本書利用水射流理論對水力噴射壓裂工藝進行機理研究。通過室內實驗與有限元計算相結合的方法，揭示水力射孔過程中的破巖效果、增壓效果和負壓效果以及變化規(guī)律，建立相應的計算模型；構建基于水力噴射壓裂方法的孔道起裂和裂縫延伸計算方法和模型；制定和優(yōu)化水力噴射分段壓裂施工參數(shù)及流程；分析不同工程狀況的十口油氣井典型案例，提出工程應用適用范圍和要求。
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目錄
第一章 緒論 1
第一節(jié) 水力噴砂射孔技術 1
第二節(jié) 水力噴射分段壓裂技術 2
第三節(jié) 水力噴射酸化壓裂技術 4
第四節(jié) 水力噴射環(huán)空壓裂技術 6
參考文獻 8
第二章 高壓磨料水射流理論基礎 11
第一節(jié) 引言 11
第二節(jié) 水射流的結構和特性 11
一、淹沒水射流的結構 11
二、非淹沒水射流的結構 12
三、連續(xù)水射流對物體表面的作用力 13
四、連續(xù)水射流沖擊物體的壓力分布 14
第三節(jié) 磨料射流對材料的沖蝕機理 15
一、沖蝕機理 15
二、金屬材料在磨料射流作用下破壞機理 17
三、巖石在磨料射流作用下的破壞機理 19
第四節(jié) 水射流切割模型 22
第五節(jié) 影響水射流切割性能的因素 23
參考文獻 26
第三章 井底高壓磨料射孔機理研究 28
第一節(jié) 室內實驗 28
一、實驗原理 28
二、實驗裝置 29
三、實驗試件 29
第二節(jié) 數(shù)值計算方法 29
一、控制方程 30
二、湍流方程 30
第三節(jié) 井底高壓射流實驗結果與分析 31
一、淹沒非自由射流形態(tài)研究 31
二、套管擊穿過程研究 33
三、水力噴砂射孔孔道形成過程研究 35
四、水力噴砂射孔孔道極大值研究 38
參考文獻 39
第四章 水力噴射分段壓裂增壓機理研究 41
第一節(jié) 室內實驗 41
一、實驗原理 41
二、實驗裝置 42
第二節(jié) 射流增壓機理研究 44
一、增壓機理 44
二、孔道流場研究 45
第三節(jié) 射流增壓規(guī)律分析 47
一、多噴嘴對孔道壓力影響規(guī)律 47
二、噴嘴壓降對射流增壓的影響 48
三、噴嘴直徑對射流增壓的影響 49
四、套管孔眼直徑對射流增壓的影響 49
五、射流增壓計算模型 50
參考文獻 51
第五章 水力噴射分段壓裂密封機理研究 52
第一節(jié) 室內實驗 52
一、實驗原理 52
二、實驗原理及應用范圍 53
第二節(jié) 射流密封機理研究 53
一、密封機理 53
二、孔道流場研究 54
第三節(jié) 射流密封規(guī)律分析 56
一、多噴嘴對射流密封的影響 56
二、噴嘴壓降對射流密封的影響 57
三、噴嘴直徑對射流密封的影響 58
四、套管孔眼直徑對射流密封的影響 58
五、射流密封計算模型 59
參考文獻 60
第六章 水力噴射分段壓裂裂縫起裂及擴展研究 61
第一節(jié) 水力射孔孔道布置優(yōu)化 61
一、控制方程 61
二、計算模型、邊界條件及參數(shù) 62
三、水力噴砂射孔孔道塑性分析 64
四、水力噴射分段壓裂裂縫起裂方式及方位 65
五、起裂壓力及套管受力云圖 67
第二節(jié) 三維裂縫延伸機理研究 70
一、裂縫擴展控制方程 70
二、計算模型 72
三、計算結果分析及影響因素 72
第三節(jié) 裂縫形態(tài)比較 77
第四節(jié) 裂縫布置優(yōu)化 78
參考文獻 81
第七章 水力噴射分段壓裂優(yōu)化設計 83
第一節(jié) 水力噴射壓裂工藝適應性 83
一、水力噴射分段壓裂工藝適應的地層 83
二、拖動式水力噴射壓裂工藝 84
三、不動管柱水力噴射分段壓裂工藝 85
四、連續(xù)油管水力噴射砂塞封隔多級壓裂 86
五、連續(xù)油管水力噴射封隔器多級壓裂 88
第二節(jié) 水力噴射壓裂參數(shù)優(yōu)化 90
一、水力噴射壓力設計方案 90
二、地面泵壓預測 92
三、噴嘴數(shù)量及排量 93
四、壓裂流體流動摩阻 94
五、油管伸長量 96
第三節(jié) 水力噴射壓裂工具 97
一、噴嘴結構及材質 97
二、噴射工具結構優(yōu)化 100
參考文獻 104
第八章 水力噴射壓裂工藝現(xiàn)場實驗 106
第一節(jié) 直井套管射孔——不動管柱水力噴射分段壓裂 106
一、Q370-3基礎數(shù)據(jù) 106
二、壓裂設計思路 107
三、現(xiàn)場施工分析 109
四、施工總結 109
第二節(jié) 直井Ф101.6mm懸掛套管完井——單段水力噴射壓裂 110
一、Ф101.6mm套管井基礎數(shù)據(jù) 110
二、壓裂設計思路 110
三、現(xiàn)場施工分析 112
四、施工總結 113
第三節(jié) 直井Ф177.8mm篩管完井——水力噴射分段壓裂 114
一、N7-9井基礎數(shù)據(jù) 114
二、壓裂設計思路 115
三、現(xiàn)場施工分析 116
四、施工總結 117
第四節(jié) 斜井裸眼完井——不動管柱分段壓裂 117
一、J1井基礎數(shù)據(jù) 118
二、壓裂設計思路 120
三、現(xiàn)場施工分析 122
四、施工總結 123
第五節(jié) 水平井篩管完井——單段水力噴射壓裂 123
一、W-A井基礎數(shù)據(jù) 124
二、壓裂設計思路 125
三、現(xiàn)場施工分析 127
四、壓后效果 128
第六節(jié) 水平井篩管分段完井——拖動式分段壓裂 128
一、SW-B井基礎數(shù)據(jù) 129
二、壓裂設計思路與參數(shù)優(yōu)化 130
三、現(xiàn)場施工分析 132
四、裂縫檢測數(shù)據(jù) 134
五、壓后效果 135
第七節(jié) 已壓裂水平井——不動管柱分段重復壓裂 135
一、X-C井基礎數(shù)據(jù) 136
二、壓裂設計思路 136
三、現(xiàn)場施工分析 137
四、裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù) 138
五、壓裂效果 139
第八節(jié) 水平井懸掛篩管井——水力噴射分段壓裂 139
一、D7井基礎數(shù)據(jù) 140
二、壓裂設計思路 141
三、現(xiàn)場施工分析 142
四、施工總結 144
第九節(jié) U形煤層氣井——拖動式分段壓裂 144
一、U形煤層氣井鉆遇煤層性質 145
二、壓裂設計思路 145
三、水力噴射分段壓裂現(xiàn)場實驗 148
四、施工總結 149
第十節(jié) V形煤層氣井——不動管柱分段壓裂 149
一、V形煤層氣井組鉆遇煤層性質 150
二、壓裂設計思路 151
三、壓裂施工分析 153
四、施工總結 154
參考文獻 154
附表 156
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