水平井分段压裂过程对水泥环完整性影响研究

发布时间：2020-06-11 02:44

【摘要】：水平井技术是目前提高油气井产量的常用技术手段,通过研究水平井多段压裂过程对于水泥环完整性的影响能够有针对性的提出减小水泥环损坏可能性的措施,从而增加油气井工作寿命,降低油田成本。本文从理论上研究了套管-水泥环-地层系统在非均匀地应力条件下的受力情况;并利用有限元软件和离散元软件对水平井多段压裂工况进行了数值模拟:先利用有限元软件建立有限元模型,得到水泥环在多段压裂过程中塑性区的变化情况,然后利用离散元软件对有限元中塑性变形最大的单元进行分析,得到压裂过程中单元内微裂缝数量的变化。并且通过水泥环塑性区的变化和微裂缝的数量可以一定程度上反映水泥环的完整性。由软件模拟的结果得到:当水泥环内部的应力超过井筒横截面方向的原地应力平均值时水泥环完整性变差;随着套管和水泥环刚度比增加,水泥环完整性会有所增强;套管非均匀系数增加,水泥环的完整性会变差;水平井压裂段数越多,水泥环完整性越差;水泥环存在缺陷会使得其完整性变差。
【图文】：

奶坠?地层组合体在非均匀地应力下套管外力力学模型如图1.1 所示，该模型是一个弹性力学中的平面应变问题，具体表达形式如式（1.1）至式（1.3）所示。固井完成后地层中套管沿着纵向的变形就可以忽略不计，主要需要考虑的是在套管横截面方向的地应力的作用，对于固井质量较好的油气井，地层-套管-水泥环力学模型可采用弹性力学中的平面应变模型，力学模型如图 1.1 所示，a 为套管外径，b 为地层远场大圆外径，h 为套管壁厚。图 1.1 地层-套管力学模型Fig. 1.1 The mechanical model of stratum-casing可用水平最大地应力H 和水平最小地应力h 来表示非均匀的地应力场，这种应力状态可分解平均应力分量和偏差分量两部分之和。平均应力分量：

与天然裂缝的交汇致使地层滑动，水力裂缝面因压裂导致抗剪强度降低，裂缝弱面在压裂后更容易产生剪切破坏，而上述四种情况的出现都会进一步对套管损伤产生一定的影响。1.3 论文研究内容本课题主要研究水平井分段压裂对套管力学性能的影响，，其中套管的力学性能与地层-水泥环-套管的相互作用是密不可分的，针对水平井多段压裂的特点，对各影响因素采用控制变量法逐个定量分析，从而系统地解释水平井多段压裂前、中、后套管的受力特性。水平井多段压裂包括水平井胶塞压裂、水平井限流压裂、水平井封隔器管柱压裂、水平井桥塞分段压裂技术等，其中水平井桥塞分段压裂技术具有分段压裂级数不受限制、裂缝布放位置精准且水泥环-套管受应力路径影响显著，所以在文章选取水平井桥塞分段压裂技术作为水平井多段压裂的工况进行研究，如图 1.2[36]所示。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE243

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本文编号：2707258