激波作用下水泥试样损伤评价方法研究

论文摘要

随着石油工业的发展,低渗透油田资源在石油勘探开发中的地位越来越重要,借鉴水力压裂和高能气体压裂等对低渗透油田的改造技术,提出了“层内爆炸”采油技术,该技术可改善油层的渗透率,从而提高油气采收率,增加油田的经济效益。本文是关于低渗透油藏增产技术的室内实验评价研究。有人用水中爆炸的方法对水泥试样进行损伤破坏实验,来模拟“层内爆炸”采油中爆炸激波使岩石损伤、开裂的现象,在此实验的基础上,本文采用实验和计算相结合的方法来评价水泥试样受激波作用后的损伤效果,确定激波作用后使试样渗透率提高的幅度大小。首先根据水泥试样的损伤机理和损伤形貌,划分损伤区域并确定研究区域,结合理论分析和试样观察,确定了超声波测试、气测孔隙度和渗透率测量等方法,来评价水泥试样受激波作用的损伤效果。以水泥试样受激波作用前后的弹性模量定义相对损伤变量,其损伤可由声波波速表示,通过量纲分析得到水泥试样的损伤主要由激波压力大小决定的。然后结合实验分析得到无量纲激波压力和水泥试样损伤之间的关系;筛选前人总结的裂缝孔隙度和声波波速关系模型,结合气测孔隙度测量实验,得到裂缝孔隙度和水泥试样损伤之间的关系;通过激波对水泥的损伤机理分析,假设微裂缝为方向各异、开度相同裂隙模型,得到裂缝孔隙度和裂缝渗透率之间的关系。综合以上分析,得到爆炸激波压力和水泥试样裂缝渗透率之间关系,并由此得到可提高水泥试样渗透率的最优激波条件。由于宏观裂缝开度较大、延伸长,而取心实验范围较小,因此对其进行整体评价。结合水泥损伤机理和裂纹形貌观察,首先假设宏观裂缝的长度、倾角、方位角、裂缝密度等各自服从独立的随机分布,生成离散裂隙系统,并通过水测渗透率实验得到单一裂缝的渗透率分布,计算离散裂隙系统的渗透率大小,由拉伸损伤区尺度和装药尺度的关系,得到不同爆炸激波作用下的宏观裂缝扩展范围以及该裂缝系统的渗透率大小。同时分析水泥试样裂缝在围压作用下的变形作用对裂缝渗透率的影响,得到裂缝渗透率随围压增大而指数递减的规律。由计算可得,在一定的围压作用下,水泥试样裂缝系统渗透率比激波作用前有很大幅度的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 爆破损伤模型
• 1.2.2 岩石中损伤的测量方法
• 1.2.3 裂缝中流体运动规律
• 1.2.4 裂缝渗流的数学模型
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 水中激波冲击实验简介
• 2.1 水中激波冲击实验方案
• 2.2 水中激波冲击实验结果分析
• 2.2.1 破碎损伤区的定义及划分
• 2.2.2 试样的形貌特征及裂纹起裂扩展机理
• 2.2.3 激波在水泥试样中衰减规律分析
• 2.3 损伤破碎尺度经验公式
• 2.3.1 压剪损伤区尺度与装药尺度关系模型建立
• 2.3.2 拉伸损伤区尺度与装药尺度关系模型建立
• 第三章 评价分析参数获取的实验研究
• 3.1 实验方案设计
• 3.2 实验准备
• 3.2.1 试样取心
• 3.3.2 岩心加工和保养
• 3.3 实验方法及步骤
• 3.3.1 声波测量实验
• 3.3.2 孔隙度测量实验
• 3.3.3 渗透率测量实验
• 第四章 水泥试样损伤分析
• 4.1 水泥试样损伤因素分析
• 4.1.1 激波作用量纲分析
• 4.1.2 水泥试样中拉应力的计算
• 4.2 无量纲激波压力的确定
• 4.3 水泥试样损伤评价结果及分析
• 4.3.1 损伤及相对损伤
• 4.3.2 无量纲激波压力和相对损伤的关系
• 第五章 损伤后的水泥试样的渗透率分析
• 5.1 相对损伤和裂缝孔隙度的关系
• 5.2 损伤后的水泥试样渗透率
• 5.2.1 裂缝渗透率
• 5.2.2 裂缝渗透率和孔隙度的关系
• 5.3 最优激波压力的确定
• 第六章 宏观裂缝渗透率计算
• 6.1 裂缝模型的生成
• 6.1.1 基本假设
• 6.1.2 离散裂缝网络的随机生成
• 6.1.3 计算过程
• 6.2 裂缝渗透率计算
• 6.2.1 单一裂缝渗透率
• 6.2.2 裂缝系统的渗透率
• 6.2.3 裂缝系统渗透率计算
• 6.3 围压对渗透率的影响
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢