页岩气水平井套管损坏机理研究

发布时间：2020-09-03 18:42

　　 近年来随着页岩气藏的大规模开发,在水平井多级分簇压裂过程中套管损坏问题频繁出现,给后续压裂施工造成一系列问题,甚至减少压裂段数,降低了单井产能。虽然国内外许多学者已对压裂过程中套管损坏的问题进行了一系列的研究分析,提出了压裂过程中套管损坏机理,但是没有结合页岩气井大规模多级分簇压裂的特点,没有考虑到压裂过程中多种因素的相互影响,所提出的套管损坏机理存在较大的局限性。本文在广泛调研国内外文献的基础上,分析压裂过程中套管变形损坏发生的位置、时机以及变形形态,以研究压裂过程中井筒温度分布和基于Weibull分布的统计损伤页岩本构模型为基础,建立了页岩气水平井多级分簇压裂过程中热-流-固三场耦合的数学模型,并利用有限元方法进行求解,分析压裂过程中各种影响因素对套管-水泥环-地层组合体受力的影响,确定页岩气水平井压裂过程中套管损坏的机理并提出相应的防治技术措施。研究结果表明:压裂过程中压裂液与套管内壁的摩擦生热量不能忽略;压裂过程中套管内壁温度在20min左右时几乎降低到压裂液温度,20min后套管温度下降幅度趋于稳定;水平段跟端套管在压裂过程中温度变化最大,产生的热应力也最大,其抗挤强度降低最大,最容易被剪切变形;页岩储层宏细观损伤发育,低强度的层理面导致页岩强度呈现各向异性,且取心角为30°时轴向抗压强度最低;基于Weibull分布的统计损伤本构模型能够较好地模拟真实岩心在外力条件下的变形情况,且地下受压地层损伤因子随应变线性增加;非均匀地应力、页岩地层损伤、井筒温度变化和泵压对套管所受有效应力影响较大;页岩气水平井多级压裂过程中随着压裂进行,靠近跟端地层出现应力集中,且越靠近跟端应力集中越严重,跟端部分套管优先变形损坏;水平井由趾端向跟端压裂过程中,泵入地层的压裂液和地层由于温度变化产生巨大的热应力被超低渗页岩阻挡造成在跟端逐渐积累;提高水平段靠近跟端部分套管强度可有效降低压裂过程中套管损坏机率。本文的研究结果为页岩气水平井压裂过程中跟端附近套管损坏提供了理论依据,同时为页岩气水平井压裂过程中维持井筒完整性提供了指导。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE931.2
【部分图文】：

图２－１井下页岩岩样逡逑对于页岩来说，由于页岩储层中天然微裂缝和层理大量发育，如图２－１所示，导致逡逑

图２－２多级分簇射孔压裂示意图逡逑在压裂过程中，第一段，也即水平段趾端，采用连续油管下入射孔枪，射孔后进行逡逑

图２－３长宁－威远页岩气示范区内某井套管变形后测井解释结果［６３］逡逑从图２－３中可以看出压裂过程中＜Ｄ１２７ｍｍ套管损坏形式为套管剪切破坏

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 蒋可;李黔;陈远林;郭雪利;付永强;李军;;页岩气水平井固井质量对套管损坏的影响[J];天然气工业;2015年12期

2 田中兰;石林;乔磊;;页岩气水平井井筒完整性问题及对策[J];天然气工业;2015年09期

3 戴强;;页岩气井完井改造期间生产套管损坏原因初探[J];钻采工艺;2015年03期

4 赵怡晴;刘红岩;吕淑然;张力民;;基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型[J];中南大学学报(自然科学版);2015年04期

5 庄茁;柳占立;王永亮;;页岩油气高效开发中的基础理论与关键力学问题[J];力学季刊;2015年01期

6 黄桃;蒲晓林;罗霄;于浩;徐生江;;基于流固耦合理论的泥页岩井壁稳定性分析[J];石油天然气学报;2014年10期

7 时贤;程远方;蒋恕;蔡东升;张涛;;页岩微观结构及岩石力学特征实验研究[J];岩石力学与工程学报;2014年S2期

8 王六鹏;李琪;;垂直井筒压裂温度场分布理论和计算方法研究[J];科学技术与工程;2013年35期

9 贾长贵;陈军海;郭印同;杨春和;徐敬宾;王磊;;层状页岩力学特性及其破坏模式研究[J];岩土力学;2013年S2期

10 盛金昌;刘继山;许孝臣;詹美礼;;页岩钻孔过程中的流固热化学耦合模型[J];工程力学;2009年12期

相关会议论文 前1条

1 王永亮;柳占立;庄茁;;热膨胀模拟页岩分段水力压裂的套管损坏有限元分析[A];北京力学会第21届学术年会暨北京振动工程学会第22届学术年会论文集[C];2015年

相关博士学位论文 前3条

1 李铭辉;真三轴应力条件下储层岩石的多物理场耦合响应特性研究[D];重庆大学;2016年

2 魏晨慧;热流固耦合条件下煤岩体损伤模型及其应用[D];东北大学;2012年

3 徐严波;水平井水力压裂基础理论研究[D];西南石油学院;2004年

相关硕士学位论文 前1条

1 于浩;体积压裂过程中套管失效机理研究[D];西南石油大学;2015年

本文编号：2811817