爆燃压裂起裂模型常见问题分析与修正
压裂施工常见问题分析

套管变形,导致管柱活动不开
在下压裂管柱施工过程中,套管无遇阻现 象,但在起压裂管柱时,套管变形,这种现象 也时有发生。
管柱活动不开的原因有很多, 只要我们提前预防,正确处理,将 会减少工程事故的发生。
沉砂的原因分析
沉砂就是在压裂施工中由于机械设备故障、下 井原材料、工具质量不过关或人为操作不当等原因 引起的压裂管柱内或油套环形空间内填砂。
砂堵的原因分析
2) 地 层 因 素
a:有断层的地层会造成砂堵。 b:油层砂体的非均质性如岩性尖灭等会导 致裂缝c:的地规层模天受然限裂形缝成发砂育堵良,好在或过者渡压带裂和时油产田生 边的微缘裂易d:缝发水多生井,此比施类油工砂井时堵产易。生发堵生井堵的井可,能原性因大是,压注裂水 液增层大的具胶滤 有联失 较剂量 高量过 的,大孔增,隙加工度压作和裂效连液率通粘降性度低,导的。致方可施法采工或用时是适滤粉当 砂失预量处 大理 。的处方理法措进施行:预提防高。排量,降低砂比。
封隔器的水嘴被堵死,导致封隔器不收
在施工时曾遇到过这种情况。在压完两层后,准 备上提管柱压第三层时,上提管柱过程中遇到困难, 当时套压也比较高,可是封隔器就是不收缩。后来, 重新连接好了压裂管柱,正向大排量向地层注入压裂 液,然后停泵,瞬间憋放,再活动管柱,结果很快就 活动开了。
这种方法是将封隔器水嘴的堵塞物在憋放过程中 排出,使胶筒内的压力释放,封隔器收缩。
压后上提时喷砂器被打坏,返排时造成 沉砂。
压裂施工后,需要关井扩散压力,如果扩散 时间不够,压裂液没有破胶,或是地层没有闭合, 在返排过程中,地层就会吐砂,如果此时喷砂器 凡尔罩被打坏,所吐出的支撑剂将会从喷砂器进 入油管,当压力平衡后迅速沉积在压裂管柱内, 造成沉砂。因此保证扩散时间是减少此类事故发 生的关键。
压裂前施工准备及常见问题处置预案探究

压裂前施工准备及常见问题处置预案探究压裂前施工准备及常见问题的处置预案是石油勘探开发领域中非常重要的一环,它直接关系到施工的顺利进行和工作安全。
本文将探究压裂前施工准备的内容以及常见问题的处置预案。
首先是压裂前施工准备。
压裂前施工准备包括以下几个方面:1. 地质勘探与数据分析:在进行压裂前,需要对目标区域进行地质勘探和数据分析。
这包括地质构造、地层厚度、岩石物性等信息的收集和分析,以便了解地层情况和压裂技术的可行性。
2. 设备及人员调配:根据施工计划,确定所需的设备和人员,并进行调配。
设备方面包括压裂液搅拌车、压裂泵等;人员方面包括工程师、技术人员、操作人员等。
3. 压裂液配方设计:根据地层情况和施工目的,进行合理的压裂液配方设计。
压裂液中一般包括水相、油相、添加剂等组分,根据需要进行配比调整。
4. 施工方案制定:根据地质勘探数据和压裂液配方设计结果,制定详细的施工方案。
包括施工流程、施工参数、施工时间等。
5. 安全措施:施工前需对压裂现场进行安全检查和安全培训,确保施工过程中的安全。
常见问题的处置预案如下:1. 压裂液异常:在压裂施工过程中,若发现压裂液异常,如浓度过高或过低,应及时停止施工并调整。
需要排查导致异常的原因,如设备故障、压力不稳定等,并采取相应的措施解决。
2. 泄漏事故:在施工过程中,若出现压裂液泄漏事故,应立即采取措施进行应急处理,包括停止泄漏源、隔离泄漏区域、清理泄漏液体,并及时报告相关部门。
4. 环境污染:压裂施工可能会对周围环境造成一定的污染。
当发生环境污染时,应及时采取措施进行清理,并采取防止再污染的措施,如用消防泡沫进行泄漏液体的覆盖。
5. 工作人员伤害:在施工过程中,工作人员可能会受伤。
此时应立即采取救援措施,并及时送医治疗。
以上就是压裂前施工准备及常见问题的处置预案的探究。
在实际施工中,需要根据具体情况进行调整和改进,以确保施工顺利进行和工作安全。
压裂作业过程中常见的问题及应对措施

247压裂作业过程中常应各种因素造成压裂效果不理想,常见的问题有地层不入液压不开、压窜层、卡压裂管柱、沉砂等。
遇到该类问题如果不能采取正确的方式处理,不仅延迟了作业工期,还有可能造成工程事故,影响开采效果,增加了投入成本,造成巨大的经济损失,本文针对以上常见问题的产生及处理进行分析:1 目的层不吸液,压不开的原因及相应措施该类问题表现为当针对目的层实施压裂作业时,压裂车辆刚起泵施工,其泵注压力迅速升高至设计限制最高压力,目的层没有液量吸入,降排量时压力依然没有下降的趋势。
造成该问题的的主要因素如下:一是改造目的层的构造问题,地层物性差、孔隙度低、连通性极差,造成地层吸液困难;还有可能目的层含有大量的水敏性黏土矿物,遇压裂液会膨胀堵塞孔隙,导致地层不能吸入液体;还有可能是开采层结蜡或钻井过程中造成进井污染,导致连通性降低。
二是管柱及井下工具问题,目的层改造位置吐砂,造成喷砂器被砂埋,造成液体不流通,不能实施改造;还有可能管柱长度测量有误或是作业人员疏忽导致喷砂器未能下至指定层位,造成地层不吸液;管柱或油套环形空间存在油污或是其他杂物,在泵注过程中冲洗掉落造成堵塞;射孔质量不合格也会导致目的层未打开,导致改造层堵塞。
对于目的层存在的问题可以采取通过打前置酸,软化近井地层,实现目的层孔隙的清洗,去除近井污染,然后再进行常规压裂作业,通常可以解决该类问题。
对于管柱及井下工具问题则需要首先要对欲施工井进行通井,然后充分的循环和洗井,并对管柱长度进行认真测量并按设计配置好相应的短接,防止位置出现问题,还可采用瞬间起泵停泵,进行憋压和缓冲,或将管柱快速提放,来处理卡钻问题。
2 压窜地层问题压裂过程中出现窜层现象也较为常见,通常可通过压裂快速下降或先后两层破裂压裂几近相同两种情况进行判断,通常引起窜层现象的因素主要有如下几点:一是封隔器方面,当胶筒不能正常膨胀或在下钻过程中出现刮坏等现象无法在目的层形成有效的封隔效果,导致形成套喷,造成层位压窜,或是下钻位置不准确,导致封隔层位出现偏差也会出现层位压窜现象。
压裂施工中的故障处理

压裂施工中的故障处理在压裂施工过程中,由于对情况判断不准,分析不够,或施工准备、指挥及操作不当,往往会发生意外的事故。
因此,在压裂施工过程中,及时、准确地判断故障和果断地进行处理十分重要,必须予以足够的重视。
1.压不开地层压裂过程中,有时虽然达到了油层破裂压力,但是仍然压不开,其主要原因有:(1)地层结构致密,渗透率很差,或者有严重的堵塞,造成吸水能力很差,压裂液不能很好的进入油层中去。
(2)井筒与油层连通性不好或是不完善。
如射孔完成时,射孔孔眼没有射穿,或者射孔孔眼被堵剂、水泥等物堵塞等。
(3)井下压裂管柱深度搞错,封隔器下错位置而卡在为射开井段。
(4)喷砂器下错位置或滑套与钢球有错,也有可能挡住压裂通道。
遇到上述情况时,要认真分析原因,针对性地进行处理。
若确认为第一种原因时,不要忙于起换井下管柱,应在不损坏套管和井口设备的前提下适当提高泵压,再次试探着压裂。
若仍压不开,可考虑用水力喷射预处理后再次进行压裂。
属于第二、三种原因时,应起出压裂管柱丈量及校对深度,解除堵塞或射孔、补孔后,方可再次进行压裂。
2.蹩不起压力发生这种情况可能有以下几方面的原因:①井下严重漏失;②压裂液的数量不够,未能灌满井筒;③压力表坏了。
遇到后两种情况时,要认真检查压力表或多打一些压裂液。
若证实是井下严重漏失,需重新考虑该井是否还值得压裂。
3.蹩泵蹩泵的原因是油管堵塞、地面管线冻结堵塞,以及管线接错等。
可以根据开泵后排出液体的总量大致估计出堵塞的位置。
如果是地面堵塞,可以更换管线;如果是井下堵塞,可以采用正蹩或反蹩的措施,或上提管柱检查。
4.封隔器坐封不住及管外串通在坐封封隔器时,应打开套管闸门。
当关封隔器坐封不住时,套管就会溢流,这时可同时开动几部车,加大排量,使封隔器获得足够的压差,达到密封的目的。
若仍然无效,可以活动一下封隔器(将封隔器上提至怀疑串通层段以上)再试坐。
若仍然坐不住,说明封隔器有问题,需要起管柱进行检查。
压裂施工中常见问题及处理方法

压裂施工中常见问题及处理方法摘要:在油田开采过程中,压裂技术是保证油气高产的重要手段,在压裂施工过程,我们通常会出现一些问题,可能造成巨大的损失。
为了减少和避免这些损失的发生,了解和掌握压裂施工中常见的问题及其处理方法很有必要。
关键词:压裂施工问题处理方法所谓压裂,就是利用水压或者其它方式,使油层形成裂缝,借此注水加压或者增加产油量的手段。
我们在压裂施工中,往往受各种因素的影响,产生各种各样的问题,这对我们油区的财产造成了损失,也同时威胁着油区施工人员的安全,如何避免压裂施工中的问题,成为了本文探究的课题。
一、压裂施工的影响因素压裂施工中的影响因素多种多样,笔者在此简要介绍几个主要影响方面。
1.压裂设备压裂设备的好坏直接影响着压裂的效果,在压裂过程中,常常会出现压裂所需压力达不到的情况,这反映在压裂设备上就是压力指标不够,不能满足实际需求。
当然,压力达不到所需,这也有可能是射孔被堵或者其它原因造成的。
另外,就压裂设备而言,精准的数据测算是必不可少的,往往油井重大的安全事故,均是由管理人员判断失误所造成的,精准的数据往往可以有效的减少误判。
2.地质因素地质因素是影响压裂过程的重要方面,地质的好坏直接影响压裂方式的选择。
好的压裂方法往往事半功倍,而不那么合适的压裂方式就有点鸡肋的感觉。
地质因素影响压裂施工,主要是由于(1)地层自身因素(2)地层中粘土矿物(3)油层结蜡三个因素所造成。
3.管柱因素管柱因素也是影响压裂施工的一个重要方面,管柱直接影响加压、加液。
具体的来讲,管柱因素影响压裂施工主要体现在三个方面:(1)喷砂器被掩埋;(2)压裂管柱的位置不当;(3)压裂管柱不干净,存在死油。
4.井身因素井身原因影响压裂施工主要表现在四个方面,(1)射控炮眼被污染;(2)牙签挤酸压不开,处理办法一般是调整位置,将酸挤压至预设位置;(3)油套唤醒空间存在重泥浆等物质;(4)射孔质量问题,炮眼数量少或者没有炮眼,直接影响压裂施工。
压裂施工中压力异常波动原因分析及处理

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每 , p
1. .2是否为交联前置液 1
如果前置液量充足 ,但 没有混合交联 ,在施 工过程中,随着 时间的推移 ,液量会慢慢滤失 , 同样 不 能 形 成 足够 长 度 的填 砂 裂 缝 , 最 终 导致 缝 端脱砂 。正确的做法是 :在地层压开、排量达到 设计要求后 ,就应 该进行交联混合,使前置液保
措施 ( 降砂 比或提高施工排量)。
1 . 2非人 为因素
1 . 地质因素 .1 2
1. . 5排量是否符合设计要求 1 全三维水力裂缝模拟 结果表 明,当上 下岩 层 与压 裂 目的层 的地 应 力差 小 于5 a ,泵 注排 量 MP 时
( )断层遮挡 。在影响压裂施工的地质因素 1 中 ,断层遮挡 是一个 不可忽视的因素 。施工中,
工程师 ,从事 试油压裂工作 。
第1 期
韩庆等
压裂施工 中压 力异 常波动 原因分析及 处理
一 7一 3
如 图 1 示 ,本 次 施工 过 程 中有 两 次供 液 不 足 所 现 象 ,瞬 时 间导 致 主 压 车 空 泵 , 其 压 力 排 量 都 有 较大变化 ( 压力排量 同时波动 ),供液正常后 其 压 力排 量基 本平 稳 。
的地 质 情 况 ,对 断层 发 育 的地 区 或施 工 井 给 予 标 注 ;另 一 方 面 要求 现 场 施 工 人 员 应尽 量 多积 累 经
故 障 , 间断 性供 液 ,均 可 导 致 压 力 异 常 。在 施 工 中 ,要 求 员 工 对 台 上 设备 勤 检 查 ,发现 异 常 及 时 调整 ,保证 排量稳 定 。 ( )混 砂 车故 障 原 因 。混 砂 车 由于使 用 率较 2 高 , 磨损 部 位 容 易 发 生 故 障 。例 如 水 泵或 砂 泵 , 由于 长 期 使 用 , 均 可 导 致 叶 轮 磨 损 。 水 泵 发 生 故 障 , 则上 水 困难 。砂泵 发 生 故 障 ,则供 液 量不 足 。在 施 工排 量 增 大 的情 况 下 ,混 砂 车 不 能及 时 供 给 泵 车 充足 的液 量 ,使泵 车 抽 空 ,最 终 导 致压 力 异 常 波 动 。 因此 当混 砂 车 的 易损 件 工 作 到 一 定 的期 限时应进 行检查 或更 换 。
压裂常见事故分析及对策

压裂常见事故分析及对策沙南作业区各区块于1989年相继投入开发,随着油田的不断开发,油井含水上升速度加快,水淹水窜井增多,老井重复压裂改造规模逐步放大,且重复压裂改造效果逐次下降,储层改造措施的难度越来越大,因此近年来大范围地使用了不同类型的转向压裂、分层压裂,虽然取得了比传统普通压裂更好的效果,但由于施工工艺变得复杂以及压力上升等原因,事故率也明显上升。
从近年来压裂事故井(施工未完或因现场施工原因未按设计施工)看,包括了管柱破裂、脱落,井口刺漏还是超过限压其他种情况,这些事故的发生,不仅使现场施工的风险性增加,而且浪费了成本、人力物力,对沙南作业区压裂施工常见事故进行分析,并寻求解决对策,来减少现场事故的可能来,从而保证现场施工。
统计近年来作业区压裂现场施工中存在的主要问题,主要有以下:1、套压超限沙南作业区采油树承压多为25Ma,因此所有压裂井施工时都安装了井口保护器。
近年来沙南作业区压裂施工所用井口保护器型号多为GN2000-250,耐压15000PSI(约合103.4MPa),该保护器工作时通过液压坐封在油管头上,达到保护井口的目的。
但在压裂施工时,采油树井口套管部分仍要直接承受压裂施工压力,压裂施工中如何既能保护套管,又能达到制定的压裂方案,成为压裂工作的难点之一。
从近年来准东采油厂的压裂看,对比火烧山、西泉、吉木萨尔等油田,沙南作业区北三台油田、沙南油田压裂施工时套压相对偏高,统计发现沙南油田近三年来套管压力超过20MPa的井占30%以上,在相同型号的采油树下,施工风险明显更高。
在与其他作业区压裂时采用相同的设备、工艺及压裂原材料下,造成沙南施工套管压力过高的主要因素有:1、油藏埋藏深度;2、油层物性;3、转向压裂。
1)油藏地质特征造成施工套压过高油藏埋藏深度和油层物性是属于不可控因素,因此需要在密切注意转向压裂对套管压力的影响,以免造成套压超限影响施工效果,甚至造成安全事故。
SQ4275井该井设计为转向压裂,现场压裂时,刚一起泵(此时排量还很低),套压就在23MPa左右,最高时达24.2MPa。
压裂施工中压力异常的原因分析及对策研究

( 1 ) 泵车故 障原 因 泵车 是压 裂施 工 中泵注 下井原 材料 的动 力源 , 如果 其发 生故 障 , 也将 会引 起 相 应的施 工故 障 。 如某 台车 的变速 箱 系统或 柴油 机发 生故 障 , 可导 致该 车大 泵 运转偷 停或者 挡位 混乱 , 造成排 量不准 确 。 或者 由于 大泵 阀系统 工作 故障 , 间 断性供 液 , 均可 导致 压力 异常 。 在施 工 中 , 要求泵 工对 台上 设备 勤检 查 , 发现 异 常及 时调 整车 辆 , 保 证排量 的 稳定 。 ( 2 ) 混 砂车故 障 原 因 混砂车 由于 使用率 较高 , 易磨损 部位也容 易发生 故障 。 例如水 泵或 砂泵 , 由 于长期 使用 , 均可导 致 叶轮的磨 损 。 水 泵发 生故 障 , 则上 水困 难。 砂 泵发 生故 障 , 则供液量不足。 在施工排量增大的情况下, 使得混砂车不能及时供给泵车充足 的液量 , 使泵 车抽空 , 最 终导致压 力的 异常波 动。 所 以 当混 砂车 的易损 部件工 作
由于地 层渗透 率过 大导致缝 端脱砂 而引起压 力异 常上升 , 在施工 中也 比较 常见。 有 些微裂 缝发 育区 块 , 在 施 工 中也 容易 导致压 裂 液滤 失量 过大 或者 形成 不了有 效主裂 缝 , 而导致脱 砂现象 的发 生 。 对 于本 身渗透性 较好 的水井 , 由于长
压裂施 工 是一个 系统 工程 , 其 间任何 一个环 节 出现异 常 , 都 可 能导致 整个 施 工的 失败 , 导致 压力 异常 波动 的原 因大致 可 以分为 两种情 况 : 人为 因素 和 非 人 为 因素 。 下面 就这 两 种因素 进 行详 细的 论述 。 1 . 人为 因素 分析 在整个 施 工过程 中 , 因人 为 因素 引发 的压力 异 常波动 占有 一定 的 比例 , 通
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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 providereference 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测方法,该方法具有计算便捷的特点,适用于计算精度不高的模拟。
该模型的表达式如式(1),整理后单位常见问题见表1。
(1)表1 爆燃压裂峰值压力简易模型单位常见问题Table 1 Simple peak pressure model for deflagration fracturing about common unit problems问题序号pmax峰值压力p0压挡液压力m火药用量f火药力V0火药燃烧形成的空腔体积ψ火药燃烧量的百分比ρ火药密度α火药余容1MPaMPakgkJ/kgm无因次g/cm3dm3/kg2MPaMPakgkJ/kgm3无因次kg/m3m33MPaMPaJ/gm无因次4MPaMPakgJ/kgm3无因次kg/m3m3/kg由表1可以看出,爆燃压裂峰值压力简易模型中存在的单位问题主要表现在:问题1中V0应为体积单位;问题2中V0和ρ单位错误,导致公式中压力单位不统一,pmax、p0和之间单位存在3个数量级差异,同时α单位错误;问题3也存在体积单位问题,同时单位表达不全面;问题4存在压力单位错误,导致计算公式压力单位不统一,pmax、p0和之间单位存在6个数量级差异。
1.1.2 挤入液体模型挤入液体模型[7-9]是指在高压情况下,计算射孔孔眼内泄压时套管外压和挤入裂缝的液体流量的模型,该模型的表达式如式(2)、(3),整理后单位常见问题见表2。
表2 挤入液体模型常见单位问题Table 2 Common unit problems for liquid model问题序号p1套管外裂缝进口处压力p燃气压力p0地层压力ρ0压挡液密度n射孔密度h射孔段长度S0射孔孔眼横截面积S井筒截面积Vt进入裂缝液体体积E杨氏模量μ井筒液柱运动黏度1MPa×10MPa×10MPa×10g/cm3孔/mcmcm2cm2cm3GPa2MPaMPaMPam3孔/mmm2m2m3GPamPa·s(2)(3)由表2可以看出,挤入液体模型中存在的单位问题主要表现在:将问题1中压力、密度、长度、面积、杨氏模量等单位代入式(2)、(3)中,均不能正常换算;问题2中ρ0单位错误,同时将μ运动黏度单位和动力黏度单位混淆,即使将ρ0单位修正为kg/m3,同时将μ单位修正为m2/s,也只能保证式(3)正确,而式(2)中p1、p和之间单位存在6个数量级差异。
1.2 物理意义模糊物理意义模糊的问题主要涉及单位的系数合理性、相近量纲符号混用、未考虑地下状况等方面,本文主要分析压力与时间主模型、挤入液体模型、挤入气体模型和裂缝与时间关系模型等。
1) 压力与时间主模型。
压力与时间主模型[7-9]是计算不同时间下火药产生压力的关键公式,通过此公式可以预测不同火药用量下地层峰值压力大小,从而优选火药用量,确保管柱安全。
该模型的表达式如式(4)。
(4)式(4)中:为火药燃烧单位时间释放的能量,J/s;(γ-1)Qr为火药产生的热传导消耗能量,为火药对液柱运动做功和液量延伸裂缝做功消耗能量,为火药产生的气体延伸裂缝做功消耗能量,J/s;Vψ为火药燃烧的体积,m3;xS为压挡液升高的体积,为流体压入地层的体积,m3。
如式(5)的量纲分析表明,式(4)单位正确,公式没有问题,但式(4)中项,较难确定物理意义的合理性。
因为α为火药余容,单位为m3/kg,但1-α为一个无单位的数减去一个有单位的数,因此无法确定其物理意义。
(5)2) 挤入液体模型。
式(3)中,项中的2p0物理意义不明确。
考虑到气体产生压力p1与地层破裂压力pf具有一定相关性,而式(3)中均未出现地层破裂压力等相关参数,反而出现了2p0。
分析认为,此处把地层破裂压力pf近似于2p0,将产生一定计算偏差。
3) 挤入气体模型。
裂缝入口的爆燃压裂燃烧产物火药气的压力为(6)当时,液体停止进入裂缝,燃气开始进入,低于临界压差(即时,气体的体积流量为(7)高于临界压差(即时气体的体积流量为(8)式(6)~(8)为常见的挤入气体模型[7-9]公式,其中:pTg为裂缝入口的爆燃压裂燃烧产物火药气的压力,Pa;a为裂缝指数,无因次;γ为燃烧产物的多变系数,无因次。
式(6)中的2p0同样存在物理意义不明确的问题;同时,国内部分模型易将p和ρ写错,把a的裂缝指数和火药余容α混用,导致公式无意义;式(7)、(8)均是表达气体流量的计算公式,但是气体具有压缩性,公式中仅考虑了地面情况,未考虑气体在地下受温度、压力影响下的实际流量,因此,考虑条件不全。