【摘要】：水平井技術(shù)是目前提高油氣井產(chǎn)量的常用技術(shù)手段,通過研究水平井多段壓裂過程對于水泥環(huán)完整性的影響能夠有針對性的提出減小水泥環(huán)損壞可能性的措施,從而增加油氣井工作壽命,降低油田成本。本文從理論上研究了套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)在非均勻地應(yīng)力條件下的受力情況;并利用有限元軟件和離散元軟件對水平井多段壓裂工況進(jìn)行了數(shù)值模擬:先利用有限元軟件建立有限元模型,得到水泥環(huán)在多段壓裂過程中塑性區(qū)的變化情況,然后利用離散元軟件對有限元中塑性變形最大的單元進(jìn)行分析,得到壓裂過程中單元內(nèi)微裂縫數(shù)量的變化。并且通過水泥環(huán)塑性區(qū)的變化和微裂縫的數(shù)量可以一定程度上反映水泥環(huán)的完整性。由軟件模擬的結(jié)果得到:當(dāng)水泥環(huán)內(nèi)部的應(yīng)力超過井筒橫截面方向的原地應(yīng)力平均值時水泥環(huán)完整性變差;隨著套管和水泥環(huán)剛度比增加,水泥環(huán)完整性會有所增強(qiáng);套管非均勻系數(shù)增加,水泥環(huán)的完整性會變差;水平井壓裂段數(shù)越多,水泥環(huán)完整性越差;水泥環(huán)存在缺陷會使得其完整性變差。
【圖文】：

奶墜?地層組合體在非均勻地應(yīng)力下套管外力力學(xué)模型如圖1.1 所示，該模型是一個彈性力學(xué)中的平面應(yīng)變問題，具體表達(dá)形式如式（1.1）至式（1.3）所示。固井完成后地層中套管沿著縱向的變形就可以忽略不計(jì)，主要需要考慮的是在套管橫截面方向的地應(yīng)力的作用，對于固井質(zhì)量較好的油氣井，地層-套管-水泥環(huán)力學(xué)模型可采用彈性力學(xué)中的平面應(yīng)變模型，力學(xué)模型如圖 1.1 所示，a 為套管外徑，b 為地層遠(yuǎn)場大圓外徑，h 為套管壁厚。圖 1.1 地層-套管力學(xué)模型Fig. 1.1 The mechanical model of stratum-casing可用水平最大地應(yīng)力H 和水平最小地應(yīng)力h 來表示非均勻的地應(yīng)力場，這種應(yīng)力狀態(tài)可分解平均應(yīng)力分量和偏差分量兩部分之和。平均應(yīng)力分量：

與天然裂縫的交匯致使地層滑動，水力裂縫面因壓裂導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低，裂縫弱面在壓裂后更容易產(chǎn)生剪切破壞，而上述四種情況的出現(xiàn)都會進(jìn)一步對套管損傷產(chǎn)生一定的影響。1.3 論文研究內(nèi)容本課題主要研究水平井分段壓裂對套管力學(xué)性能的影響，，其中套管的力學(xué)性能與地層-水泥環(huán)-套管的相互作用是密不可分的，針對水平井多段壓裂的特點(diǎn)，對各影響因素采用控制變量法逐個定量分析，從而系統(tǒng)地解釋水平井多段壓裂前、中、后套管的受力特性。水平井多段壓裂包括水平井膠塞壓裂、水平井限流壓裂、水平井封隔器管柱壓裂、水平井橋塞分段壓裂技術(shù)等，其中水平井橋塞分段壓裂技術(shù)具有分段壓裂級數(shù)不受限制、裂縫布放位置精準(zhǔn)且水泥環(huán)-套管受應(yīng)力路徑影響顯著，所以在文章選取水平井橋塞分段壓裂技術(shù)作為水平井多段壓裂的工況進(jìn)行研究，如圖 1.2[36]所示。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE243

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本文編號：2707258