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Mechanism and numerical simulation of pressure stagnation during water jetting perforation

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Petroleum Science 2008年第1期5卷 52-55页

作者： huang zhongwei li gensheng tian shouceng shen zhonghou Luo Hongbin Key Laboratory of Petroleum Engineering Ministry of Education China University of Petroleum Beijing 102249 China

When perforating with an abrasive water jet, it is possible that the pressure in the hole （perforation） will be higher than that in the annulus because of water jet blasting against the hole wall, which also is the theoretical basis for the technology of hydro-jet fracturing. This paper analyzes the mechanism of generating pressure stagnation in water jet hole, and puts forward a new concept of hydroseal. Then, the distribution of pressure in the hole was simulated with the finite element method. The simulation results showed that the pressure in the hole was higher than that in the annulus. Also, the lower the annular pressure （confining pressure） and the higher the blasting pressure, the greater the pressure difference. An experiment indicated that the cement sample was lifted up under the pressure stagnation in the hole, which proved the finite element simulation results obviously.

关键词： Water jet perforation pressure stagnation hydro-seal mechanism

Research and applications of novel jet techniques in well drilling,completion and fracturing

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Science Foundation in China 2014年第2期22卷 68-80页

作者： li gensheng shen zhonghou huang zhongwei tian shouceng SHI HuaiZhong SONG XianZhi WANG HaiZhu State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting China University of Petroleum

Oil and gas have long been regarded as key elements for any industrialized ***'s economy and social security are largely dependent on oil and gas exploration and ***,a great deal of attention has been paid to various ways of efficiently developing oil and gas *** paper presents an overview of research and applications of novel jet techniques in well-drilling,well-completion and *** by the National Natural Science Foundation of China,through years of effort,significant achievements have been made in this *** only has the systematic theory of novel jetting been established,but also its application has been proved practical in petroleum *** paper focuses on the topics of the self-resonating cavitating jet,the abrasive water jet,and the supercritical CO_2 jet,in respect of theories,applications and prospects.

关键词： Cavitating jet Abrasive water jet Supercritical carbon dioxide Well-drilling Well-completion Fracturing Enhanced oil and gas recovery

Shale gas exploitation with supercritical CO_2 technology

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Engineering Sciences 2012年第4期10卷 12-15,42页

作者： Wang Haizhu shen zhonghou li gensheng tian shouceng Cheng Yuxiong State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting China University of PetroleumBeijing 102249China

This paper analyzes the physicochemical properties of supercritical C02, the characteristic of shale gas and shale gas reservoirs. The technologies of drilling, production, fracturing using the supercritical CO2 in shale gas explo- ration are proposed, to increase the penetration rate, decrease the damage to formation while fracturing, and enhance the recovery of shale gas. It is believed that the huge economic benefits of shale gas exploration with the supercritical CO2 fluid will be obtained, and it also can initiate a new technology field of CO2 in the petroleum engineering.

关键词： shale gas exploration supereritical CO2 drilling

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液氮压裂中液氮对岩石破坏的影响试验

中国石油大学学报（自然科学版） 2014年第4期38卷 98-103页

作者：蔡承政李根生黄中伟田守嶒沈忠厚王海柱中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249

为了研究液氮对岩石破坏的影响,在理论分析的基础上,借助核磁共振测试技术,通过测试所选取的砂岩岩样孔隙体积及孔隙结构的变化,研究液氮对干燥状态和饱和水状态岩样的破坏形式。结果表明:液氮的热力冲击作用可使干燥岩石在较短时间内... 详细信息

为了研究液氮对岩石破坏的影响,在理论分析的基础上,借助核磁共振测试技术,通过测试所选取的砂岩岩样孔隙体积及孔隙结构的变化,研究液氮对干燥状态和饱和水状态岩样的破坏形式。结果表明:液氮的热力冲击作用可使干燥岩石在较短时间内产生收缩变形和孔隙体积减小,试验后红色砂岩和白色砂岩岩样的孔隙体积分别降低了8.63%和4.78%;冻结作用对饱和岩样的矿物颗粒之间胶结较弱处具有损伤破坏作用,当损伤达到一定程度后,会贯通成缝,使岩体出现断裂现象。

关键词：低温液氮压裂热力冲击冻结岩石破坏孔隙结构核磁共振

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深井超深井井底应力场

石油学报 2011年第4期32卷 697-703页

作者：常德玉李根生沈忠厚黄中伟田守嶒史怀忠宋先知中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油化工集团国际石油工程有限公司北京100011

深井超深井钻井技术对加快我国石油勘探开发进程具有重要意义,深井超深井井底应力场是破岩机理研究进而提高机械钻速的基础。针对井深4 500-7 000m时3种不同地应力状态下的井底岩石应力分布规律进行研究,在井底岩石力学分析的基础上,建... 详细信息

深井超深井钻井技术对加快我国石油勘探开发进程具有重要意义,深井超深井井底应力场是破岩机理研究进而提高机械钻速的基础。针对井深4 500-7 000m时3种不同地应力状态下的井底岩石应力分布规律进行研究,在井底岩石力学分析的基础上,建立了考虑孔隙压力和垂直、水平最大和最小三向地应力差下的流固耦合模型,并采用数值方法进行求解。结果表明,岩石内部孔隙压力以约呈井眼径向距离的-0.055次幂减小;当井深一定时,垂直总地应力为最小地应力时,岩石所受围压最大,为中间主应力时次之,为最大地应力时最小;当地应力状态相同时,随着井深增加,岩石所受围压呈线性增加,导致岩石塑性强度增加,这是深井超深井机械钻速低的主要原因之一。深井超深井井底应力场的定量研究对深井超深井破岩机理研究和提高机械钻速具有重要的理论指导意义。

关键词：深井超深井应力场孔隙压力流固耦合机械钻速

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超临界二氧化碳喷射压裂孔内流场特性

中国石油大学学报（自然科学版） 2014年第4期38卷 81-86页

作者：程宇雄李根生王海柱沈忠厚田守嶒蔡承政中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249

为了证实利用超临界二氧化碳(CO2)流体进行喷射压裂的可行性,利用Span-Wagner气体状态方程建立超临界CO2流场的计算流体力学模型,模拟超临界CO2喷射压裂过程中的孔内流场。结果表明:在喷嘴压降相同的条件下,与水射流相比,超临界CO2射流... 详细信息

为了证实利用超临界二氧化碳(CO2)流体进行喷射压裂的可行性,利用Span-Wagner气体状态方程建立超临界CO2流场的计算流体力学模型,模拟超临界CO2喷射压裂过程中的孔内流场。结果表明:在喷嘴压降相同的条件下,与水射流相比,超临界CO2射流的射流速度更高,射流核心区更长;超临界CO2喷射压裂具有比水力喷射压裂更强的射流增压效果,更容易压开地层;超临界CO2射流具有显著的焦耳-汤姆逊效应,会导致温度下降,在压裂施工中应合理控制喷嘴压降,以防发生冰堵事故;超临界CO2的密度主要受压力影响,通过调节压力就能有效控制,可适应不同的地层温度条件。

关键词：超临界二氧化碳射流压裂流场数值模拟

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水力喷射压裂机理与技术研究进展

石油钻采工艺 2008年第1期30卷 58-62页

作者：田守嶒李根生黄中伟沈忠厚中国石油大学石油工程教育部重点实验室北京102249

水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术,适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造,是低渗透油藏压裂增产的一种有效方法。介绍了水力喷射射孔和水力射孔裂缝起裂控制机理,分析了影响水力喷砂射孔效果的因素。综述... 详细信息

水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术,适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造,是低渗透油藏压裂增产的一种有效方法。介绍了水力喷射射孔和水力射孔裂缝起裂控制机理,分析了影响水力喷砂射孔效果的因素。综述了水力喷射压裂原理,依据Bernou lli原理,射流增压与环空压力叠加超过破裂压力产生裂缝并维持裂缝延伸。介绍了水力喷射辅助压裂、水力喷射环空压裂及水力喷射酸压等多种工艺形式。水力喷射压裂工具是现场应用成功的关键因素之一,连续油管与水力喷射压裂技术联作在油田增产作业中有一定优势。水力喷射压裂工艺在国外现场应用已经取得较好效果,在国内尚属现场试验起步阶段。指出了目前研究的不足,并对未来的研究方向做出了分析展望。

关键词：水力喷射地层压裂低渗透增产改造研究进展

球形颗粒在含纤维幂律流体中沉降速度预测模型

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石油科学通报 2017年第2期2卷 298-308页

作者：刘庆岭田守嶒李根生沈忠厚许争鸣庞照宇王友文中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249

在石油工业中,纤维被广泛应用于提高钻井液和压裂液的固相运移能力,研究颗粒在含纤维流体中的沉降速度可以为纤维钻井液及压裂液性能评价与优化设计提供依据。本文针对球形颗粒在含纤维幂律流体中的沉降速度进行研究,拟建立一个考虑不... 详细信息

在石油工业中,纤维被广泛应用于提高钻井液和压裂液的固相运移能力,研究颗粒在含纤维流体中的沉降速度可以为纤维钻井液及压裂液性能评价与优化设计提供依据。本文针对球形颗粒在含纤维幂律流体中的沉降速度进行研究,拟建立一个考虑不同雷诺数与纤维浓度的颗粒沉降速度预测模型。开展了球形颗粒在含纤维幂律流体中沉降速度全参数实验,考虑的变量参数有:颗粒粒径、颗粒密度、基液流变性及纤维浓度。结果表明:在实验条件下,加入纤维使基液的表观黏度有少量增加;随着纤维浓度的增大,颗粒沉降速度逐渐降低,表明纤维对颗粒产生一个机械阻力作用,定义为纤维阻力。与黏性阻力系数类似,本文定义无因次纤维阻力系数来定量表征纤维阻力的大小;定义与颗粒沉降速度无关的阿基米德数为总阻力系数(纤维阻力系数与流体阻力系数之和)与颗粒雷诺数的函数。基于实验数据,发现在实验沉降速度下,颗粒雷诺数与无因次阿基米德数在双对数坐标系中符合线性关系,据此拟合得到了最终的颗粒沉降速度预测模型。与实验数据相比,该模型平均相对误差为12.39%,符合精度要求。该模型适用的雷诺数范围为(0.002~324),纤维浓度范围为(0.02%~0.1%)。本研究对纤维在石油工程中的应用具有一定的指导意义。

关键词：球形颗粒纤维幂律流体沉降实验沉降速度预测模型