红外光谱法研究高能气体压裂弹燃气安全性

用密闭爆发器模拟高能气体压裂弹在油井中的燃烧过程,用红外光谱分析技术检测燃气成份中的毒性气体,测试了7个不同生产厂的高能气体压裂弹产品的燃气成份,并对特殊产品燃气中产生HCN机理进行了分析.实验表明,在高能气体压裂弹的使用和配方设计中,负氧类物质可导致HCN气体含量增加,正氧类物质可抑制毒性气体的含量.提出抑制燃烧过程产生HCN的措施,为高能气体压裂弹配方设计和安全使用提供了有效的评价途径.     

高能气体压裂中CO气体生成富集规律

近年来,在一些低渗油藏高能气体压裂过程中出现了多次CO中毒事件,这对油田安全生产构成了严重的威胁。采用密闭爆发器爆燃模拟检测技术系统研究了国内所用几种高能气体压裂(HEGF)中火药配方爆燃产生CO气体的生成机制,并以陕北某低渗油田5口井为例,研究了在井场HEGF作业中CO气体的聚集规律。在此基础上,提出了低渗油田高能气体压裂措施中CO气体伤害的防治对策,这对于确保HEGF压裂增产作业施工的顺利进行具有十分重要的意义。     

克拉美丽气田火成岩天然裂缝漏失压力模型

克拉美丽气田火成岩地层发育裂缝,裂缝性地层中存在天然裂缝与孔隙或孔洞的复合结构,钻井过程中漏失压力与地层破裂压力差异较大。根据不同井段火成岩的裂缝—孔隙状态、裂缝开合、连通及充填情况,开展压力漏失机理研究,构建不同裂缝状态的漏失压力模型,依据地层孔隙压力、地应力等参数绘制分层漏失压力剖面,确定克拉美丽气田火成岩天然裂缝的压力漏失规律。研究表明,火成岩的闭合裂缝压力漏失受地应力控制,开启裂缝压力漏失受地层孔隙压力和充填状态影响。结合典型井的钻井参数,分析裂缝漏失压力在不同井轨迹下的变化规律,确定钻井液安全密度窗口,实现安全钻井。     

有限元构造应力场研究在苏里格气田水平井开发中的应用

建立了苏里格气田的地质构造模型,利用有限元分析方法,对苏里格气田进行了地应力场有限元反演和三维构造应力场的数值模拟,模拟出区域最大主应力、最小主应力、最大剪应力和岩石应变能的分布规律,进而预测区域天然裂缝的分布规律,同时分析了构造应力场在水平井压裂中对水力裂缝启裂方位、裂缝规模的控制作用等,为气田水平井整体开发井网部署及压裂设计提供借鉴。     

复合射孔器动态压力测试方法研究

介绍一种复合射孔器模拟试验装置和动态压力测试方法,可对复合射孔器射孔单元组成模拟枪体,在相配套的模拟试验装置内进行试验。根据采集的数据,对射孔弹及火药爆燃后产生的冲击波和爆燃气体在相同边界条件下的动态压力变化过程进行分析,为探索复合射孔爆燃规律、装药结构的研究以及新产品开发提供相关参数和效果分析。     

页岩储层压裂缝网模拟研究进展

页岩储层压裂缝网表征是现阶段页岩气开采面临的主要难题之一,因此在了解缝网扩展主控因素的基础上,选择合理的、具有优势的实验（试验）和模拟方法是有效推进页岩开采的重要环节。通过调研大量页岩压裂缝网研究的矿场试验、室内实验以及数值模拟方法及成果,尤其对比、分析了各种数值模拟方法的发展和现状,展望了数值模拟技术的发展方向,并系统归纳了影响缝网的主控因素及其影响机理,得出以下认识：①页岩储层压裂缝网数值模拟方法中,基于有限元模型的扩展有限元模型、在离散裂缝网络模型基础上发展的非常规裂缝网络模型以及从分形理论出发的分形裂缝网模型在页岩复杂缝网模拟中体现了优越性和可持续发展性;②裂缝扩展在真实地层中主要受控于缝内压力、岩石脆性、地应力、层理和天然裂缝,页岩储层岩石脆性较强、层理发育、天然裂缝广泛分布,极大地增加了缝网复杂程度,裂缝扩展整体上主要是以上因素共同作用的结果;③现阶段复杂裂缝网络模拟方法基于边界元、有限元、离散元、解析法,由于每种方法的特征和适用性不同,融合不同数值方法的建模、求解更有模拟潜力。     

ГОС高能气体压裂技术在油田开发中的应用

ГОС高能气体压裂是用火箭推进剂作燃烧剂，与其它高能气体压裂相比，其突出特点是燃烧速度可得到有效控制，升压时间增长，产生的裂缝长而宽。简要介绍了高能气体压裂的基本原理和裂缝计算公式。现场试验表明，ГОС高能气体压裂方法具有适用范围广泛，施工成本低，增产效果显著等特点。     

高能气体压裂弹燃气组分安全性试验评价研究

首次采用室内模拟试验对高能气体压裂弹燃气组分的安全性进行评价研究,利用密闭爆发器测试技术模拟了7种高能气体压裂弹的爆燃过程,并使用红外光谱分析技术对燃气成分中毒性气体进行了检测。研究表明,不同压裂弹爆燃产生的毒性气体的量和种类都有所不同,复合推进剂较双基推进剂产生的毒性气体少,氧系数较小且含碳、氮量较大的压裂弹易产生大量毒性气体,其燃气组分较危险,并给出了毒性气体产生机理和压裂弹燃气组分安全性试验评价方法。此项研究从燃气组分安全性方面为压裂弹优选提供理论依据,对低渗透油藏高能气体压裂的安全生产具有重要指导意义。     

Study on Combustion Characteristics and Propelling Projectile Motion Process of Bulk-Loaded Liquid Propellant

Data are presented showing that the problem of gas–liquid interaction instability is an important subject in the combustion and the propellant projectile motion process of a bulk-loaded liquid propellant gun (BLPG). The instabilities themselves arise from the sources, including fluid motion, to form a combustion gas cavity called Taylor cavity, fluid turbulence and breakup caused by liquid motion relative to the combustion chamber walls, and liquid surface breakup arising from a velocity mismatch on the gas–liquid interface. Typically, small disturbances that arise early in the BLPG combustion interior ballistic cycle can become amplified in the absence of burn rate limiting characteristics. Herein, significant attention has been given to developing and emphasizing the need for better combustion repeatability in the BLPG. Based on this goal, the concept of using different geometries of the combustion chamber is introduced and the concept of using a stepped-wall structure on the combustion chamber itself as a useful means of exerting boundary control on the combustion evolution to thus restrain the combustion instability has been verified experimentally in this work. Moreover, based on this background, the numerical simulation is devoted to a special combustion issue under transient high-pressure and high-temperature conditions, namely, studying the combustion mechanism in a stepped-wall combustion chamber with full monopropellant on one end that is stationary and the other end can move at high speed. The numerical results also show that the burning surface of the liquid propellant can be defined geometrically and combustion is well behaved as ignition and combustion progressivity are in a suitable range during each stage in this combustion chamber with a stepped-wall structure.     

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液体药火药高能气体压裂是利用以氧化剂、燃烧剂、溶剂，添加适量的燃烧敏化剂为主要组分，配制成液体状的高能材料，进行油气井增产、增注作业的一种高能气体压裂技术。文章就液体药氧化剂、燃烧剂的选择、液体药的配方，经优化设计计算，找出了适合现场应用的液体药组成；文中还对液体发射药点火和燃烧性能进行了论述，研究了现场井下液体药点火工艺和点火药量。由于液体发射药燃速慢，最高压力仅50～60 MPa，井下装填药可达500～1200 kg，压力持续时间40 s左右。由于其压力持续时间长，因此可以造成宽长裂缝，缝长可达25~50 m，与水力压裂缝长相近。增产比为2.5~5，有效期达6个月以上，特别适用于低渗油气藏致密油层的压裂。文中介绍了液体药现场试验的结果及其取得的地质与经济效益。     

Numerical simulation of gas transport mechanisms in tight shale gas reservoirs

Due to the nanometer scale pore size and extremely low permeability of a shale matrix,traditional Darcy’s law can not exactly describe the combined gas transport mechanisms of viscous flow and Knudsen diffusion.Three transport models modified by the Darcy equation with apparent permeability are used to describe the combined gas transport mechanisms in ultra-tight porous media,the result shows that Knudsen diffusion has a great impact on the gas transport and Darcy’s law cannot be used in a shale matrix with a pore diameter less than 1 μm.A single porosity model and a double porosity model with consideration of the combined gas transport mechanisms are developed to evaluate the influence of gas transport mechanisms and fracture parameters respectively on shale gas production.The numerical results show that the gas production predicted by Darcy’s law is lower than that predicted with consideration of Knudsen diffusion and the tighter the shale matrix,the greater difference of the gas production estimates.In addition,the numerical simulation results indicate that shale fractures have a great impact on shale gas production.Shale gas cannot be produced economically without fractures.     

塔一联含氮天然气对加热炉燃烧的影响

为解决塔河油田注氮开采导致天然气含氮量上升而造成的天然气燃烧炉燃烧过程不稳定的问题,基于数值模拟软件Fluent,对塔一联含氮天然气在加热炉锥形燃烧室中温度场的分布规律及燃烧产物NOx的生成规律进行了研究,并针对塔一联含氮天然气组分的特殊性,分别以燃烧效率、NOx浓度、引燃温度、发热量及沃泊指数为基准,对掺混方案进行计算,并对4种掺混方案进行对比分析。确定选用基于NOx浓度的含氮天然气掺混方案,可保证塔一联含氮天然气燃烧过程燃烧效率、引燃温度、发热量及沃泊指数要求的同时,有效减少氮氧化合物带来的环境污染,具有较强的实际意义。     

渤中19-6复杂断块构造地应力分布规律试验研究

渤中凹陷19-6复杂断块构造同时受到走滑断裂与次级断裂切割的影响,难以通过对区域主控构造来判断地应力大小关系和方向。为提高区域钻井作业安全与效率,落实区域主控构造类型及地应力分布规律,对渤中19-6构造北部的2口探井开展了地层破裂试验,并对3口井进行了井下电成像测井。试验结果分析表明:渤中19-6构造区域内地应力表现为水平最大地应力>上覆岩层压力>水平最小地应力的分布特征,与区域内走滑断层为主控构造、正断层为次级构造的地质认识相符。井下电成像测井分析表明:受走滑断层影响,与周边油气构造地应力方向不同,构造区域内水平最大地应力方向在NE90°~110°。根据试验结果分析得出区域构造应力系数,并建立了渤中19-6构造北部沿深度的地应力剖面,具有较高的精度,为井位与钻井轨道优化、开展井壁稳定分析提供了可靠依据。     

川南泸州地区五峰组—龙马溪组古构造应力场及裂缝特征

川南泸州地区为深层页岩气勘探的重点区,中生代以来经历了多期构造运动,下古生界五峰组—龙马溪组深层页岩储层的裂缝主要受控于区域古构造应力场。为了探究泸州地区有利的深层页岩勘探区,以其五峰组—龙马溪组深层页岩地层为研究对象,以褶皱断裂系统、地震资料综合解释、埋深古构造图和页岩岩石力学参数测试为基础,开展了目的层燕山期Ⅲ幕(裂缝主要形成时期)的古构造应力场数值模拟,采用ANSYS有限元数值模拟方法,结合钻井裂缝实测结果,利用裂缝形成的力学原理,预测了其裂缝发育特征。结果表明:该区深层页岩储层的地应力呈差异分布,燕山期Ⅲ幕最大主应力方向为NW向,约为135°;窄背斜核部和断裂附近裂缝发育,低陡构造向斜区裂缝较发育,宽缓向斜核部裂缝弱发育;主要发育水平层理缝和高角度裂缝,裂缝密度分布由NE向SW逐渐降低,在高应力值的低陡构造向斜区,深层页岩储层裂缝发育,有利于游离态天然气聚集。该结论为泸州地区深层页岩气的勘探开发提供了地质依据。     

双复射孔器

分析了现有射孔器存在的问题。论述了复式射孔枪和射孔弹的原理结构。双复式射孔器主要由复式射孔枪、复式射孔弹两部分组成。复式射孔枪是由内枪和外枪双层枪组合而成，可以尽量减薄枪壁的厚度并解决枪体胀径超标问题。外枪采用小直径薄底盲孔，以减小射流通过盲孔的能量损耗，不预制泄压孔；内枪采用全封闭结构，以实现复式射孔弹能量的集束释放。复式射孔弹是由增效头（内装火药）与肩台装药式射孔弹两部分同轴组合而成。复式射孔弹拉近了射流峰压与火药燃气峰压的时差，加速了火药燃气脉冲沿射流方向同轴加载的过程。射孔弹采用肩台式装药，进而增强扩孔造缝的威力。因为该型射孔器既可以适当扩大枪径，又具有穿孔深、孔容大、造缝、解堵力强、减小对套管损伤等特点，因此提出在新井（或新层）特别是中、低渗透油层中射孔，应当首选双复式射孔器。     

支撑裂缝导流能力的数值模拟

裂缝导流能力一般是利用室内实验进行评价,周期长、成本高且仅能测试较短时间的裂缝导流能力。笔者通过离散元颗粒流程序生成了真实尺寸的支撑剂颗粒,再现了微小支撑剂颗粒之间、支撑剂与裂缝面之间的高度非线性接触的物理本质。通过CFD,计算了支撑剂簇空隙流体与支撑剂的流固耦合作用,建立了支撑裂缝的裂缝导流能力的数值模拟模型,开展裂缝闭合应力、储层弹性模量、铺砂浓度和支撑剂组合形式等对裂缝导流能力的影响规律研究,揭示了支撑裂缝导流能力的变化机理。数值模拟结果显示,裂缝导流能力与铺砂浓度和支撑剂颗粒成正比,与闭合应力以及支撑剂嵌入深度成反比。     

非常规油气藏体积压裂数值模拟新进展

页岩气藏的高效开发与体积压裂的合理设计密切相关,在调研大量相关文献的基础上,综述了近年来国外非常规油气藏水平井体积压裂数值模拟技术。从天然裂缝与人工缝的相互作用、应力影以及支撑剂模拟等方面叙述了压裂力学模型的发展历程,介绍了非常规压裂模型的原理,为该技术的深入研究提供参考;阐述了连续介质模型和离散裂缝模型在非常规油气藏体积压裂数值模拟中的应用,分析了其原理、数模思路以及适用性;总结了国外研究的主要方向,提出了针对长庆油田致密储层体积压裂数值模拟的发展方向。     

钻井过程中井筒裂缝动态扩展规律研究

为了搞清井筒裂缝的动态扩展规律,针对渤海湾渤中区域东营组硬脆性泥岩地层微裂缝漏失问题,利用有限元数值模拟法,建立了裂缝动态扩展与井筒压力、地层岩石力学参数的有限元模型,分析了单条裂缝与成组裂缝的延伸长度、宽度、沿裂缝应力分布随压差及初始裂缝长度的变化规律.结果表明,随着井筒压差的增加,裂缝尖端位置处的等效应力约呈0.7...     

Catalytic activity of nano-sized CuO on AP-CMDB propellant

ABSTRACT

In this work, nano-sized CuO prepared by mechanical grinding method was applied to the AP-CMDB propellant. The catalytic activity of nano-sized CuO on AP-CMDB propellant was investigated by thermogravimetric analysis/differential scanning calorimetric techniques. The combustion rates at atmospheric pressure of AP-CMDB propellant modified by nano-sized CuO were measured by strand burner method. The experimental results show enhancements on the thermal decomposition and combustion of AP-CMDB propellant in the presence of nano-sized CuO. Compared with blank propellant, the thermal decomposition temperature of AP-CMDB propellant shifts downward. Simultaneously, the combustion rate of AP-CMDB propellant at atmospheric pressure increases by about 22.2%. Encouragingly, the catalytic activity of nano-sized CuO on AP-CMDB propellant is superior to that of the bulk CuO, which leads to a potential application of nano-sized CuO in the AP-CMDB propellant.     

低渗透油田重复压裂裂缝形态规律研究

油井重复压裂是目前老油田提高单井产量的主要措施之一。为了提高重复压裂的针对性和措施效果,有必要对重复压裂裂缝形态进行研究。文中以长庆油田某低渗透油藏为例,选取典型的菱形反九点井网为分析单元,采用数值模拟方法,研究了考虑注采和一次裂缝影响条件下不同位置的储层应力变化规律和油井重复压裂裂缝形态。结果表明,不同注采比条件下．储层应力总的变化规律是随着注采时间的延长,储层应力变化幅度呈增大趋势;同一注采比条件下,应力改变随时问而变化．总的规律是应力的改变先增大后减小：应力改变最大的时间出现在20～30个月,因而是最佳的重复压裂时机;井网不同位置的油井水力裂缝的转向半径不同．中心井和角井的规律接近．而中间井的规律差别较大,总体上中间井的水力裂缝转向半径小于中心井和角井。