【摘要】：定面射孔作為低滲透油氣田開采中的一項重要工藝技術(shù)近年得到了快速發(fā)展,深入研究定面射孔參數(shù)影響水力裂縫擴展的力學(xué)機制對完善該工藝技術(shù)具有重要的理論與工程價值。受儲層巖石特性、地應(yīng)力分布、井筒結(jié)構(gòu)、天然裂縫及流體等因素影響,近井筒區(qū)域結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布極為復(fù)雜。本文結(jié)合數(shù)值分析與實驗?zāi)M的方法,研究了定面射孔參數(shù)變化條件下的井筒應(yīng)力分布與損傷破裂問題,主要工作包括:1.通過對近井筒巖層結(jié)構(gòu)模型簡化,建立了儲層水力壓裂裂縫起裂參數(shù)(起裂壓力及起裂角)優(yōu)化力學(xué)模型,研究了地層構(gòu)造應(yīng)力變化對圍巖裂縫起裂和擴展形態(tài)的影響。2.通過數(shù)值模擬方法,定量分析了水平井定面射孔參數(shù)(射孔相位角及射孔傾角)對圍巖應(yīng)力分布的影響,為計算水平井筒破裂壓力、裂縫起裂方位角及射孔參數(shù)的優(yōu)化提供了重要的依據(jù)。研究表明隨著射孔相位角的增大,射孔之間應(yīng)力疊加作用逐漸減弱,造成圍巖裂縫起裂壓力的逐漸增加,但由于射孔面面積的增大將使得定面射孔對裂縫擴展方向的控制控增強。在射孔相位角固定情況下,當射角逐漸增大時,圍巖起裂壓力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,在射角為25°時圍巖起裂壓力達到最小值。3.基于巖石彈塑性損傷模型描述近井筒巖層的損傷,分析了定面射孔相位角及射孔傾角參數(shù)對水平井圍巖損傷破裂形態(tài)的影響。研究表明在不同應(yīng)力分布情況下,圍巖均從中間射孔處起裂,并且其起裂位置為射孔根部、射孔與井筒軸線組成平面與射孔圍巖相交位置處,隨著注液的進行,裂縫將逐漸發(fā)生偏轉(zhuǎn)與兩側(cè)射孔形成的裂縫連接貫通形成與井筒軸向垂直的裂縫面。隨著射孔相位角的增大,三個射孔表面損傷分布區(qū)域均呈逐漸減小趨勢,這是由于隨著射孔相位角的增大,射孔之間的應(yīng)力疊加作用逐漸減弱。在射孔相位角固定情況下,隨著射孔射角的增大,井筒圍巖損傷程度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。4.通過大尺寸真三軸巖石力學(xué)試驗系統(tǒng),開展了直井定面射孔水力壓裂物理模擬試驗,利用測定射孔破裂壓力及掃描的壓裂裂縫斷面,通過與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析定面射孔參數(shù)對儲層初始破裂壓力及破裂形態(tài)的影響。研究表明較小的相位角會使得射孔之間應(yīng)力干擾較大,造成裂縫起裂壓力及裂縫的復(fù)雜性的增加并使裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向。隨著射孔相位角的增大,兩側(cè)射孔受水平最大主應(yīng)力影響逐漸增加,在進行注壓后,射孔圍巖所產(chǎn)生拉伸損傷逐漸減小,裂縫在中間射孔處開裂、延伸,形成裂縫更加平滑,并且起裂壓力逐漸減小。當射孔相位角為60°時圍巖起裂壓力較相位角為30°時起裂壓力減小了 4.2 MPa。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： （ａ）射孔平面與井筒垂直（ｂ）射孔平面與井筒成任意夾角（ｃ）射孔平面與井筒平行逡逑圖１．１定面射孔技術(shù)分類逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐａｌ邋ｏｆ邋ＤＰＰ逡逑１．３國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑
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圖片說明： （１）水平井井筒圍巖原地應(yīng)力分布逡逑當對油氣儲層進行鉆井之后，井筒圍巖受地應(yīng)力作用出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。逡逑為便于研究，取井筒部分，并將其假定為無限大平板結(jié)構(gòu)，中間挖洞，如圖２．２逡逑所示逡逑｜邐Ｃ邐１逡逑ｉ邋Ｌ逡逑ＣＴｙ逡逑圖２．２井筒周圍應(yīng)力分布逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｓｔｒｅｓｓ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ａｒｏｕｎｄ邋ｔｈｅ邋ｗｅｌｌｂｏｒｅ逡逑ｒ邋２邐＂邐＾邋ｒ２）邋２邐＂邐４邐，邋ｒ２邋Ｊ逡逑１，邐、（＼邐Ｒ２）邐１，邐Ｊ，，邐３Ｈ４）邐ｗ逡逑＋邐１邋＋邋—邐＋邐１邋＋邋—邋ｃ0ｓ２６＞逡逑Ｚ邐Ｖ邐ｒ邋）邐Ｚ邐Ｖ邐ｒ邋Ｊ逡逑ｉ？２逡逑ＣＴｒ＝Ｃｆｚｚ＿ｖ邋２（＾－０邋）—ｃｏｓ２６＞逡逑＜邐Ｌ邐ｒ邋Ｊ邐式（２．６）逡逑１，邐、ｎ邋３Ｒ４邋，邋２Ｒ２、．逡逑＾邋＝－（ａｘｃ－＾ｗ）（ｌ邋—邋—－邋＋邋—）ｓｍ２０逡逑２邐ｒ邋ｒ逡逑ｘｅｚ＝＾ｙｚ邋ｃ0ｓ６＞）（ｌ邋＋邋＾－）逡
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE257.1

【參考文獻】

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本文編號：2515226