中文摘要：

随油田开发深入，高能气体压裂的地位逐步提高。但目前该技术只在常规浅层低渗油藏中应用，究其关键制约因素一是难以精确计算既能确保安全又能压开油层的合理装药量，二是火药燃速快，难形成有效裂缝规模。针对上述问题，近年来出现了多级脉冲燃爆压裂和液体火药技术，前者将高峰值一次燃烧变换为低峰值多次脉冲，但仍基于现有常规火药，有效压裂时间短；后者虽可实现长时间燃烧增压，但在火药安全及施工工艺上仍存一定局限。基于该背景本课题将从火药燃烧特性研究入手，借助军工领域对火药燃烧控制的研究成果，对固体火药添加剂和装药结构展开研究，形成可实现达数秒级的延时燃烧，并对该新型燃爆压裂药剂体系进行燃烧加载动力学研究，进而结合前期对高能气体压裂过程动力学研究成果，建立新型延时式可控高能气体压裂技术的压裂过程动态模拟技术，以实现定量模拟预测。研究成果将为解决制约高能气体压裂推广的关键因素提供必要的理论基础。

结论摘要：

针对高能气体压裂难以平衡高峰值压力和高火药装量间的矛盾问题，提出了延时可控高能气体压裂技术，以研发不同燃烧速度火药，通过对其优化组合，以从根本上解决制约高能气体压裂的这一关键瓶颈。基于此，本课题系统调研评价了目前应用在矿山、军工及其他领域的火药类型及其燃烧特性，理论上探讨了火药不同组分对燃烧速度和燃烧性能的影响规律，筛选出主控组分；进而在评价不同成分对燃烧性能影响规律的前提下，通过改变配方优配了在50MPa时燃烧速度为77.58mm/s、37.61mm/s、17.21mm/s的高中低三种固体火药；同时依据液体火药的燃烧特征，采用内能法计算筛选了高含能的液体火药配方，进而确定了液体火药的最佳组成和引燃条件，使其在50MPa环境压力下的等价层燃速度为8.24mm/s；在得到火药配方后，借助火药的密闭爆发实验，结合火药燃烧模型推导了三种火药在不同环境压力范围下的燃烧速度模型；进而结合前期对高能气体压裂过程动力学研究成果，建立了包含火药燃烧加载、压挡液柱运动、孔眼泄流、裂缝起裂、裂缝延伸在内的压裂过程动态模拟技术，该技术是一种新型延时式可控高能气体压裂技术，能够实现定量模拟预测；最终对四川须五储层一实际井进行了延时可控高能气体压裂的药量设计、效果预测及敏感性分析。研究结果表明采用三种燃速火药复配作业，可利用高速火药快速加载至岩石破裂压力，制裂储层，二三级燃速火药进行慢速燃烧，以形成高压的能量补充，长时间延伸裂缝。由此可在确保井身安全和有效破裂岩石的前提下，提高火药加量50%以上，预测须五条件下的裂缝延伸长度可达20-48m，是常规一级燃烧火药压裂规模的4倍以上；如果与液体火药复配，在工艺技术成熟条件下，高压持续时间可达500ms以上，压裂裂缝规模会进一步扩大。研究成果将为解决制约高能气体压裂推广的关键因素提供必要的理论基础。