水平井定面射孔水力裂缝起裂与扩展规律研究

发布时间：2017-10-21 12:20

  本文关键词：水平井定面射孔水力裂缝起裂与扩展规律研究

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【摘要】：水力压裂技术是油田开采的重要手段之一,对于致密或非常规储层采用常规螺旋射孔方式,裂缝沿最大主应力方向扩展,不能有效控制裂缝走向,影响压裂效果,定面射孔技术是针对非常规储层提出的一种新的射孔工艺,这对降低地层起裂压力,形成复杂的裂缝网络,提高储层动用程度具有重要的意义。本文采用ABAQUS计算平台在考虑流固耦合效应的基础上,将岩石力学、弹塑性力学、损伤力学及渗流力学相结合,建立定面射孔条件下裂缝起裂的力学模型及有限元模型,在考虑钻井—固井—射孔等工艺过程对近井筒地带地应力的累积影响基础上,根据最大拉应力准则对定面射孔起裂压力进行计算,获得定面射孔条件下水力裂缝的起裂压力变化规律及其影响因素。结合扩展有限元技术,在对裂缝起裂时地应力分布规律分析的基础上建立裂缝扩展的扩展有限元模型,采用预设裂缝的方法在射孔眼处注入压裂液,随着注入时间的增加对裂缝的扩展形态进行追踪,进而得到定面射孔条件下水力裂缝的扩展形态。通过理论分析可知:水平井定面射孔起裂压力受地应力分布规律、井筒角度、射孔夹角及直径的影响较大,受射孔深度的影响较小;裂缝扩展过程定面射孔的泄油面积远大于螺旋射孔,且沿着最小主应力方向射孔,水平井正断层能够形成较为理想的对称主裂缝,逆断层能够形成较为复杂的网格裂缝。为了考察定面射孔工艺的可行性,通过地面抗爆试验进行了定面射孔后套管强度的影响分析,在此基础上,将定面射孔方式应用于现场实际井,通过压裂施工作业得到定面射孔条件下地层的起裂压力,并与理论计算结果进行对比,验证理论分析的正确性与可行性。上述研究成果为定面射孔在致密或非常规储层中的广泛应用提供了理论依据,对实际生产具有一定的指导意义。
【关键词】：定面射孔 起裂压力 裂缝形态 射孔参数
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE357
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 课题研究背景及意义10-16
• 1.2.1 射孔对水力裂缝起裂压力影响的研究现状10-13
• 1.2.2 射孔对水力裂缝延伸的研究现状13-16
• 1.3 存在的问题及发展趋势16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第二章 定面射孔裂缝起裂与扩展理论基础18-31
• 2.1 储层岩体的流固耦合理论研究18-23
• 2.1.1 岩体应力平衡方程18-20
• 2.1.2 流体渗流平衡方程20-23
• 2.2 裂缝起裂的理论分析23-24
• 2.2.1 水力裂缝的破坏形式23
• 2.2.2 水力裂缝的起裂形式23-24
• 2.3 裂缝扩展的理论分析24-28
• 2.3.1 扩展有限元理论24-25
• 2.3.2 单位分解法25-26
• 2.3.3 水平集方法26-27
• 2.3.4 扩充形函数27-28
• 2.4 扩展有限元控制方程28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 水平井定面射孔裂缝起裂规律研究31-47
• 3.1 水平井起裂力学模型的建立31-33
• 3.2 力学模型的验证33-34
• 3.3 定面射孔起裂机理分析34-40
• 3.3.1 正断层定面射孔起裂机理分析34-37
• 3.3.2 逆断层定面射孔起裂机理分析37-40
• 3.4 定面射孔与螺旋射孔起裂压力的影响因素40-46
• 3.4.1 井筒方位角对起裂压力的影响40-42
• 3.4.2 井筒倾斜角对起裂压力的影响42-43
• 3.4.3 定面射孔夹角对起裂压力的影响43-44
• 3.4.4 射孔深度对起裂压力的影响44-45
• 3.4.5 射孔直径对起裂压力的影响45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 水平井定面射孔裂缝的扩展规律47-57
• 4.1 力学模型的建立47-48
• 4.2 扩展有限元模型的建立48-49
• 4.3 压裂液的流动特性49-51
• 4.4 水力裂缝的扩展51-55
• 4.4.1 正断层裂缝的扩展形态51-53
• 4.4.2 逆断层裂缝的扩展形态53-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第五章 定面射孔试验研究57-63
• 5.1 定面射孔的地面试验57-59
• 5.2 定面射孔参数优化59-60
• 5.3 定面射孔技术的现场应用60-61
• 5.4 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-67
• 作者简介、发表文章及研究成果目录67-69
• 致谢69-70

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