煤层气径向井压裂优化研究

发布时间：2020-07-06 12:56

【摘要】：径向井技术能实现钻头在套管中极小曲率半径转向,降低了水平井眼钻井施工的复杂性,大幅度减少钻井成本;而径向井技术采用水力喷射作用来破岩成孔,非常适合用在松软的煤层之中;因此,近年来该项技术逐渐在山西等地的煤储层中得到应用。为了获得更好的开发效果,现场对径向井眼分段压裂技术进行了初步试验,但遇到摩阻过高的问题,难以形成有效裂缝。鉴于此,本文改变以往的探索方向,研究对煤层径向井直接进行裸眼压裂的特征,在此基础上优化设计压裂施工方式。本文基于煤储层物性,考虑多孔介质的流固耦合作用及径向井眼处的应力集中,建立三维弹性有限元模型,对煤层径向井压裂时的起裂特征径向研究;明确了径向井眼的直径、长度、数量、方位角以及地应力差对起裂压力、起裂位置和方向的影响;发现了径向井眼对裂缝的初始延伸方向有很强的引导作用。采用XFEM方法,对裂缝延伸过程和裂缝形态进行研究;明确了径向井眼长度、方位角、压裂液排量和地应力差对裂缝延伸的影响;发现了裂缝双面在剪切作用下产生错位而导致缝宽分布不均的现象。对煤层径向井压裂工艺进行优化设计;给出了合理的径向井眼参数和排布方式;优选了支撑剂、压裂液类型及其配方;优化了煤层径向压裂施工的工艺参数。
【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】：TE377
【图文】：

煤层径向井压裂技术 径向井技术介绍径向井技术也被称作超短半径水平井钻井技术（URRS）[33]。其特点主要体下几点：①曲率半径小；一般情况下曲率半径在 0.3m 左右，对套管损伤小证径向分支准确分布在目标层内；②井眼直径小；通常其井眼直径在 30m 之间，在套管上开窗比较小；③相比射孔能更远距离打开地层；径向分支般有几十米甚至上百米，远长于射孔深度；④径向分支多；在同一个水平面钻出少则三四个，多则十几个的小型水平井眼；⑤施工简单；钻井过程不需旋转，钻压施加简单方便，能减少井下复杂情况的发生，而且施工周期更短层污染小；由于利用高压水射流开孔，破岩机理与普通钻井不同，对地层污染很小。

中国石油大学（北京）硕士专业学位论文影响，这些因素包括径向井眼长度、方位角、压裂液排作用对缝宽沿着缝长方向分布的影响。层径向井压裂工艺优化设计径向井压裂，优化设计径向井眼参数、排布方式；优方，优选支撑剂；最终对径向井压裂的施工参数进行线

对水力压裂过程中破裂压力的理论计算大概分为解析和数值两种方法[51-53]。以往分析过程中，一般会采用静态分析办法，忽略流固耦合过程中流体向地层的渗透，这样的做法使得计算模型与实际岩石破裂过程的应力状态相差较大，最终导致计算结果存在很大偏差。为分析径向井压裂时起裂压力与各参数之间的关系，本文将在前人的基础上进一步拓展，对煤层中裂缝起裂进行动态模拟，采用大型力学数值模拟软件ABAQUS，同时考虑井筒和径向井眼处的应力集中、流固耦合条件，结合岩石破裂准则，分析各种相关参数对径向水平井眼起裂的影响。2.1.1 软件介绍ABAQUS 是一套用于工程模拟的大型有限元软件，能够模拟研究结构体应力应变状态、流体流动等很多领域的问题。岩土力学（流体渗透/应力耦合分析）、断裂力学也是这款软件应用的主要方面。

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