岩石压胀特性及压胀松动增产技术研究

论文摘要

压胀松动增产技术是国际上七十年代开始研究的一项油气井增产、增注新技术,其基本原理是通过爆炸波的叠加,使储层岩石产生压胀,利用岩石压胀后孔隙度和渗透率显著增加的特性进行油气井增产。本文对砂岩和碳酸盐岩这两种主要的含油气储层岩性产生压胀的条件和压胀后其渗透率、抗压强度及声速特性等进行了室内实验,为压胀松动增产技术的应用提供基础理论;另外,本论文还对岩石中爆炸波的传播和叠加规律进行了理论和实验研究,并进行了压胀松动增产技术装置、施工工艺设计和现场试验。本文完成的主要工作及结论:（1）建立了落锤式加载岩石动态压胀松动实验系统,并对该系统各传感器和系统误差进行了标定,对系统的可靠性进行了检验,与理论或其它成熟仪器所测数据相比,误差不超过5%。（2）进行了岩石产生压胀的条件实验,得出了储层岩石产生压胀的两个基本条件:一是加载不均匀系数ζ的范围在0-0.3之间,当加载不均匀系数大于0.3时,岩石很难发生压胀;二是岩石压胀出现在最大主应力为其相同应力状态下的强度的1/2-2/3处,当最大主应力小于抗压强度的1/2-2/3时,岩石整体表现为体积缩小、被压实,只有当最大主应力超过这一值时,岩石才出现体积增加。（3）对岩石压胀后力学特性进行了实验。岩石压胀后其渗透率有显著增加,有的甚至增加了3倍。渗透率增加与不均匀加载系数有关,随不均匀加载系数的增加,渗透率减小,渗透率的比值与不均匀加载系数之间成指数关系,不同岩性的岩石指数不同。（4）对岩石压胀前后弹性模量、声波传播速度进行了实验。岩石压胀后其弹性模量、声波传播速度都有不同程度地降低。（5）从理论上对压胀对水力裂缝参数的影响进行了研究。水力压裂时,裂缝尖端岩石会产生压胀,这样会使裂缝缝宽增加、缝长减小。（6）对岩石中爆炸波叠加规律及方法进行了研究,得出两个药包及三个药包延时爆炸的爆炸波叠加规律。（7）设计了井内压胀松动增产技术装置,并对装药结构、炸药选择、药量等进行理论推导和计算。（8）设计了井下压胀松动增产技术套管保护装置,主要对套管及井下工具进行保护。（9）制定了井下压胀松动增产技术的电缆传输和油管传输的施工工艺方案。（10）进行了大庆油田67-P147井压胀松动增产技术现场试验,对试验井储层岩石力学参数进行测试,计算了试验用药量直径、药量及延迟时间,并对试验结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 理论依据及研究目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩石压胀特性研究现状
• 1.2.2 压胀松动增产技术研究现状
• 1.3 研究方法和内容
• 1.4 本文的主要研究成果
• 1.5 论文特色及创新点
• 2 岩石动态压胀实验系统研制
• 2.1 岩石动态力学实验系统简介
• 2.1.1 声波法
• 2.1.2 霍普金森法（SHPB）
• 2.1.3 液压加载法
• 2.2 动态岩石压胀实验系统研制
• 2.2.1 系统组成
• 2.2.2 落锤加载实验装置设计原理
• 2.2.3 实验系统主要参数
• 2.2.4 实验系统功能
• 2.2.5 不同应力状态下应力、应变分量的计算方法
• 2.2.6 实验系统的工作过程
• 2.3 岩石压胀实验系统的标定
• 2.3.1 位移的标定
• 2.3.2 围压的标定
• 2.3.3 轴向载荷的标定
• 2.4 岩石压胀实验系统可靠性检验
• 2.4.1 液体的压缩系数法检验
• 2.4.2 实验材料的选择
• 2.4.3 测定参数之间的关系
• 2.4.4 实测结果比较
• 3 岩石压胀特性研究
• 3.1 岩石基本力学性质
• 3.2 岩石压胀特性研究
• 3.3 岩石动态压胀特性实验研究
• 3.3.1 岩样的制备
• 3.3.2 岩石动态压胀特性实验
• 3.3.3 岩石动态压胀条件实验研究
• 3.3.4 压胀对岩石性质影响研究
• 3.4 岩石产生压胀的原因
• 4 压胀松动增产技术研究
• 4.1 井下普通爆炸增产技术简介
• 4.2 爆炸波叠加规律研究
• 4.2.1 岩石中爆炸应力波的特征
• 4.2.2 岩石中爆炸应力波的传播
• 4.2.3 爆炸波叠加理论基础
• 4.2.4 压胀松动爆炸波叠加方法
• 4.3 压胀松动增产技术优化设计
• 4.3.1 装药结构设计
• 4.3.2 炸药种类选择
• 4.3.3 装药直径计算
• 4.4 井下压胀松动装置设计及施工工艺研究
• 4.4.1 材料选择
• 4.4.2 弹体设计
• 4.4.3 施工工艺方案研究
• 4.5 套管保护
• 4.5.1 正对弹体套管保护
• 4.5.2 弹体上下套管及井下工具保护
• 5 大庆油田67-P147井压胀松动现场试验
• 5.1 试验井区块储层特征
• 5.2 试验区块基本力学参数实验
• 5.2.1 弹性模量及声速实验
• 5.2.2 加载不均匀系数及压胀前后渗透率实验
• 5.3 67-P147井压胀松动试验装药优化设计
• 5.3.1 炸药种类优选
• 5.3.2 药柱直径优化计算
• 5.3.3 单个药包高度及质量优化
• 5.3.4 延迟时间的计算
• 5.3.5 施工工艺优化设计
• 5.3.6 现场试验总结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献