,通过数值模拟的方法,研究了炸药类型、炸药量、岩性、地应力以及装药结构等因素对爆炸压裂造缝效果的影响规律。研究结果表明:炸药类型、炸药量、岩性、地应力以及装药结构上的差异,导致了围岩所受爆炸冲击力的不同,进而影响到围岩塑性应变以及损伤破坏范围,最终影响到产生的裂缝形态、方位、参数上的差异。
⑷在以上研究基础上,开发了一套井内爆炸压裂数值仿真系统,并借助该软件对现场两口井进行了施工参数设计、爆炸压裂过程模拟以及后期的产能预测等工作,进而实现了对整套过程的数字化表征。