定面射孔井应力分布及井筒破裂研究

发布时间：2019-07-16 19:46

【摘要】：定面射孔作为低渗透油气田开采中的一项重要工艺技术近年得到了快速发展,深入研究定面射孔参数影响水力裂缝扩展的力学机制对完善该工艺技术具有重要的理论与工程价值。受储层岩石特性、地应力分布、井筒结构、天然裂缝及流体等因素影响,近井筒区域结构应力分布极为复杂。本文结合数值分析与实验模拟的方法,研究了定面射孔参数变化条件下的井筒应力分布与损伤破裂问题,主要工作包括:1.通过对近井筒岩层结构模型简化,建立了储层水力压裂裂缝起裂参数(起裂压力及起裂角)优化力学模型,研究了地层构造应力变化对围岩裂缝起裂和扩展形态的影响。2.通过数值模拟方法,定量分析了水平井定面射孔参数(射孔相位角及射孔倾角)对围岩应力分布的影响,为计算水平井筒破裂压力、裂缝起裂方位角及射孔参数的优化提供了重要的依据。研究表明随着射孔相位角的增大,射孔之间应力叠加作用逐渐减弱,造成围岩裂缝起裂压力的逐渐增加,但由于射孔面面积的增大将使得定面射孔对裂缝扩展方向的控制控增强。在射孔相位角固定情况下,当射角逐渐增大时,围岩起裂压力呈现先减小后增大的趋势,在射角为25°时围岩起裂压力达到最小值。3.基于岩石弹塑性损伤模型描述近井筒岩层的损伤,分析了定面射孔相位角及射孔倾角参数对水平井围岩损伤破裂形态的影响。研究表明在不同应力分布情况下,围岩均从中间射孔处起裂,并且其起裂位置为射孔根部、射孔与井筒轴线组成平面与射孔围岩相交位置处,随着注液的进行,裂缝将逐渐发生偏转与两侧射孔形成的裂缝连接贯通形成与井筒轴向垂直的裂缝面。随着射孔相位角的增大,三个射孔表面损伤分布区域均呈逐渐减小趋势,这是由于随着射孔相位角的增大,射孔之间的应力叠加作用逐渐减弱。在射孔相位角固定情况下,随着射孔射角的增大,井筒围岩损伤程度呈现先增加后减小的趋势。4.通过大尺寸真三轴岩石力学试验系统,开展了直井定面射孔水力压裂物理模拟试验,利用测定射孔破裂压力及扫描的压裂裂缝断面,通过与数值模拟结果对比分析定面射孔参数对储层初始破裂压力及破裂形态的影响。研究表明较小的相位角会使得射孔之间应力干扰较大,造成裂缝起裂压力及裂缝的复杂性的增加并使裂缝发生转向。随着射孔相位角的增大,两侧射孔受水平最大主应力影响逐渐增加,在进行注压后,射孔围岩所产生拉伸损伤逐渐减小,裂缝在中间射孔处开裂、延伸,形成裂缝更加平滑,并且起裂压力逐渐减小。当射孔相位角为60°时围岩起裂压力较相位角为30°时起裂压力减小了 4.2 MPa。
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图片说明：（ａ）射孔平面与井筒垂直（ｂ）射孔平面与井筒成任意夹角（ｃ）射孔平面与井筒平行逡逑图１．１定面射孔技术分类逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐａｌ邋ｏｆ邋ＤＰＰ逡逑１．３国内外研究现状逡逑
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图２．２井筒周围应力分布逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｓｔｒｅｓｓ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ａｒｏｕｎｄ邋ｔｈｅ邋ｗｅｌｌｂｏｒｅ逡逑

图片说明：（１）水平井井筒围岩原地应力分布逡逑当对油气储层进行钻井之后，井筒围岩受地应力作用出现应力集中现象。逡逑为便于研究，取井筒部分，并将其假定为无限大平板结构，中间挖洞，如图２．２逡逑所示逡逑｜逦Ｃ逦１逡逑ｉ邋Ｌ逡逑ＣＴｙ逡逑图２．２井筒周围应力分布逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｓｔｒｅｓｓ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ａｒｏｕｎｄ邋ｔｈｅ邋ｗｅｌｌｂｏｒｅ逡逑ｒ邋２逦＂逦＾邋ｒ２）邋２逦＂逦４逦，邋ｒ２邋Ｊ逡逑１，逦、（＼逦Ｒ２）逦１，逦Ｊ，，逦３Ｈ４）逦ｗ逡逑＋逦１邋＋邋—逦＋逦１邋＋邋—邋ｃ0ｓ２６＞逡逑Ｚ逦Ｖ逦ｒ邋）逦Ｚ逦Ｖ逦ｒ邋Ｊ逡逑ｉ？２逡逑ＣＴｒ＝Ｃｆｚｚ＿ｖ邋２（＾－０邋）—ｃｏｓ２６＞逡逑＜逦Ｌ逦ｒ邋Ｊ逦式（２．６）逡逑１，逦、ｎ邋３Ｒ４邋，邋２Ｒ２、．逡逑＾邋＝－（ａｘｃ－＾ｗ）（ｌ邋—邋—－邋＋邋—）ｓｍ２０逡逑２逦ｒ邋ｒ逡逑ｘｅｚ＝＾ｙｚ邋ｃ0ｓ６＞）（ｌ邋＋邋＾－）逡
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE257.1

【参考文献】