动载作用下页岩动态破碎力学特性及能耗规律

四川盆地页岩气已成为规模效益开发的重要领域和对象,其中四川盆地南部地区(以下简称川南地区)已成为我国页岩气勘探开发的主战场,2022年产量达223.23×10⁸ m³,展示了川南地区页岩气良好的勘探开发潜力。但川南地区页岩气长水平井面临机械钻速慢、钻井周期长等严峻挑战。为了解决页岩气水平井钻井破岩过程中页岩动态破碎特征和能耗规律不清的难题,基于霍普金森压杆测试技术测试了动态破岩的应力波传播过程;采用应力波平衡法,评价了动载荷作用下页岩动力学强度演化特征、破碎能耗响应规律、岩石裂纹动态扩展特性。研究结果表明：(1)页岩破碎过程中,动态强度和能耗直接影响破碎和提速效果,不同加载应变率和加载模式下页岩强度是动态变化的,动态加载会激活页岩内部更多的微裂纹和穿透裂纹;(2)随着加载应变率增加,页岩压缩强度和拉伸强度均是先缓慢增加,超过临界应变率时,强度快速增长;(3)页岩压缩破碎能耗存在临界应变率区间,随着应变率增加,破岩能耗增长缓慢,当超过临界区间,能耗快速增长,页岩拉伸破碎能耗呈对数型增加规律,也存在临界应变率区间;(4)钻头—岩石互作用过程中过高...     

超临界水射流焦汤系数计算与节流过程降温效果分析

高温流体通过喷嘴是节流流动的过程,会引起流体内部温度的变化,将影响高温射流冲击力与热裂解效应等。应用超临界水物性方程与焦汤系数的定义公式,推导出了射流通过喷嘴过程的焦耳汤姆逊系数的求解公式,并编制程序迭代求解,得到不同参数条件下焦耳汤姆逊系数分布特性与变化规律,并采用焦汤系数计算公式,计算得到不同参数下过喷嘴节流过程中降低温度值的变化规律。结果表明,在25~65 MPa和650~1 000 K的条件下,焦耳汤姆逊系数为正,随着反应腔内温度的增加,焦耳汤姆逊系数先增大后减小,在文中条件下的最大值为4.92;而随着反应腔内压力的增加,焦耳汤姆逊系数降低,在65 MPa,650 K条件下取得最小值0.22。焦汤效应的最大值均出现在过热蒸汽区,且随着温度的增加,最大值偏离分界线。在射流喷射过程中,温度压力降低值不可忽略,文中条件下最大可达73.5 K,应当合理设置反应腔内温度压力值,降低高温射流通过喷嘴过程的温度损失。