页岩气水平井压裂水泥环力学完整性研究

发布时间：2017-03-29 08:51

  本文关键词：页岩气水平井压裂水泥环力学完整性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：页岩气由于其资源量极其丰富,开发潜力巨大,已经成为全球非常规天然气开发的新亮点,由于页岩气储层超低渗致密性,采用水平井钻采方式并通过压裂进行开采已经得到了国内外的共识。而在水平井压裂施工的过程中,为了保证形成良好的缝网成功改造页岩储层,压裂段之间不发生相互窜流从而提高压裂施工的整体效果,我们必须从水平井水泥环的力学完整性出发,进而对压裂段固井界面进行研究,并设计提高固井质量的扶正器工具,从而保证水泥环的力学完整性,预防页岩气水平井在大规模分段压裂时发生窜槽,最终提高页岩气水平井的分段压裂效果。通过研究页岩气水平井分段压裂的压裂环境,建立页岩气水平井分段压裂过程中接近井下实际情况的压裂段套管-水泥环-岩石的力学模型,运用弹塑性力学理论求解高内压下同心水泥环理论解,并通过共轭函数定义双曲坐标轴建立偏心水泥环力学模型并进行求解；对水泥环的损坏机理进行研究分析给出页岩气水平井偏心情况下满足施工条件的水泥环力学性能参数；应用弹性力学,断裂力学相关理论建立了页岩气水平井压裂段固井界面应力扩展模型,分析了在高内压压裂的情况水泥环第二胶结面失效长度,及其影响固井界面失效长度的因素,并针对固井界面影响因素,提出了保障水泥环力学完整性的施工措施和为了防止压裂液窜槽所必须满足的射孔间距,最后设计了提高水泥环居中程度的自适应套管变径扶正器,并对扶正器的关键部件进行有限元力学模拟分析,确保其现场施工的适用性。本论文系统的研究了页岩气水平井水泥环的力学完整性,提出了-整套适用于页岩气水平井高内压压裂过程中水泥环完整性的研究方法,给出了满足70MPa压裂环境下水泥环的力学性能参数,为了防止压裂过程中的窜槽保证分段压裂效果,对施工参数,射孔间距等进行了优化,最后设计了自适应套管变径扶正器保证套管居中度,对保证页岩气水平井大规模压裂情况下水泥环的力学完整性有着重要的意义。
【关键词】：页岩气 水平井 水泥环 固井界面 窜槽 扶正器
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE256
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 研究目的及意义7
• 1.2 国内外技术发展状况7-10
• 1.2.1 国外研究现状7-9
• 1.2.2 国内研究现状9-10
• 1.3 主要研究内容和研究思路10-12
• 1.3.1 研究内容10
• 1.3.2 研究思路10-12
• 1.4 主要研究成果和创新点12-13
• 1.4.1 论文取得的研究成果12
• 1.4.2 论文创新点12-13
• 第2章 页岩气水平井压裂段水泥环完整性研究13-38
• 2.1 地应力对水泥环完整性的影响13-17
• 2.2 压裂段高内压作用下水泥环受力模型17-30
• 2.2.1 压裂段高内压作用下同心水泥环受力模型17-23
• 2.2.2 压裂段高内压作用下偏心水泥环受力模型23-30
• 2.3 页岩气水平井水泥环破坏准则分析30-33
• 2.4 高内压作用下水泥环完整性影响因素33-37
• 2.4.1 弹性模量对水泥环完整性的影响33-34
• 2.4.2 泊松比对水泥环完整性的影响34-35
• 2.4.3 内压力对水泥环完整性的影响35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 页岩气水平井压裂固井界面窜流机理38-74
• 3.1 压裂井段固井胶结面失效因素分析38-39
• 3.2 页岩气水平井固井界面裂缝扩展力学模型39-64
• 3.2.1 裂缝扩展模型的建立39-41
• 3.2.2 应力强度因子的计算41-45
• 3.2.3 页岩气水平井固井界面裂缝扩展压力计算45-50
• 3.2.4 压裂液在裂缝尖端处的压力分析50-64
• 3.3 固井界面失效长度分析64-73
• 3.3.1 多级压裂窜流井基本情况64-67
• 3.3.2 固井界面失效长度分析67-73
• 3.4 本章小结73-74
• 第4章 提高压裂过程封固段固井质量的工艺74-81
• 4.1 提高压裂过程封固段固井质量工艺原理74-75
• 4.2 自适应变径套管扶正器工艺原理75
• 4.3 新型套管扶正器核心部件强度校核75-80
• 4.3.1 本体76-77
• 4.3.2 液缸77-78
• 4.3.3 活塞78-79
• 4.3.4 扶正块79-80
• 4.4 本章小结80-81
• 第5章 结论与建议81-82
• 5.1 结论81
• 5.2 建议81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间发表论文及授权专利86

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本文编号：274066