爆燃压裂技术在海上油田定向井多层合采中的应用

为解决爆燃压裂技术在定向井多层合采施工中的应用难题,根据海上油田储层物性和层段距离,选择合适的作业层段;根据一趟作业2个层位同时爆燃的设计思路,采用火药燃烧压力计算公式、压挡液运动模型、峰值压力叠加等相关理论,计算了不同质量火药的峰值压力;根据火药峰值压力和地层破裂压力,选择有效的施工火药质量,并对套管及作业管柱进行了...     

高能气体压裂技术在塔北BST油气田的应用

高能气体压裂是一项新兴的压裂技术，它是通过高能液体火药的燃烧产生巨大压力迫使地层产生裂缝,火药燃烧时产生大量的热能和酸性气体，改变储层的渗透能力。该技术使用条件简单，且在塔里木的BST油气田和其它油田应用获得较好的增油效果，因此具有广阔的应用前景。     

煤储层多级强脉冲加载压裂破岩机理理论研究

针对我国煤储层"三低"的特性及煤气井单井产量较低的难题,研究多级强脉冲压裂技术的加载压裂破岩机理。依据岩石破裂的第一强度理论,建立力学模型,为多级强脉冲加载下的煤岩体破裂提供了理论依据。研究结果表明:火药在井筒中燃烧产生大量高温、高压气体不断往射孔孔眼中喷射,致使射孔孔眼内压力不断升高。当其压力大于煤岩体破裂压力时,煤储层发生破裂产生裂缝,煤储层压力得到释放,煤层气得到解吸,解吸的煤层气通过产生的裂缝形成有效的渗流过程,从而提高了煤层气井的单井产量。     

不同类型复合射孔器火药燃烧特征研究

火药燃烧对地层的作用参数可用于优化复合射孔施工设计,提高复合射孔效果.根据火药燃烧特性及影响参数,针对常用的内置式、下挂式、外套式3种类型复合射孔器的火药燃烧特征进行了研究,得出了火药燃烧对地层作用效果有重大影响的参数计算公式.应用于复合射孔定量设计,结合压力监测,对复合射孔进行优化,效果明显.     

体积压裂分支裂缝的产生条件分析

页岩油气藏的物性极差,需要水平井加体积压裂才能实现经济有效开发.水平井压裂产生主裂缝的破裂压力公式已经建立起来,但还没有建立分支裂缝的破裂压力公式.根据岩石力学的有关理论,以深层页岩地层为例,分析了主裂缝壁面上的受力情况,推导建立了垂直分支裂缝的破裂压力公式.公式表明:①分支裂缝的破裂压力与地层的最大水平地应力有关,与...     

井下钻井液清洁装置

众所周知,钻井液必须配制成一定的质量和粘度,以抵消地层孔隙压力,而不超过地层破裂压力。一旦地层破裂,就不能完全恢复其基本强度,而且造成井漏,损害将来采油作业。因此,应竭力避免下套管时出现地层裂缝现象。再者,下套管时,管端封闭,如被岩屑及碎屑堵塞,引起钻井液快速流入环     

页岩气水平井压裂中地层滑移数值模拟研究

为了解页岩气水平井在压裂过程中地层滑移导致套管变形的机理,结合套损井的现场资料,在岩石力学试验的基础上,利用COMSOL数值模拟软件对页岩气水平井在水力压裂过程中地层沿裂缝的滑移变形进行了数值模拟研究。研究结果表明:随着缝内流体压力的增高,裂缝面的滑移量增大,当缝内流体压力达到50 MPa时,裂缝面的滑移量可达到厘米级;当存在多条裂缝时,单一裂缝内流体压力的改变会导致邻近裂缝应力场和滑移量的改变,当缝内流体压力达到80MPa时,对邻近裂缝可产生比较明显的影响;裂缝与裂缝之间的夹角越接近45°,两者之间的影响越明显,且随着裂缝之间距离的增加,相互之间的影响越小,当距离达到80 m时,两者之间基本无影响。研究成果对认识页岩气井剪切型套管变形及对如何预防套管损坏具有一定的理论指导意义。     

低渗透油气藏近破裂压力注水的可行性——以北三台油田北十六油藏为例

低渗透油气藏的特点决定了注水启动压差大,注入压力高,欠注问题严重.压裂、酸化、超声波等增注措施均存在增注水量少、有效期短的问题.当注水压力达到地层破裂压力时,在注水井附近易形成微裂缝,提高近井地带地层渗透率,而注入水沿裂缝壁快速滤失,裂缝延伸压力下降,致使裂缝延伸的长度与高度有限,对隔层、套管的影响较小.北16低渗透油气藏通过近破裂压力注水,注水量增加,地层压力回升,注水波及体积增大,油井见效明显,预测采收率提高.     

川南地区地层破裂压力液压试验及其认识

井眼中一定深度出露的地层,承受压力能力是有限的。当压力达到某一值时会使地层破裂,这个压力称为该地层的破裂压力。地层破裂压力和上覆岩层压力、地层压力、岩性、地层年代和埋藏深度,以及该处岩石的应力状态有关。地层破裂压力是井身结构设计,套管下入深度、平衡钻井及并控工艺技术及防止产生井下复杂情况等的重要依据。     

复合射孔爆炸与燃烧机理数值模拟分析

为了研究复合射孔爆炸与燃烧机理,建立了复合射孔有限元模型,利用LS_DYNA软件对模型进行了显性动力学数值计算,得出了射孔弹爆炸后枪身内产生的压力、温度分布情况。射孔弹爆炸后枪身内的压力和温度呈非均匀分布;时间越长、距起爆点距离越远时,冲击波、稀疏波在空气介质中形成的压力值越小。对弹间火药进行了冲击敏感性实验和热点火实验,在实验基础上,联系数值分析结果确定了枪身内火药的点火方式。通过实验得出弹间火药的热点温度在300～350℃之间;冲击敏感性为2.07～2.65GPa,延迟期为4μs。分析了枪身内射孔弹爆炸与火药燃烧耦合作用下火药燃烧性能和枪身内的压力的变化规律。火药的燃烧速度随压力、温度的升高而增快。p-t显示研究得出的复合射孔爆炸与燃烧机理具有较高的准确性。     

蠕变性地层中套管有效外挤压力的计算方法探讨

在套管柱设计中,套管外挤压力的计算十分重要。在《钻井手册（甲方）》中,蠕变性地层段的套管外挤压力取为上覆岩层压力,而SY/T 5724—2008《套管柱结构与强度设计》中却将蠕变性地层段套管的外挤压力与岩石的泊松比联系起来,二者不相容。结合钻井施工过程的岩石力学理论,对蠕变性地层段的套管有效外挤压力进行分析。结果表明,SY/T 5724—2008《套管柱结构与强度设计》中关于蠕变性地层段的套管有效外挤压力的计算公式是错误的。建议采用《钻井手册（甲方）》中的蠕变性地层段的套管有效外挤压力计算公式进行套管柱结构设计。      

四川页岩气井套管变形特征及受力模式

套管变形是制约四川盆地页岩气高效开发的工程难题。鉴于此,对威远、长宁和昭通区块9口井的37处24臂井径测井数据进行统计学处理,分析了套管变形特征,总结了套管变形类型;结合野外露头、地震和测井数据,分析了页岩岩体结构特征;通过对比套管变形特征及层理页岩岩体裂缝特征,建立了套管与页岩岩体的相互作用模式。研究结果表明:剪切类型的套管变形占60%,呈现剪刀差形态,变形长度(半波长)主要在1.5~2.5 m范围,变形量(波峰)主要在5~15 mm范围;层理页岩被多组裂缝切割为块状岩体,岩体宽度介于1.2~3.1 m;地层与套管相互作用表现为多断块岩体滑动模式。研究结果为进一步定量研究套管受力大小和变形量等提供了依据,也为分析和解决套管变形问题提供了参考。     

预防套管变形的许用压裂注入压力计算方法

注入压力是页岩气储层改造设计中的关键参数之一,较高的注入压力有利于打开地层、顺利注入压裂液和支撑剂、尽快取得较大的储层改造体积,但如果注入压力过大则套管变形的风险也会明显增加。为此,以一个工程项目为实例,提出了在保障套管完整性前提下的注入压力安全窗口上限即最大安全注入压力值的数值计算格式,并以四川盆地威远区块某页岩气井为例进行了验证计算。研究内容包括:(1)建立区块尺度的初始精细地应力场的三维有限元模型;(2)建立引入地层刚度非对称特性的初级子模型,以此来模拟裂缝分布的非对称属性;(3)建立包含套管、水泥环和地层材料属性的二级子模型;(4)利用子模型计算不同的注入载荷压裂引起的套管变形,判断得到满足套管变形安全要求的最大许用压裂注入压力。实例井的计算结果表明,当注入压力为80 MPa时,固井质量差、裂缝分布不对称的时候,得到的套管上最大位移点的水平位移值、垂直位移值明显小于90 MPa时的变形量,依据P110套管钢材的屈服极限判断此时的套管变形为弹性应变,该注入压力是安全的。结论认为,采用该计算方法得到的结果与工程实际吻合度高,具有合理的精度和准确性。     

高压注水井套管缩径变形机理及防治技术——以史深100断块为例

高压注水井经过4年注水后套管疲劳损坏是低渗油藏开发过程中普遍存在的问题。通过对史深100断块现场调查分析,找出了高压注水井套管损坏的基本规律,主要受地质因素和钻井因素的影响,套损点主要集中在射孔部位附近的泥岩夹层及射孔井段。重点对以上两个部位高压注水时套管损坏的机理进行了研究,进行了现场分析,并匹配了相应的防治技术:完井时采用C—90钢级、壁厚10.54 mm套管;通过转注、防硼预处理、酸化解堵等措施控制注入压力过高等。现场应用取得了较好的效果,通过几年的综合防治,史深100断块水井套损率由2000年的10.0%下降到2005年的3.3%。     

注水开发油田套管损坏的机理研究

据统计,我国各油田油层套管损坏井的总数已超过七千口,成为我国石油工业发展中必须研究解决的重要问题.本文通过有限单元法,对注水开发油田高压注水阶段套管损坏的原因和规律,初步进行定量研究认为,在现有的固井质量和开发工艺水平下,高压注水窜入泥岩软弱层,浸水域中地应力改变,产生地层位移.是这类套管损坏的主导原因,应该采取综合措施进行防治.     

长宁—威远页岩气示范区套管变形机理及对策

针对四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区开发过程中出现的套管变形问题,分析了套管变形与地质特征和水力压裂施工的相关性,结果表明断层裂缝和层理(以下用裂缝代替断层裂缝和层理)发育是套管变形的内因,水力压裂是套管变形的外因。在此基础上,厘清了套管变形的机理:压裂液沿着某条通道进入天然裂缝,使裂缝内孔隙压力提高,当达到临界值时,激发天然裂缝滑动,进而造成套管变形。流体的通道可能有3条:①水力裂缝通道;②水力压裂过程中沿着井眼轴向形成的轴向裂缝;③反复压裂致使水泥环形成的微环隙。最后,提出了有针对性的预防措施:①在裂缝层理井段安装封隔器;②优化水泥浆性能,避免水泥环产生微环隙;③选择避免套管承受反复高压的压裂工艺。该研究成果可为解决页岩气套管变形问题提供指导。     

套管水泥环组合应力计算边界条件分析

合理的套管应力计算是套管柱强度设计和套管损坏判别的依据。目前常用计算套管应力的方法是将非均匀地应力作用于已经形成的套管水泥环组合体之上,再根据计算结果进行套管应力及变形分析,而实际上非均匀地应力所引起的应力集中效应在固井之前已经在井壁岩石处释放,并不能作用到套管水泥环组合体之上。在非均匀地应力作用下一般形成椭圆形井眼,水泥凝固之前井壁岩石在非均匀地应力和井内液柱压力的作用下已经达到平衡,套管与水泥环组合不需要承担由非均匀地应力所产生的载荷,短期内套管水泥环组合承受均匀的液柱压力;油田长期开发过程中由于地层岩石具有流变性,逐渐将部分甚至全部垂向地应力转嫁到套管水泥环组合体之上,使其承受均匀地应力的作用,从而造成套管被挤扁和缩径。非均匀地应力形成的椭圆形水泥环改变了套管柱周向应力分布,但并不能将非均匀地应力作为套管水泥环应力计算的边界条件。      

非均匀载荷下套管强度的计算

在建立了泥岩蠕变非均匀外载模型基础上,提出了一种对泥岩蠕变引起的椭圆形非均匀外载下套管应力和强度的计算方法。在非均匀载荷下,套管所能承受的最大载荷迅速降低。当内压为0.1MPa时,套管的临界载荷平均约为均载情况下的11%.大庆榆树林油田泥岩段的套损分析表明高压注入水沿垂直裂缝进入泥岩层,引起泥岩层吸水蠕变,使得所用J-55套管难以承受较大的非均匀挤压力,导致套管损环。建议在易发生泥岩蠕变井段,应采用P-110型套管以确保井筒安全。     

热采井中偏梯形套管螺纹有限元分析

采用有限元方法分析了热采井中的偏梯形套管螺纹接头在不同载荷工况下的力学特性。结果认为,套管在承受轴向拉伸载荷的工况下,最大等效应力的发生区域集中在套管螺纹和接箍螺纹的两端;在套管温度升至300℃的工况下,螺纹接头已发生塑性屈服,并且塑性区域有从接头两端向接头中部发展的趋势;套管温度降至地层原始温度30℃的工况下,塑性屈服区域减小,仅局限在接头两端。在轴向拉伸载荷的工况下,最大接触压力发生在套管螺纹的第1圈,并且每圈上的接触压力分布并不是均匀的;高温载荷下,螺纹间的接触压力值和接触位置发生了改变;恢复至初始温度时,套管螺纹接触面上的接触压力增大。     

井身结构变化及尾管回接对井控的影响分析

在深井井身结构设计中,为了解决悬挂尾管后继续钻进是否需要进行尾管回接的问题,建立了钻遇高压气层发生气侵时的环空气液流动模型,模拟了井筒横向尺寸变化对环空气液两相流动规律的影响,分析了不同尾管悬挂深度下气侵过程中的井底压力、钻井液增量、监测到一定钻井液增量所需时间的变化规律,以及压井过程中套压峰值和套压峰值到达时间的变化规律。结果表明:尾管回接改变井身结构后,随着尾管悬挂深度的减小,井底压力和钻井液增量剧烈变化阶段先提前后延迟;尾管回接到井口后,溢流发现时间比尾管不回接时要短,有利于溢流的早期发现;在相同溢流量条件下关井,尾管回接到井口后的压井套压峰值比尾管不回接时大;套压峰值到达时间变化不显著。