爆燃压裂起裂模型常见问题分析与修正

爆燃压裂起裂模型常见问题分析与修正

孙林;黄波;熊培祺

【摘要】目前爆燃压裂起裂常用模型单位不统一、物理意义模糊、模拟功能范围窄, 导致模型无法正常计算或者有关参数无法求解.通过公式单位推导与物理意义分析, 对爆燃压裂峰值压力简易模型、挤入液体模型中的单位不统一问题和压力与时间主模型、挤入液体模型、挤入气体模型和裂缝与时间关系模型物理意义模糊问题进行了修正;同时根据牛顿第二定律和材料力学方程, 按照压力波在液柱中的传递过程进行推导建立了应用范围更广的压挡液运动新模型.现场应用结果表明, 压挡液运动新模型具有较高的计算精度, 模拟计算结果与现场测试数据吻合较好, 可为爆燃压裂参数预测和安全控制提供参考.%Some problems exist in the commonly used models of deflagration fracturing crack initiation, including multiple units, fuzzy physical meanings and narrow analog usage range, which cause failures on model calculation or parameters solution.Corrections have been done to address the multiple units in the simple deflagration peak pressure model and liquid injection model, and the fuzzy physical meanings of pressure-time main model, liquid injection model, gas injection model and crack-time relationship model by means of formula derivation and physical meaning analysis.Meanwhile, a new pressurized fluid movement model with wider application scope has been derived and established by Newton's second laws and material mechanics equation according to the transformation of pressure wave in liquid column.The field applications show that this model has high calculation precision, and the simulation result tallies with field data properly, so it can provide

reference to parameter prediction and safety control during deflagration fracturing.

【期刊名称】《中国海上油气》

【年(卷),期】2019(031)001

【总页数】6页(P133-138)

【关键词】爆燃压裂;模型;问题修正;压挡液运动新模型

【作者】孙林;黄波;熊培祺

【作者单位】中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津 300452;中海油

能源发展股份有限公司工程技术分公司天津 300452;中海油能源发展股份有限公

司工程技术分公司天津 300452

【正文语种】中文

【中图分类】TE357.3

爆燃压裂(也称为高能气体压裂、气动力造缝、脉冲压裂或推进剂压裂)技术是利用火药或火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体使油气井增产增注的技术。该技术起源于19世纪60年代，用于向水井中开枪产生振动增加水量；直到20世纪60—70年代，前苏联和美国进行了大量现场实验和理论研究，使该技术发展起来。我国原西安石油学院与西安近代化学研究所于1986年3月在延长油矿七里村1038井进行了国内首次爆燃压裂现场实验并获得成功[1-6]；迄今为止，爆燃压裂技术在我国大庆、长庆、胜利、辽河、南海东部等油田应用已达上万井次，效果显著。

爆燃压裂技术的核心之一为峰值压力、裂缝参数等计算，为火药用量设计及作业安全性提供依据。我国从技术应用初期就开始从事这方面的研究工作，国内很多学者对常用起裂相关模型[7-15]进行了研究。但笔者在从事爆燃压裂模型研究过程中发现，目前国内文献中有关模型常出现一些问题，导致模型无法正常计算或者有关参数无法求解，而目前国内未对此问题进行相关修正，极易使相关研究产生错误，严重时可造成较大井下安全事故。针对此类问题，笔者推导分析了爆燃压裂起裂模型，并对相关模型错误进行修正。此外，针对原压挡液运动模型只能计算压挡液柱底部向上运动过程，而无法计算液柱中压力分布情况的问题，笔者根据牛顿第二定律和材料力学方程，按照压力波在液柱中的传递过程进行推导，新建立了一套应用范围更广的压挡液运动模型，从而整体提升了爆燃压裂预测精度和范围，为爆燃压裂参数预测和安全控制提供了理论参考。

1 常见问题分析

目前国内常见的爆燃压裂技术起裂模型主要包括火药燃烧模型、压挡液运动模型、热传导模型、液体模型(参数包括挤入垂直裂缝的液体流量、将液体挤入裂缝的压力)、气体模型(参数包括火药气密度、挤入垂直裂缝的气体流量、将气体挤入裂缝的压力)、裂缝模型(参数包括裂缝缝长、裂缝缝宽)等[7-14]，计算公式有十余个。将这些模型进行联合求解，即可得到具有有限精度的数值解，但这些模型存在单位不统一、物理意义模糊、模拟功能范围窄等问题，导致模型无法正常计算或者有关参数无法求解。

1.1 单位不统一

单位不统一的问题主要涉及压力、火药力、体积、密度、余容、杨氏模量等参量，本文主要分析爆燃压裂峰值压力简易模型和挤入液体模型。

1.1.1 爆燃压裂峰值压力简易模型

爆燃压裂峰值压力简易模型[10-14]是早期实施爆燃压裂中常用的一种峰值压力预