压裂停泵高频水击压力波波速特征研究

作     者：李卓龙 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：周福建;胡晓东;张建国

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：压裂诊断 压力波波速 数值模型 超声光栅 管路实验 

摘      要：压裂施工中水力裂缝的定位是水力压裂诊断的重大需求,基于水击压力波的压裂诊断技术是一项低成本、操作简单、实时性强的新型裂缝诊断技术。水击压力波波速是该技术的关键参数,压力波波速的微小变化会在深度计算时产生较大误差,压力波波速影响因素众多,因此研究停泵段井筒中压力波波速变化规律具有重要意义。本文通过室内管路实验、超声光栅实验和数值分析方法,研究了停泵段井筒中压力波波速的主控因素和变化规律。内容主要包括:(1)建立压力波传播的数值模型,采用有限差分方法追踪压力波面计算波速,数模结果显示,压力波波速随液体弹性模量的增大而增大,随液体密度的增大而减小,液体粘度仅对压力波数值影响较大,模型中考虑流速变化量与压力波波速的数量级关系,略小于传统解析模型,误差约为17.45 m/s,占解析模型结果的1.18%。(2)搭建室内外实验装置,形成一套压力波波速实验分析方法,考虑压力波及速实验结果与数据稳定性,最终优选出适用于本实验的方案为双传感器方法中的小波分解结合互相关函数法,针对实验中10 k Hz的采样频率,最优小波基函数为db4小波,最优分解层数为10层。(3)开展超声光栅实验表明:压裂顶替液类型、浓度及矿化度会对液体弹性模量和密度产生影响,进而影响压力波波速。同条件下,瓜胶顶替液中压力波波速最大,滑溜水其次,清水最小,压力波波速随液体浓度增大而增大,随液体矿化度增大呈线性增大趋势。综合前人模型和室内管路实验认为:管道参数及其受力情况对压力波波速起约束作用,压力波波速随管材弹性模量增大而增大,随内径壁厚比的增大而减小。此外,管道截面形状及外覆岩层物性也会对压力波波速产生影响。(4)设计并开发一套压力波波速计算软件,基于输入的液体参数、管材参数和施工参数,可实时计算停泵段井筒中的压力波波速、绘制压力波波速随不同变量的变化趋势、计算裂缝进液深度。现场案例分析认为:施工中液体体系、浓度及系统温度对压力波波速影响较大。在案例2中,通过井下鹰眼设备获取了较准确的裂缝进液深度和井筒中温度,压力波波速的理论值与实践值结果接近,误差较小。