本文關鍵詞：射孔條件和材料屬性對水壓作用下套管井強度影響的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水力壓裂的目的在于壓裂儲層使其產生裂紋并擴展,提高滲透率,增加產量、延長套管井的使用壽命等,它不僅廣泛用于油氣田中后期開采,而且是頁巖氣、致密油氣田等非常規(guī)油氣田開發(fā)的必不可少的工程措施。水力壓裂作業(yè)之前,需對套管井射孔,使孔洞穿透鋼套管和水泥環(huán)并進入地層,形成流體通道。射孔和水力壓裂,可能致使套管井的水泥環(huán)破壞,導致水泥封隔能力失效,引起儲層與相鄰層之間流體沿套管井水泥環(huán)周圍的竄通,即石油工程界特別不希望出現的“竄槽”現象。竄槽會連通油氣儲層和水層,從而污染油氣層,降低出油效率,甚至直接導致井孔報廢。目前,只是在射孔和壓裂前采用聲波測井方法測量套管井的水泥固井質量,以便發(fā)現由于固井質量差引起的竄槽。工程技術人員已經注意到了水力壓裂對套管井水力封隔能力的影響,但關于射孔形狀和射孔尺寸對地層壓裂和套管井破壞先后次序影響的研究還缺少細致的研究。本文研究含射孔的套管井在水壓作用下的應力分布、破壞先后次序,給出壓裂過程中防止竄槽建議,其中特別考察了射孔形狀、射孔尺寸、水泥和地層參數的影響。主要研究內容和結論如下:(1)針對套管-水泥環(huán)-地層界面膠結良好的情況,應用ABAQUS有限元軟件建立套管井的三維模型,分析了壓裂液水壓作用下套管井射孔附近區(qū)域的應力分布狀態(tài)。(2)采用最大拉應力強度破壞準則,計算致使地層和水泥環(huán)破壞的臨界注水壓強,比較分析水壓作用下地層與水泥破壞的優(yōu)先次序,考察了破壞次序隨水泥和地層參數的變化。如果水泥先于地層破壞,水泥環(huán)就失去水力封隔能力。通過模擬,發(fā)現使用低楊氏模量、高泊松比的水泥可以提高水泥環(huán)的水力封隔能力。在高楊氏模量、低泊松比的地層進行水力壓裂有利于避免竄槽現象的發(fā)生。地應力中的靜水壓對竄槽現象有影響,但偏應力部分對其作用不大。(3)考察了射孔條件對水泥環(huán)水力封隔能力的影響,發(fā)現射孔條件對于水壓作用下套管井周圍的應力分布和破壞次序至關重要。射孔尖端形狀很重要,選取合適的射孔尖端形狀,是模擬接近真實情況的保障。本文選取射孔尖端為圓錐面的套管井模型,分別對射孔密度、射孔角度、射孔半徑以及射孔長度等要素進行了研究。研究發(fā)現除了射孔半徑尺寸外,其余條件僅影響破裂壓強的大小,對水力封隔能力影響不大。射孔半徑過小或者過大都會引起水泥環(huán)的竄槽現象,合理的選取射孔半徑尺寸是保證正常水力壓裂的前提。(4)提出了預防竄槽的方案。固井時盡可能選擇高泊松比,低楊氏模量的水泥;壓裂時盡可能選擇低泊松比,高楊氏模量的地層,且水平地應力較大,垂直地應力較小的地段進行。射孔方面最主要是控制好射孔半徑的尺寸,合理的控制射孔條件可以有效提高防竄槽能力。有必要在壓裂之前,采用聲波測井方法探測射孔的方位角度、形狀和尺寸。
【關鍵詞】：水力壓裂 套管井 水力封隔 竄槽 聲波測井
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE357.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-16
• 1.1.1 油氣資源的重要性10-11
• 1.1.2 水力壓裂技術11-14
• 1.1.3 套管井中的水力壓裂問題14-16
• 1.2 國內外的研究現狀16-19
• 1.2.1 水力壓裂技術的發(fā)展16-17
• 1.2.2 水力壓裂模型的發(fā)展17-19
• 1.2.3 射孔技術的發(fā)展19
• 1.3 本文的主要研究內容19-21
• 第2章 水壓作用下套管井應力分析的力學模型21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 套管井模型的建立21-25
• 2.2.1 套管井模型尺寸21-22
• 2.2.2 載荷邊界條件22-23
• 2.2.3 網格的劃分23-25
• 2.2.4 單元的選取25
• 2.3 強度破壞理論25-27
• 2.3.1 最大拉應力理論25-26
• 2.3.2 最大拉應變理論26
• 2.3.3 最大切應力理論26-27
• 2.4 射孔尖端形狀的選擇27-32
• 2.4.1 尖端射孔形狀為半球狀28-29
• 2.4.2 尖端射孔為半橢圓狀29-30
• 2.4.3 尖端射孔形狀為筆尖狀30-31
• 2.4.4 尖端射孔形狀為圓錐狀31-32
• 2.4.5 本節(jié)小結32
• 2.5 本章小結32-34
• 第3章 材料屬性對水泥環(huán)破壞的影響34-49
• 3.1 臨界破裂壓強34-37
• 3.2 水泥材料參數的影響37-40
• 3.2.1 水泥泊松比的影響37-38
• 3.2.2 水泥楊氏模量的影響38-40
• 3.3 地層材料參數的影響40-43
• 3.3.1 地層泊松比的影響40-41
• 3.3.2 地層楊氏模量的影響41-43
• 3.4 地應力狀態(tài)的影響43-46
• 3.4.1 靜水壓的影響43-45
• 3.4.2 偏應力的影響45-46
• 3.5 材料屬性參數的獲取46-47
• 3.6 本章小結47-49
• 第4章 射孔條件對水泥環(huán)破壞的影響49-67
• 4.1 射孔情況概述49
• 4.2 射孔角度的影響49-53
• 4.2.1 水平射孔角度的影響49-51
• 4.2.2 垂向射孔傾角的影響51-53
• 4.3 射孔密度的影響53-57
• 4.3.1 垂向射孔密度的影響54-56
• 4.3.2 環(huán)向射孔密度的影響56-57
• 4.4 射孔半徑的影響57-62
• 4.5 射孔長度的影響62-66
• 4.6 本章小結66-67
• 結論67-68
• 參考文獻68-72
• 致謝72-73

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 胥元剛;射孔方位、密度、孔徑對裂縫寬度的影響[J];天然氣工業(yè);2004年10期

2 裘新農;;水力噴砂射孔分段壓裂現場施工獲得成功[J];新疆石油科技;2010年04期

3 彪仿俊;劉合;張勁;張士誠;王秀喜;;螺旋射孔條件下地層破裂壓力的數值模擬研究[J];中國科學技術大學學報;2011年03期

4 彭雷;;影響射孔精度的因素分析及解決方法討論[J];中國石油和化工標準與質量;2014年01期

5 周英芳;侯曉春;羅萬靜;唐良民;周叢叢;;分段射孔水平注水井注入動態(tài)研究[J];石油鉆采工藝;2008年06期

6 昌r，

本文編號：345630