页岩气水平井压裂工况下水泥环力学特性研究

发布时间：2020-11-02 10:13

　　 随着油气田开发技术的发展,人们对井筒完整性问题越来越重视。井筒完整性问题不仅关系到钻井过程中的安全作业,更是直接影响到后期油气井的长期稳定生产。井筒完整性的破坏常常引发环空带压等问题,威胁油气井的安全开采。本文首先根据井筒受到的外载建立了页岩气水平井压裂力学模型,然后采用数值计算的方法计算了压裂过程中井筒的温度场分布和温度应力,得到了考虑温度影响的页岩气水平井压裂力学模型,并用VonMise条件对水泥环完整性进行了评价。接下来在力学模型的基础上分析了水泥环厚度、弹性模量和泊松比等因素对其自身应力状况的影响,得到了在固井作业时应该选取厚度适中,弹性模量小,泊松比大的水泥环的结论。最后利用ANSYS有限元分析软件探讨了射孔参数对水泥环应力状况的影响,认为射孔孔眼的孔径和孔密应该偏小,这样有利于水泥环完整性的保护。应该选择在水泥环内壁最小等效应力方位处射孔。在射孔作业时要谨慎选取射孔相位角,避免在水泥环内壁最大等效应力方位处射孔。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE931.2
【部分图文】：

沿着最小水平主应力方向，所以水覆岩层压力 σV，它们一般不相等，井段受到的作用力有水平方向上的 σH的套管内压 P，同时还有由于压裂液泥环的应力状态，先将此问题分解度应力的受力模型两个子问题分别假设：水泥环和地层都是各向同性材理想居中，且固井完好；水泥环性能良管和地层岩石接触良好，无滑动；忽平井段仅受到水平方向和垂直方向的。如图 2.1 所示。

图 2.2 非均匀应力分解Fig 2.2 Non-uniform stress decomposition用记号 σ 和 s： 1212H VH Vs （2.7）非均匀应力边界条件为： , cos 2, sin 2 rrb sb s（2.8） 为地层远场半径 0,0, 0rrP （2.9）

1212H VH Vs 为： , cos 2, sin 2 rrb sb s 0,0, 0rrP 求解，套管、水泥环和地层组合系统在 V 。如图 2.3 所示。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 唐庚;张华礼;李军;周浪;候培培;黄浩然;;水泥环完整性研究进展[J];内蒙古石油化工;2019年03期

2 解廷菊;龙士国;;超声波检测套管井水泥环缺陷仿真模拟[J];声学技术;2017年04期

3 练章华;罗泽利;步宏光;李才雄;李长平;;水泥环环状缺失套损机理及防控措施[J];石油钻采工艺;2017年04期

4 彭泉霖;何世明;章景城;薛伟超;彭新侠;;水泥环缺陷对套管强度影响研究现状及展望[J];钻采工艺;2015年04期

5 赵效锋;管志川;廖华林;吴彦先;;水泥环力学完整性系统化评价方法[J];中国石油大学学报(自然科学版);2014年04期

6 刘海龙;邓金根;赵军;邱汇洋;曹文科;李杨;;非均匀地应力下水泥环完整性规律研究[J];科学技术与工程;2014年23期

7 房军,岳伯谦,赵怀文,徐龙光;非均匀地应力作用下套管和水泥环表面受力特性分析[J];石油大学学报(自然科学版);1997年01期

8 陈小华;;煤层气压裂水泥环完整性研究[J];石油化工应用;2018年12期

9 武月荣;王坤;文果;;水泥环密封性研究现状及面临的问题与挑战[J];中国石油和化工标准与质量;2019年11期

10 曾静;高德利;王宴滨;房军;;体积压裂井筒水泥环拉伸失效机理研究[J];钻采工艺;2019年03期

相关博士学位论文 前10条

1 范明涛;页岩气井体积压裂套管变形及水泥环密封失效机理研究[D];中国石油大学(北京);2018年

2 李早元;有助于改善层间封隔能力的聚合物多元水泥体系材料特性研究[D];西南石油大学;2006年

3 姜民政;套损井修复过程中修复力的确定及水泥环损伤机理研究[D];哈尔滨工程大学;2003年

4 于洪金;套管损坏的力学计算与判定[D];大庆石油学院;2008年

5 刘健;油气井水泥石力学行为本构方程与完整性评价模型研究[D];西南石油大学;2013年

6 聂臻;水泥环密封失效机理研究及应用[D];中国地质大学（北京）;2011年

7 杨志伏;基于水泥凝固过程的油井结构应力分析[D];哈尔滨工业大学;2013年

8 李吉军;高渗砂岩层固井界面胶结性能及增强技术研究[D];东北石油大学;2016年

9 陈正茂;高温高压气井井筒力学完整性研究[D];西南石油大学;2013年

10 郭印同;盐膏岩地层油气井套管损坏机理研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 肖文惠;三轴应力条件下水泥环损伤力学本构模型的建立[D];东北石油大学;2019年

2 邵帅;射孔段水泥环三维有限元模型的建立及应力分析[D];东北石油大学;2019年

3 穆笛;交变压力作用下水平井套管—水泥环—地层固结体完整性研究[D];东北石油大学;2019年

4 王康;页岩气水平井压裂工况下水泥环力学特性研究[D];中国石油大学(北京);2018年

5 梁云祥;过套管散射伽马测井的响应机理和数据处理方法研究[D];中国石油大学(北京);2018年

6 张彪;储层改造过程中水泥环质量对套管抗挤能力的影响研究[D];西南石油大学;2018年

7 王俊杰;套管抗挤力学实验装置设计与实验研究[D];西南石油大学;2018年

8 Taghizade Shamsi;套管内压变化和高温条件下水泥环完整性评价[D];中国石油大学(华东);2017年

9 于利国;弱胶结地层套管环空密封完整性评价方法研究[D];中国石油大学(华东);2017年

10 张蹦蹦;油田套管在土层作用下的破坏机理[D];东北石油大学;2018年

本文编号：2866913