近年來隨著頁巖氣藏的大規(guī)模開發(fā),在水平井多級分簇壓裂過程中套管損壞問題頻繁出現(xiàn),給后續(xù)壓裂施工造成一系列問題,甚至減少壓裂段數(shù),降低了單井產(chǎn)能。雖然國內外許多學者已對壓裂過程中套管損壞的問題進行了一系列的研究分析,提出了壓裂過程中套管損壞機理,但是沒有結合頁巖氣井大規(guī)模多級分簇壓裂的特點,沒有考慮到壓裂過程中多種因素的相互影響,所提出的套管損壞機理存在較大的局限性。本文在廣泛調研國內外文獻的基礎上,分析壓裂過程中套管變形損壞發(fā)生的位置、時機以及變形形態(tài),以研究壓裂過程中井筒溫度分布和基于Weibull分布的統(tǒng)計損傷頁巖本構模型為基礎,建立了頁巖氣水平井多級分簇壓裂過程中熱-流-固三場耦合的數(shù)學模型,并利用有限元方法進行求解,分析壓裂過程中各種影響因素對套管-水泥環(huán)-地層組合體受力的影響,確定頁巖氣水平井壓裂過程中套管損壞的機理并提出相應的防治技術措施。研究結果表明:壓裂過程中壓裂液與套管內壁的摩擦生熱量不能忽略;壓裂過程中套管內壁溫度在20min左右時幾乎降低到壓裂液溫度,20min后套管溫度下降幅度趨于穩(wěn)定;水平段跟端套管在壓裂過程中溫度變化最大,產(chǎn)生的熱應力也最大,其抗擠強度降低最大,最容易被剪切變形;頁巖儲層宏細觀損傷發(fā)育,低強度的層理面導致頁巖強度呈現(xiàn)各向異性,且取心角為30°時軸向抗壓強度最低;基于Weibull分布的統(tǒng)計損傷本構模型能夠較好地模擬真實巖心在外力條件下的變形情況,且地下受壓地層損傷因子隨應變線性增加;非均勻地應力、頁巖地層損傷、井筒溫度變化和泵壓對套管所受有效應力影響較大;頁巖氣水平井多級壓裂過程中隨著壓裂進行,靠近跟端地層出現(xiàn)應力集中,且越靠近跟端應力集中越嚴重,跟端部分套管優(yōu)先變形損壞;水平井由趾端向跟端壓裂過程中,泵入地層的壓裂液和地層由于溫度變化產(chǎn)生巨大的熱應力被超低滲頁巖阻擋造成在跟端逐漸積累;提高水平段靠近跟端部分套管強度可有效降低壓裂過程中套管損壞機率。本文的研究結果為頁巖氣水平井壓裂過程中跟端附近套管損壞提供了理論依據(jù),同時為頁巖氣水平井壓裂過程中維持井筒完整性提供了指導。
【學位單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE931.2
【部分圖文】：

圖２－１井下頁巖巖樣逡逑對于頁巖來說，由于頁巖儲層中天然微裂縫和層理大量發(fā)育，如圖２－１所示，導致逡逑

圖２－２多級分簇射孔壓裂示意圖逡逑在壓裂過程中，第一段，也即水平段趾端，采用連續(xù)油管下入射孔槍，射孔后進行逡逑

圖２－３長寧－威遠頁巖氣示范區(qū)內某井套管變形后測井解釋結果［６３］逡逑從圖２－３中可以看出壓裂過程中＜Ｄ１２７ｍｍ套管損壞形式為套管剪切破壞

【參考文獻】

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本文編號：2811817