水平裂缝压裂井眼位移的有限元计算

用有限元法分别对有１－３条水平裂缝井眼在压裂时油层附近的井眼位移分布进行了计算。计算结果表明，增加裂缝数，并未使井眼位移的影响范围和位移的绝对值成倍增加，而是使裂缝周围区域的岩石更加紧密，同时还使裂缝处的水泥环承受巨大的拉应力，这样可能导致水泥环被破坏，该计算结果可用于分析和研究压裂对油层孔隙度及渗透率的影响。     

水平井分段压裂过程对水泥环完整性影响

水平井分段压裂过程中出现的套管损坏和水泥环完整性问题日益引起关注。目前研究的重点包括地层滑移、套管和水泥环受力等,而对分段压裂过程造成影响的研究较少。为了建立水平井分段压裂水泥环完整性计算模型和方法,首先,利用有限元软件建立有限元模型,得到水平井分段压裂过程中水泥环弹性区和塑性区分布;其次,利用离散元模型分析有限元中得到的塑性变形区域,获取塑性变形区域内水泥环的微裂纹数量;最后,依据水泥环塑性区分布和微裂缝数量得到水泥环的完整性评价。研究表明,除了套管和水泥环刚度比、套管偏心率和水泥环缺陷对水泥环完整性有影响,水平井的压裂段数的影响也较为明显。随着套管和水泥环刚度比增加,水泥环完整性增强;套管偏心率增加和水泥环存在缺陷降低水泥环完整性;水平井压裂段数越多,水泥环完整性降低。     

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加,大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段。大位移井水力压裂裂缝起裂与直井、普通定向井有显著差别,其起裂模式不仅与井眼轨迹(井斜角、方位角等) 有关,而且还与地应力方位密切相关。以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件、压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响,建立了大位移井井筒周围应力场分布模型,提出了裂缝起裂压力和起裂方位预测模型,并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响。计算结果表明,建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

 斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。     

水力压裂过程中水泥环裂缝扩展的数值模拟

射孔后水泥环内产生初始裂缝,压裂过程中裂缝的扩展将为环空窜流的发生提供通道。针对此问题,根据水力压裂流固耦合理论模拟水泥环径向裂缝在体积压裂过程中的扩展过程,分析了套管内压、水泥弹性模量、地层孔隙压力等参数对压裂过程中水泥环裂缝扩展长度的影响规律。结果表明：压裂过程中射孔段水泥环径向裂缝扩展过程主要发生在压裂初期,且缝口与缝尖处的压力差随着压裂的进行逐渐缩小。较高的地层孔隙压力、较低的套管内压与高强度低模量水泥有利于减小水泥环径向裂缝扩展长度,保证水泥环有效封固。本文研究结果可为水平井体积压裂的射孔簇间距与压裂段间距的选取提供参考。     

岩石动态损伤模拟实验装置的研制

基于爆燃压裂技术原理，研制了岩石动态损伤模拟实验装置。该装置用一重物自由落体撞击岩心夹持器的内活动柱塞，压缩岩心模拟井眼内的流体，产生动态压强作用于岩心模拟井眼壁面，以模拟油井爆燃压裂时爆燃药爆燃所产生的动态压强对井眼附近油层的影响。根据动量和能量守衡原理，建立了岩石动态损伤峰值压力和加压速率计算模型，并通过实验验证了计算模型的准确性，增压值和加压速率的计算值与实验结果的平均相对误差分别为2.56%和4.04%。该装置的研制为动载下的岩石力学特性研究提供了定量研究手段。     

低渗透油藏压裂水平井产能计算新方法

应用复位势理论和势的叠加原理，推导出考虑裂缝与水平段同时生产的油层中渗流模型；应用流体力学理论、质量守恒定理和动量定理，推导出考虑水平井筒沿程油层流体流入和裂缝流体流入的井筒内压降计算模型。在此基础上建立了油层中渗流和井筒内管流耦合的产能模型，并给出其求解方法。实例计算结果与实验结果对比表明，进行压裂水平井生产动态分析时，不能忽略水平井筒沿程油层流体流入的影响；水平井筒内的压力降对产量有一定的影响，水平井筒长度存在最优范围；各条裂缝产量不相等，裂缝条数存在最优范围。     

多因素影响的脱砂压裂产能流固耦合模拟

综合考虑流固耦合作用、动态造缝效应、变裂缝导流能力等因素,建立了新的疏松砂岩油藏脱砂压裂产能模型,进行了多因素影响的脱砂压裂产能优化。研究表明:在流固耦合作用下,近井眼及近裂缝壁面储层物性参数变化显著,远离井眼及人工裂缝后,储层物性参数变化幅度明显减小;动态造缝效应主要对近井眼中心10 m以内储层参数产生显著影响;定导流能力与变导流能力影响下的储层参数差异主要体现在裂缝周边;在多因素综合影响下,脱砂压裂增产倍数明显低于常规渗流模型计算结果,且缝长越短,各因素综合影响越显著。     

分段压裂过程中射孔段水泥环密封完整性的数值模拟

水平井射孔段井筒由于孔眼的存在,在分段压裂过程中应力集中现象极易加剧固井水泥环的破坏。此外,由于高压压裂液直接作用在水泥环孔眼壁面上,使其完整性在压裂过程中遭受的挑战更大。本文建立了热流固耦合数值模型旨在分析分段压裂过程中射孔段水泥环内部的温度与应力变化,研究了套管内压、压裂液排量、水泥弹性模量、孔径与孔密对于水泥环密封完整性的影响规律。计算结果表明,压裂过程中水泥环一界面、二界面以及孔眼处均会产生剪切破坏。考虑瞬态力热耦合作用时,水泥环孔眼处失封风险提高。压裂液排量、孔径与孔密对水泥环切向应力影响较小;套管内压与水泥环弹性模量的降低虽然可在一定程度降低剪切破坏系数,但难以避免射孔段水泥环压裂初期的剪切破坏。     

水平井早期试井公式

水平井早期流动是指水平井从开始生产起到压力降传播波尚未达到储藏边界的阶段。在已有文献中早期阶段被视为径向流,早期结束时间也存在各种计算公式,不同公式的结果相差甚大,并且皆缺少理论依据。根据早期时刻的等势面是以水平井两端点为焦点的旋转椭球面,并应用质量守恒定律导出早期试井公式和早期结束时间的算法,理论和实例皆表明所推导的公式更能描述早期渗流规律,计算结果更符合实际情况。     

水平井注采井网合理井间距研究

为解决水平井注采井网合理井间距问题,从水平井渗流理论出发,运用拟三维思想,采用保角变换的方法,利用势叠加原理推导了水平井注采井网稳态压力分布公式,得到水平井注采井网渗流场图。根据水平井单井控制面积与井间距的关系,推导了水平井井网井间距计算公式。分析认为:水平井井网井间区域中心附近存在难动用区,井间区域内可动用面积大小与注采井距、水平段长度、井间距有关。在此基础上,提出了水平井井网合理井间距的确定方法,对水平井注采井网在油田开发中的应用,特别是开发方案的设计提供了理论基础。     

蛇曲井生产井段压降预测方法

蛇曲井是一种新型复杂结构井,生产井段存在较大的纵向起伏,井筒流动特征既不同于普通水平管,也不同于水平井。研究了蛇曲井井筒流动特征,对蛇曲井微元段和孔眼段的流动进行了分析,根据质量守恒原理和动量定理,建立了裸眼完井和射孔完井方式下蛇曲井生产井段的井筒压降预测模型。在定产量和定井底流压两种工作制度下,给出了蛇曲井生产井段的压降预测方法。应用所建预测模型和水平井的水平段压降计算模型分别计算了某裸眼完井蛇曲井生产井段的井筒压降,结果表明：蛇曲井生产井段井筒压降不能用常规水平井水平段的压降模型计算,蛇曲井生产井段井筒压降不能忽略。     

测试井数据资料的数据清洗技术研究

针对测井和试井资料中存在数据质量的问题,提出了一种基于聚类分析和神经网络预测技术的数据清洗新方法。该方法首先检测测试井数据中存在空缺项的记录数据,对无空缺数据项的记录数据采用模糊聚类分析技术进行数据分类,再对各类数据分别进行蚁群聚类分析和神经网络学习并矫正噪声数据。将该数据清洗方法运用到试井分析中进行检验,取得了良好的效果。为提高测试井数据质量进行正确的解释评价提供了保证。     

考虑吸附影响的凝析气井压力降落试井分析

凝析气井的试井解释,基本上仍沿用干气井的单相拟压力方法,或在解释中根本就没有考虑多孔介质对凝析油、气的吸附影响。大量实验与理论研究表明,多孔介质吸附对凝析油、气的渗流具有较大的影响,在考虑吸附影响的凝析气井渗流微分方程的基础上,建立了不稳定试井解释数学模型,将多孔介质吸附影响直接纳入了模型之中。提出了多种外边界条件下的压力降落试井分析方法。实例分析表明,与不考虑多孔介质吸附影响的情况相比,因多孔介质吸附的影响,试井解释有效渗透率将降低,表皮系数增大,气井有效泄流半径与单井控制储量亦将降低。对于重烃含量较高和孔隙度较低的凝析气藏,多孔介质吸附的影响将更加明显。研究表明,多孔介质界面现象对凝析气井的渗流特征与试井解释的影响不应忽视。     

高含硫气井井筒硫沉积位置预测模型研究

高含硫气井在气体开采过程中,随着井筒温度压力的降低,硫微粒在气相中的溶解度逐渐减小,在达到临界饱和态后将从气相中析出,当井筒中硫析出位置处的气流速度小于微粒临界悬浮流速时,析出的硫微粒在井筒中沉积,堵塞气体的流动通道,从而导致气井产量降低,影响气井的产能和经济效益,严重时造成气井停产。将井筒压力温度分布预测模型与硫溶解度模型耦合,结合井筒中微粒临界悬浮流速模型建立了高含硫气井井筒硫沉积预测综合模型,并对L井进行了实例分析。研究结果表明:高含硫气井产量降低至临界产量后,随着气井产量的降低,井筒中气流速度逐渐减小,硫沉积区域沿井筒向下逐渐增加。     

数值试井与不稳定试井结合计算物性参数

通过对数值试井的地层压力与不稳定试井结合的数学模型使用径向网格求解,介绍了一种新的应用方法。利用数值试井和不稳定试井各自的优点进行优化,该方法可以利用数值试井获得地层压力随时间的变化,同时利用压力变化获得单井控制储量,利用不稳定试井的优点是可以获得单井的物性参数,并且应用该方法对塔里木克拉2气田进行了分析。     

油井注水泥紊动扩散研究

本文利用流体力学中的紊动扩散基本方程式,研究了油井注水泥作业中,水泥浆与泥浆在隔离液中的紊动扩散模式,并求出了水泥浆与泥浆在隔离液中的紊动扩散规律。最后利用这-扩散规律,导出了注水泥最小隔离液体积计算公式及紊流接触时间计算公式。这些公式可以作为现场油井注水泥隔离液设计的参考。     

注汽井的注汽动态计算

根据注汽过程中油管和油层流体相互联系的实际情况，提出了油管流动和油层渗流相互协调计算的数学模型，通过分析得到了一定注汽条件和油层特性下最大注汽流量的计算方法，为注汽方案的设计和油藏数值模拟流量的选择提供了依据，并进一步分析和计算了油井深度、油层特性及井口注汽压力对最大注汽流量的影响．研究表明，在油藏数值模拟和选择注汽方案时，注汽流量必须适宜，即与油层的吸汽能力相互协调．     

井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井地层出砂的影响

结合等效塑性应变准则定量地研究了井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井砂岩油藏出砂的影响。计算结果表明,在一定的应力和地层条件下,井斜角在0~45°时,随着井斜角的增加,井壁内的塑性应变最大值和塑性区范围都不断增加,出砂的趋势增大;当井斜角在45°~90°时,随着井斜角的增加,井眼内最大塑性应变逐渐减小,出砂趋势减小。井斜角相同,但井眼倾斜方位不同的井,井壁内产生塑性变形的区域不同,塑性变形的程度也不同,从防砂的角度,井眼,尤其水平井眼应该沿原地最小水平主应力方向,或尽可能靠近最小主应力方向。