重复脉冲强冲击波增透储层技术(邱院士)

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1、西安交通大学2016年4月重复脉冲强冲击波增透储层技术邱爱慈张永民提纲一、研究背景二、重复脉冲强冲击波产生技术三、冲击波作用储层的机理研究四、现场实践与新工艺探索五、结论我国规划2020年的非化石能源占一次能源消费的比重仅达到15％左右，煤炭、油气在一次能源消费中，仍长期占主导地位。一、研究背景煤炭、油气储层都需要改造，改造措施以力学作用为主；目前的力学措施以静力学为主，动力学为辅；静力学措施通过加砂支撑，提高储层的汇流能力，动力学措施在孔、裂隙尺度提高储层的渗透率。可惜的是现行动力学措施只能单次加载。一、背景一、背景致密、低渗透、超低渗透、特低渗透油气储层仅仅依靠汇流缝实现不了

2、高产；松软煤储层中难以形成砂子支撑的汇流缝；松软煤层中难以形成顺层的长钻孔；松软煤层中更难以在水平井和顺层孔中实施增透作业。油气资源开发呼唤体积改造新技术、煤层增透新概念、新技术。脉冲功率技术是研究能产生各种强电脉冲功率输出的技术。它以慢的方式储存能量，然后，借助各种开关的快速切换实现脉冲压缩、功率放大、用很短的时间、很高的强度以单个脉冲或受控的重复脉冲形式，将能量瞬间释放给负载；脉冲功率负载以各种物理原理将高功率电磁能量转换为所需要的能放量形式，在有限的空间和有限的时间内形成各种极端条件下的物理环境，以达到一般功率条件下达不到的目的。二、重复脉冲强冲击波产生技术脉冲功率装置的基

3、本构成等离子体辐射X射线激光离子束电子束EMP、超宽带微波辐射微波负载脉冲传输与阻抗匹配脉冲储能(脉冲成形、压缩、传输)初级储能初级能源脉冲功率系统sns负载电热炮高能激光武器电磁炮激光聚变电源ms-ms水中冲击波二、重复脉冲强冲击波产生技术第一代第二代第三代高电压击穿换能器电爆炸丝换能器含能混合物换能器在国家863计划项目的支持下，冲击波产生技术由仅依赖于电容器中储存的电能的液电效应原理进步为电爆炸丝驱动含能混合物产生冲击波的新原理。新一代增强型电热脉冲装置不仅从冲击波的幅值，也从冲量参数大幅提高了冲击波的性能，基于新原理的装置已经在油水井、煤层气井和煤层钻孔中开展了应用，并产

4、生了良好的效果。二、重复脉冲强冲击波产生技术第一代第二代第三代高电压击穿换能器电爆炸丝换能器含能混合物换能器同样储能下，高压击穿产生的冲击波压力峰值小，脉宽较宽，冲量也最小；爆炸丝产生的冲击波幅值最高，但脉宽较窄，高频分量丰富，作用于储层容易产生网状裂缝；含能混合物产生的冲击波脉宽较宽，冲量最大；因低频分量丰富，容易产生大块的裂隙。前两代技术与第三代技术相比，犹如底火与子弹、引信与炮弹。二、重复脉冲强冲击波产生技术三、重复冲击波作用储层的机理3.1冲击波的增注机理储层既是冲击波的作用对象，也是传播冲击波的介质。在储层中每一点上，因冲击波作用而改变性质或状态，消耗部分冲击波能量，并

5、传播剩余能量到下一区域。在距离井筒不同半径上，冲击波的波形和幅值以及与储层的相互作用模式不同。冲击波的幅值和脉宽对不同力学参数的储层作用效果不一致。（1）冲击波破裂储层在冲击波的幅值大于储层的抗压强度区域，以破裂模式致裂储层。3.1冲击波的增注机理（2）压缩应力波撕裂储层：初始冲击波的对储层做功衰减成压缩应力波，在还大于储层的抗张、抗剪强度的区域，就会撕裂储层形成新的裂隙，起到提高渗透率的作用。（3）高强声波解堵储层：初始冲击波的幅值低于储层的抗张、抗剪强度后，衰减为高强弹性声波，在储层不同介质中的速度、加速度因声阻抗差异，产生剪切力，可剥离储层表面的附着堵塞物，改善毛管力、偶电

6、层的吸附滞留效应，减小表面张力，促进渗流，实现解堵。三、重复冲击波作用储层的机理应变(低周)疲劳静断裂中周疲劳高周疲劳无限寿命3.1冲击波的增注机理在静载荷上，叠加周期性循环或随机的冲击波载荷，经过一定的疲劳次数后，可以在较低的静载荷下，导致岩体的破裂。每一次冲击波作用对于下一次作用都是一种疲劳过程。三、重复冲击波作用储层的机理（4）多次冲击波对储层的疲劳效应：3.2冲击波致裂砂岩的物模实验在多项国家项目的支持下，开展了冲击波致裂储层机理研究。采用储能30kJ的装置对从露头区采集的长6砂岩、南方海相页岩和煤岩样品进行了致裂实验。在不损伤套管的条件下通过多次作用的累计效应实现致裂和

7、裂缝的延伸。在样品外缘粘贴了动态应变片测量透射样品的波参数。致裂实验中，在样品外缘实测到纵向1500个微应变，环向300个残余微应变。环向应变纵向应变三、重复冲击波作用储层的机理3.2冲击波致裂砂岩的物模实验冲击波主要以拉伸破坏模式拉伸、撕裂岩石形成微裂隙，并扩大、延伸、改造储层原有裂隙。作用到实验样品的冲击波以各向同性的模式在样品四周产生了一定数量的裂隙或微裂隙，并随着冲击次数的增加继续延展、扩展。新的裂隙提高了储层的渗流能力，同时，降低了岩石的力学强度。2-72-112-10