压裂工况下页岩气水平井套管载荷及强度分析

发布时间：2021-04-12 13:03

　　随着水平井压裂技术的发展与应用,页岩气开发过程中压裂导致的套管变形损坏问题也显现出来。压裂施工中套管的载荷变化、固井质量问题与压裂诱发的地层滑移是导致页岩气套管变形损坏问题的主要原因。本文从上述三个方面研究了压裂工况下页岩气水平井套管的载荷与强度问题,主要研究内容如下:考虑压裂工况下套管内压与温度变化,研究了适用于该工况的套管载荷计算方法与强度理论,分析了温度变化对套管应力及强度的影响。根据水泥环缺失形态,利用有限元分析软件建立二维模型,模拟水平井中水泥环缺失段套管的应力分布情况,分析水泥环缺失位置、厚度及缺失角度对套管应力的影响,利用材料力学与流体热力学理论,研究压裂过程中环空高压束缚流体压力随井筒温度降低对套管强度安全性的影响。考虑页岩储层的物理力学特性,分析了页岩地层因压裂施工影响发生滑移的机理,并应用有限元分析软件建立三维模型,模拟分析了地层滑移量、滑移面倾角与固井水泥性能不同条件下的套管应力与变形情况。以泥页岩为试样,利用高低温高压电液伺服岩石三轴测试系统,测试不同含水率状态下的泥页岩在不同围压下的抗压强度,分析泥页岩强度在不同含水率条件下的变化规律。研究与分析发现:压裂过程... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

弯曲段套管危险点套管在内压iP和外压oP作用下，任意一点处的环向应力θσ与径向应力rσ为：

（a）各部位缺失率 （b）横断面 CT 扫描图 3-1 水泥环的缺失形态可知，水泥环的缺失位置延径向可能分布于第一胶结面（水泥环-套管面（水泥环-地层胶结面）或两个胶结面中间，延环向的角度大小也有泥环径向缺失位置及环向缺失角度两点出发，分别分析水泥环沿径向沿环向缺失角度对套管强度安全性的影响。型基本参数实际情况中的水泥环缺失形态，应用 ANSYS Workbench 有限元软件为例，建立套管-水泥环-地层模型，笔者根据材料力学理论，将模型模型中套管外径为 139.7mm，壁厚 7.72mm，钢级为 P110，井眼直径为 南原理，地层模型边界到井眼的距离取井眼尺寸 5-7 倍以上，边长取、水泥环均为均质弹性体，且胶结面胶结良好，由于水泥环缺失部分替泥浆不完全或油气侵入环空所致，将水泥环缺失处的填充物质假设 MPaVσ =32，最大水平地应力 MPaHσ =48，套管内压取服役过程中Pa；模型中套管、水泥环及缺失处、地层的力学参数如下表所示。

泥环径向缺失位置及缺失厚度对套管应力的影响据水泥环缺失位置的不同，分别使缺失部分位于水泥环顶部靠近第一胶结面两侧，缺失角度取圆心角 30°且延垂直轴线两侧对称，如图 3-2 所示。定厚度缺失比为 ε =Δh /( R r)，其中Δh为缺失部分径向厚度， r、 R分别为径，分析中ε 依次取 0、1/6、2/6、3/6、4/6、5/6、1。在套管上设置 5 个应置如图 3-2 中红点所示，监测其 Von-Mises 应力的分布与变化情况。

【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩气水平井多级压裂过程中套管变形研究综述[J]. 席岩,李军,柳贡慧,曾义金,李剑平.  特种油气藏. 2019(01)
[2]页岩气水平井体积压裂过程中套损机理研究[J]. 范明涛,李军,柳贡慧,陈晓欣.  石油机械. 2018(04)
[3]页岩层剪切套损的数值模拟及影响因素分析[J]. 王素玲,杨磊.  石油机械. 2018(01)
[4]页岩气水平井生产套管变形机理及工程应对方案——以昭通国家级页岩气示范区黄金坝区块为例[J]. 李留伟,王高成,练章华,张磊,梅珏,和玉娄.  天然气工业. 2017(11)
[5]页岩气井体积压裂井筒温度计算及套管强度变化分析[J]. 席岩,柳贡慧,李军,查春青,王超,刘明杰.  断块油气田. 2017(04)
[6]水泥环环状缺失套损机理及防控措施[J]. 练章华,罗泽利,步宏光,李才雄,李长平.  石油钻采工艺. 2017(04)
[7]页岩气水平井体积压裂技术研究进展及展望[J]. 师斌斌,薛政,马晓云,王铭韬,雷腾蛟.  中外能源. 2017(06)
[8]页岩气井分段压裂套损影响因素分析[J]. 李军,李玉梅,张德龙,杨宏伟,孙世斌.  断块油气田. 2017(03)
[9]中美页岩气发展现状比较及其启示[J]. 安润颖,余碧莹.  中国能源. 2017(01)
[10]页岩气水力压裂中套损机理及其数值模拟研究[J]. 高利军,柳占立,乔磊,庄茁,杨恒林.  石油机械. 2017(01)



本文编号：3133344