射孔完井水平气井产能影响因素评价

射孔完井是水平气井重要的完井方式,该文研究了射孔密度、射孔深度、孔眼半径和布孔方式4个关键参数,揭示了射孔参数对表皮系数、水平气井产能的影响规律.通过实例计算结果表明,射孔密度、射孔深度的增大有利于降低水平井表皮系数,增加气井产能,特别当射孔深度大于钻井损害带半径时,增产效果明显.孔眼半径对表皮系数和气井产能影响不大.     

定向井压裂射孔方位优化及应用研究

低渗储层采用定向井水力压裂是油气田增储上产和降本增效的重要措施和手段。射孔是压裂前打开储层的首要工序，射孔质量好坏直接影响定向井产能的发挥程度。为了降低储层起裂压力、减少砂堵风险，需要进行定向井压裂射孔方位优化。考虑原地应力、套管水泥环诱导应力、射孔孔眼诱导应力、井筒注液诱导应力和流体渗流诱导应力综合叠加，基于张性破坏准则，建立了基于最低裂缝起裂压力（FIP）的定向井压裂射孔方位优化模型；并进一步通过室内物理模拟，验证了模型的可靠性与合理性。模拟结果表明，FIP在360°射孔方位内周期性变化，存在两个最小和最大FIP点，并且随着井筒方位角的增加而增加，最小FIP逐渐增加，最大FIP逐渐减小；不同井斜角和方位角的最小FIP对应的射孔方向相差较大，斜井的最佳射孔方向应同时考虑井斜角和方位角的综合影响；水平主应力差和施工排量等因素对确定最佳射孔方位影响不大；并且在SXM气田X井进行了现场应用，优化的最佳射孔方向角为20°和205°，其对应的最小起裂压力为45.5 MPa。从而降低施工难度，为低渗储层射孔方位优化技术提供借鉴。     

马蹄形洞室围岩稳定性结构面倾角效应分析

为了分析不同倾角结构面对马蹄形洞室围岩稳定性的控制机理,文章运用数值模拟的方法分析了15°、30°、45°、60°、75°5种典型倾角结构面横穿马蹄形洞室断面时围岩应力分布、围岩位移的特征,探讨了结构面产状控制围岩变形与破坏的机理。通过对应力场和位移场的分析可知:当结构面倾角小于等于60°时,塑性区随结构面倾角的增大不断减小;当结构面倾角大于60°时,塑性区随倾角增大而增大;在结构面倾角为60°时,洞室围岩的塑性区最小,相对稳定。     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程 ,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律 ,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明 ,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在 ,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较 ,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少 ,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下 ,孔眼面积增大 ,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于 2 0孔 /m时 ,无论采用何种布孔方式 ,除方形孔眼外 ,套管抗挤能力的降低均不会超过 4 % ;大于 2 0孔 /m时 ,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加     

基于有限元的南缘高泉试验水平井稳定性评价

南缘高泉背斜清水河组储层具有三高一深（即高温、高压、高产和超深）特征,国内尚无成熟完井案例可循。为优选合适的完井方式,针对目标区试验水平井分别建立了预孔筛管完井、套管射孔完井的井筒和地层的稳定性模型,对其全生命周期井壁稳定性开展了数值模拟研究。结果表明,当井筒沿着最小水平主应力方向时,孔眼应力集中在平行于最小水平主应力方向最大,在垂直于最小水平主应力方向最小,井筒的破坏会从外壁孔眼处开始;筛管和套管只会产生部分塑性变形,变形量小于5%,发生挤毁可能性不大,但生产后期筛管完井地层必定会发生坍塌,固井后的射孔地层相对比较稳定,从井壁稳定性出发对目标区此类三高一深特征水平井可优先推荐采用射孔进行完井。     

小参数高阶项对射孔段套管屈曲摄动解的影响

采用摄动法求解射孔套管的屈曲临界压力时,一般仅取小参数ε的一次项,忽略其高阶项必然对计算结果产生一定的影响。针对此问题,建立了考虑小参数二阶项影响的射孔段套管弹性屈曲近似控制方程,给出了含有ε2项影响的射孔段套管屈曲问题摄动解的一般形式;分析了小参数变化时,ε2项对射孔段套管抗挤能力系数的影响。数值计算结果表明,计算孔眼的轴向最大尺寸、布孔格式和孔密度发生变化对小参数及射孔段套管抗挤能力都有直接的影响。当计算孔眼的轴向最大尺寸小于30mm、孔密度小于40孔/m时,仅考虑ε一次项可以给出满意的结果,而不必考虑小参数高阶项的影响。     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下,孔眼面积增大,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于20孔／m时,无论采用何种布孔方式,除方形孔眼外,套管抗挤能力的降低均不会超过4％;大于20孔／m时,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加。     

基于序列二次规划算法的射孔水平井孔眼分布优化

基于Landman稳态渗流模型和Su井筒压降模型,考虑射孔密度对水平井产能的影响,建立以水平井产能为目标函数、孔眼位置分布为优化设计变量的两类产能优化模型.采用序列二次规划算法求解优化模型,并对无限导流和有限导流水平井的射孔密度分布进行优化.结果表明:优化射孔能有效地改善沿井筒入流剖面;射孔水平井存在最佳的射孔密度分布;为得到最大产量,无限导流井的射孔密度呈"U"型分布,有限导流水平井的射孔密度沿跟部到趾部方向逐渐降低,约在井筒长度的3/4位置处取得最小值;若要使沿井筒入流剖面尽可能均匀,则无限导流井的射孔密度呈"∩"型分布,有限导流井的射孔密度沿跟部到趾部方向逐渐升高,约在井筒长度的3/4位置处取得最大值,但最大产量略有降低.     

层理性页岩水平井井壁稳定性分析

基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状(走向、倾角)、井眼轨迹(井眼方位)和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响。研究结果表明:页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素;层理面倾角为0°~30°时,沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,而层理面倾角为30°~90°时,沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,这便为井眼钻进方位的优化设计提供重要依据;层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达0.45 g/cm3,而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约0.54 g/cm3;钻井液在渗透作用下沿层理面侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低,使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,从而加剧井壁坍塌失稳的风险。最后,采用该模型在四川东南部威远构造第一口页岩气水平井W201-H1井进行了验证,井壁坍塌压力分析结果与实际情况吻合良好。     

地应力和油藏压力对弱胶结砂岩油藏出砂的影响

借助岩石力学的基本理论,结合弱胶结油藏的岩石学特征,系统地分析了原地应力、生产压差等因素对弱胶结砂岩油藏出砂的影响,并对防砂技术和措施进行了讨论。结果表明:在弱胶结砂岩地层,地应力的非均匀性将导致某些方位地层先于其它方位地层剪切屈服、出砂,因此,对这些方位进行选择性避射将有助于防砂和延长油井开采寿命;当井筒内压力保持不变时,随着油藏压力衰竭,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性增大;当地层压力恒定时,随着开采压差的增大,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性随之增大。     

受控于软弱结构面的矿山软岩边坡稳定性

为了解决沉积岩体露天开采时的边坡稳定问题，根据岩体中软弱结构面的力学特性，分析总结了受软弱结构面控制的矿山软岩边坡稳定性的研究方法。探究了受控于软弱结构面的边坡的滑坡模式、计算方法以及强度指标的选取原则。对伊敏煤电公司露天矿南帮边坡稳定情况进行了实例分析，变形区边坡稳定性主要受四个泥岩弱层控制，采取内排压脚等控制开采的方法是有效的。     

川西硬脆性页岩力学特征及井壁稳定性研究

在硬脆性页岩地层钻井过程中井壁失稳现象频发,严重阻碍了现场钻井作业的进程。针对小塘子组页岩钻进过程中发生的井下垮塌现象,通过开展系统室内实验测试,并结合实验数据建立的理论模型,评价分析小塘子组页岩地层的井壁稳定情况。结果显示,小塘子组页岩属于典型的硬脆性页岩,层理缝发育,在外力或高应力环境下可以产生张性裂缝;钻井液浸泡效应可降低小塘子组页岩地层力学强度,层理走向及力学弱面效应对小塘子组页岩力学性能影响明显;裂缝走向、井眼轨迹及井壁渗流场影响小塘子组页岩地层井壁稳定性,当裂缝面与井眼轴线之间夹角满足一定关系,井壁岩石容易沿裂缝面发生滑移垮塌。     

含有软弱结构面的岩体非线性边界元分析

用符合莫尔库仑准则的Ｇｏｏｄｍａｎ节理单元模拟岩体中的软弱结构面,给出了非线性分析方法,并针对多子域问题,采用了一种有效的分块求解技术,使得大型复杂的工程问题可用微机进行分析计算     

重力坝深层抗滑稳定的可靠性分析

对于地基中存在软弱结构面的重力坝 ,考虑软弱结构面的实际走向与坝轴线斜交的情况 ,计入侧向阻力的作用 ,通过等安全系数法的公式建立求解重力坝深层抗滑稳定性可靠指标 β的力学模型 ,并结合工程进行深层抗滑稳定的可靠度分析 .     

页岩层理对水平井井壁稳定的影响

中国南方海相页岩气区硬脆性页岩储层层理/裂缝发育,层理性页岩水平井钻井井壁坍塌问题已严重制约页
岩气勘探开发进程。为此,以线弹性井壁稳定力学模型和单一弱面强度理论为基础,建立了考虑页岩层理产状、层理
弱面强度、岩石强度、水平井方位、强度弱化（含水量）等因素影响的层理性页岩水平井井壁稳定模型。在此基础上定
量分析了层理产状和含水量对水平井井壁坍塌压力的影响。结果表明：坍塌压力与层理面产状、井眼方位关系密切,
地层倾角0°<θDIP<15°、75°<θDIP<90° 时有利于水平井井壁稳定;页岩层理弱化是导致井壁坍塌失稳的重要原因,无论
层理产状如何变化,随着层理含水量的增加,井壁坍塌压力迅速增加,坍塌压力增量约为4.30～22.62 MPa,含水量20%
时坍塌压力增幅可达100%。     

层理地层基质与弱面坍塌失稳规律分析

渤海深部地层中存在大量的硬脆性泥页岩,易发生井壁失稳问题。将硬脆性泥页岩当作一种横观各向同性介质,建立了横观各向同性地层井周基质及层理弱面应力计算模型,在此基础上,获取了弹性参数各向异性、井眼轨迹及层理产状对井壁坍塌破坏的影响规律。研究表明,各向异性对层理弱面应力分布影响显著,与各向同性模型相比,误差最大约为31%;随弹性模量各向异性程度增大,井壁坍塌风险增高;直井钻进时,井壁坍塌破坏方位不仅受水平地应力方位影响,还与层理弱面的倾斜角和倾向角、井眼轨迹等参数相关。随层理面倾斜角和倾向角增大,井壁坍塌形状依次为岩石只发生沿水平最小地应力方位的基质坍塌、层理面单对角坍塌及层理面双对角坍塌,基质坍塌方位对应最小地应力方位,层理面坍塌方位与弱面的倾向方位保持一致,最优钻井方位应结合层理弱面的倾向;当定向井钻进时,井眼沿井斜30°~75°,最大地应力方位附近,坍塌最为严重。对渤中一口深井进行井壁失稳实例分析,分析结果与实际情况吻合良好,研究成果对层理地层钻井作业有一定的指导意义。     

煤层水力裂缝扩展判定模型建立及验证

针对煤层压裂裂缝扩展难以表征的问题,根据岩石强度破坏准则,建立了水力裂缝扩展路径判定模型,通过室内试验验证了模型可靠性,结合矿场应用分析了水力裂缝与弱面相交后的扩展行为。研究显示：水平主应力差、弱面方位角、弱面摩擦系数是影响水力裂缝扩展的重要因素,在高主应力比、高方位角、高弱面摩擦系数条件下水力裂缝易直接穿过弱面,在低主应力比、低方位角、低弱面摩擦系数条件下水力裂缝易发生转向,并沿弱面走向扩展。该研究对于认识煤层压裂裂缝形成机理,建立复杂裂缝表征模型,提供压裂设计新理念具有一定的指导意义。     

近场散射问题数值计算的超弱变分方法

针对以全内反射显微镜为模型的近场散射问题提出一种超弱变分方法. 在计算区域网格剖分的基础上, 利用Green公式将问题转化到网格边界上求解, 并利用平面波函数和倏逝波函数逼近解的局部性态. 结果表明, 算法能有效数值模拟近场散射问题, 适用于大波数情形, 收敛速度快.     

大埋深高地压弱结构面顶板岩层诱发冲击地压离心模型试验

针对赵楼矿井首采区近1 km深部拟开采的3煤(即山西组稳定可采煤层)冲击地压问题,考虑断层切割顶板的实际情况,概化出弱结构面顶板工程地质模型并进行离心模型试验。研究结果表明:对于离心模型模拟的弱结构面顶板条件,直接顶来压过程中煤柱压力较低,而老顶来压过程对煤柱受力的影响明显,是引起冲击地压的主要动力来源;顶板被断层切割时,顶板岩层的完整性受到破坏,应力在构造部位重新分布,形成构造应力集中,是引发冲击地压的危险部位;回采工作面揭露断层后,下盘顶板沿断层面失去煤体支撑而形成悬臂梁,由此大大降低了顶板的支撑强度,容易发生因顶板突然断裂而形成的冲击压力,这种构造条件下厚-巨厚层极坚硬顶板易发生冲击地压。研究结果为赵楼矿井巷道的合理布置、支护及采动冲击地压的潜势性评价提供了重要的参考依据。     

急倾斜煤层开采非连续变形的相似模型实验研究

与缓倾斜煤层开采相比 ,急倾斜煤系地层常隐含软弱夹层 ,其露头容易出现台阶和裂缝 ;与切割岩层的结构面比较 ,层间软弱面并不对移动盆地起全局控制作用 ,而只产生局部影响 通过综合考虑急倾斜地层与层间弱面两个因素 ,阐明了急倾斜煤层开采地表非连续变形的发生条件 ;采用相似材料模型实验 ,研究了岩层垮落、弯曲、离层的方式和形态 ;提出了急倾斜煤层开采岩层的层梁移动模式 ;揭示了地表非连续变形的形态特征和变形机理 ,为进一步研究地表非连续变形的计算提供了依据 图 7,表 2 ,参 7