延缓大庆油田标准层套损的套管优选

大庆油田部分区域集中出现标准层套管剪切损坏,虽已采用标准层不固井工艺延缓套管损坏,但除此之外,套管壁厚、钢级等参数对标准层套管剪切损坏的临界条件也有影响。为此,考虑套管和地层弹塑性力学特征,针对标准层不固井的工程条件,应用考虑大变形后应力平衡状态的拉格朗日格式有限元方程,提出了地层整体移动剪切套管过程的三维有限元计算方法。考虑套管变形和套管断裂的2种失效条件,计算并对比不同壁厚和钢级套管失效的临界值。结果表明:考虑套管断裂的地层剪切套管临界滑移量明显小于考虑套管变形的临界滑移量;同规格、同钢级套管损坏的临界滑移量随套管壁厚增大呈线性减小,随其延伸率增大近似呈线性增大。因此,在满足强度校核的前提下,大庆油田标准层宜采用低钢级小壁厚套管以延缓套管损坏。      

基于分形方法的水力压裂分支裂缝分布模拟

对水力压裂裂缝分布位置的准确描述是进行压裂设计及压裂效果评价的重要前提,而在人工裂缝分支的描述方面,尚未开展有关裂缝位置和形态等描述研究。运用分形L-系统建立树枝模型,建立岩石天然薄弱面分布规律的平面模拟描述方法。应用分形相似原理,将天然薄弱面分级,得出各级天然薄弱面剪切、张开判别条件和天然薄弱面起裂后裂缝内压裂液压降梯度。依据天然薄弱面分布模型及裂缝剪切、张性断裂准则,提出水力压裂分支裂缝分布模拟计算方法。计算结果表明,水力压裂分支裂缝数量与井壁处缝内净压力、储层最大与最小主应力差值密切相关。主裂缝附近存在较多分支裂缝,分支裂缝数量随井壁处缝内净压力增加而增多;储层最大与最小主应力差值越小,细小分支裂缝开启数量越多,裂缝沟通面积越大。运用该计算方法能够模拟具有分形特征的裂缝平面形态和开启状况,并为复杂裂缝形成机理分析提供依据。     

页岩气水平井压裂地层滑移致套损模拟试验研究

为了了解页岩气在水平井压裂过程中地层滑移导致套管损坏的规律,设计了压裂过程中地层滑移室内模拟试验装置,采用该装置模拟了水力压裂过程中产生的地层不均匀隆起诱发水平层面的滑移过程,并基于非常态相似理论确定了试验模型与地层原型各参数之间对应关系。分析结果表明:地层滑移量主要与距地层变形中心的距离有关,即与距水力压裂点的距离有关,总体上,从地层膨胀中心开始,滑移量逐渐增大,在距中心点14～17 cm范围内达到最大值,之后开始快速下降;不同的地层厚度以及不同的地层埋深影响着地层滑移量的大小,当套管穿过层厚较大的页岩地层时,滑移量要比低厚度地层大,当套管在纵向穿过地层发生多段套损时,其上部剪切滑移程度要大于下面部分。所得结果对认识页岩气井剪切型套管变形及如何预防套管损坏具有一定的理论指导意义。     

煤层气水平井玻璃钢管固井居中度分析

在煤层气水平井水平段采用玻璃钢套管可以提高后期采煤作业的安全性。为了揭示固井顶替过程中不同时刻玻璃钢管的居中度变化规律,根据玻璃钢管的浮重分析,建立考虑扶正器影响的水平井眼内玻璃钢管居中度计算模型。研究结果表明:由于玻璃钢管密度较低,随着管内外流体密度的变化,顶替过程中水平段玻璃钢管由井眼低边逐渐上浮,偏向井眼高边,其在水平井眼内的位置及居中度处于动态变化之中;减小水泥浆的密度有利于减小顶替结束时玻璃钢管所受向上的浮重,提高玻璃钢管在水平段的居中度。该研究为煤层气水平井玻璃钢管固井套管居中度的改进提供了理论依据。     

深井安全钻井液密度窗口影响因素

考虑钻井液渗滤造成井壁岩石孔隙压力变化和钻井液与地层岩石温差产生的附加应力和应变,推导了孔隙度与孔隙压力和温差的理论关系,建立了考虑孔隙压力、温差及孔隙度变化的深井安全钻井液密度窗口计算模型。应用模型计算结果表明:①深井钻井井壁岩石与钻井液温差一定时,随着钻井液渗滤作用的增强,井壁岩石孔隙压力增加,导致坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。②当井壁岩石孔隙压力一定时,若钻井液使井壁岩石降温,则随着温差的增加,坍塌压力减小,破裂压力增加,安全钻井液密度窗口范围变大,有利于安全钻井;若钻井液使井壁岩石升温,则随着温差的增大,坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。