高压挤注条件下水平井管外地层破坏模式及其判别方法

针对疏松砂岩油气藏水平井,提出高压挤注条件下管外地层岩石的两种破坏充填模式,即裂缝开裂破坏充填和塑性挤压破坏充填,重点研究塑性挤压破坏充填的过程及机制。基于水平井近井地应力分布模型以及岩石强度条件,建立套管外地层岩石破坏模式的判别方法,计算两种破坏模式的水平井临界井底压力剖面并判断第一破坏点位置。结果表明:地层岩石的破坏模式取决于水平井近井地应力分布、岩石强度以及施工条件;随井底施工压力升高,水平井井壁上径向应力首先达到岩石抗压强度时,地层发生塑性挤压破坏;当井壁上切向应力首先达到岩石的抗拉强度时,地层岩石发生裂缝开裂破坏;随井底压力升高,胶结强度较好的砂岩,一般首先达到裂缝开裂条件,对于胶结较差的疏松砂岩,一般更容易首先达到塑性挤压破坏条件,地层岩石发生塑性挤压破坏然后被砾石充填;由于沿水平井井身轨迹地应力及岩石参数的非均质性,两种破坏模式的临界井底压力也表现出明显的非均匀性。     

高压挤压防砂充填带形态仿真模拟

出砂是疏松砂岩油藏开采中经常遇到的难题之一,目前最普遍采用的防砂方法是高压挤压砾石充填防砂技术,但由于对高压挤压后的充填带形态认识不清,导致工艺技术和施工参数不甚合理。文章以离散元理论为基础,利用两维颗粒流模拟软件PFC2D,针对疏松砂岩油藏,按照胶结强度弱、中、强三种情况分别选择三口井进行数值模拟。模拟结果显示,胶结强度不同的地层在高压挤压后,其充填带形态差别较大。胶结较强的疏松砂岩地层,高压挤压后充填带的形态接近于低渗油藏,胶结弱的疏松砂岩地层,高压挤压后井眼周围岩层被压散,沿最大主应力方向地层会出现数条裂缝,按常规模型计算将带来较大的计算偏差。     

基于有限元法的高压挤压砾石充填数值模拟

从疏松砂岩的岩石特性以及施工工艺角度分析了影响高压挤压砾石充填效果的各种可能因素。在此基础上，采用有限元分析软件针对射孔井进行了数值模拟，模拟结果显示射孔沿着最大水平主应力方向，有助于裂缝的产生。在数值模拟的基础上分析了高压挤压过程中疏松砂岩的启裂机理，认为压密砂层的破裂压力即为高压挤压砾石充填的启裂压力，其裂缝形态，直接影响着近井地带的裂缝形态。     

多层砾石充填完井压力评价

针对多层砾石充填完井的渗流特点,将每个产层在径向方向上分成3个区域,即砾石充填区、射孔区、地层径向流区,每个区域有各自的渗流方程,对n层油藏将有3n个渗流方程,对砾石充填区采用边界元,对射孔区采用有限元,对地层径向流区采用半解析半数值解,最终得到各区域的压力损失及表皮系数,以及井底压力及分层产量与时间的变化关系.     

高压气井修井挤压井井筒流动模型

塔里木油田克深气田超深、高温、高压,部分气井在生产过程中环空异常带压,若长期监控生产,井控风险大,需要进行压井以便开展修井作业。高压气井修井挤压井作业过程井筒流动规律复杂,压井风险高。考虑压井过程井筒-地层复杂耦合流动,建立了高压气井挤压井数学模型,模型预测结果与实测数据吻合较好,能够满足高压气井挤压井施工设计的需要。通过数值计算,分析了高压气井挤压井作业井筒流动规律及影响因素。研究表明,挤压井过程中井底压力和油压对地层渗透率、储层厚度、地层压力、压井液排量等参数较为敏感,储层渗透率和厚度越低,地层压力越高,压井井底压力和油压越高。压井液排量越大,压井持续时间越短,产生的井底压力越高。挤压井作业需根据储层渗透率、厚度及地层压力等参数,确定合理的压力液排量等施工参数,在保证压井成功高效的前提下,避免压漏地层。     

基于声波测井资料的疏松砂岩可压性研究

出砂是疏松砂岩油藏开采中遇到的难题之一,目前常用防砂方法是高压挤压砾石充填防砂技术.为了对该技术实施后地层近井形态进行科学描述,为现场施工参数的优化提供可靠依据,在缺少物模获取相关参数的前提下,根据高压挤压砾石充填地层受力特点,借鉴声波测井资料,建立数学模型,并推导出基于测井资料的挤压模量计算公式.提出疏松砂岩岩层可压性概念,明确岩层挤压指数来表述疏松砂岩可压性,并根据其数值范围划分软、硬地层.采用挤压模量计算公式对具有完整测井资料的多口防砂施工井进行编程计算,并将得到的各施工井挤压模量加权平均后进行拟合.与高压挤压砾石充填施工实际数据对比,计算结果准确、可靠.     

近井地带高压挤压问题的解析解

针对高压砾石充填后近井地带形态认识不清以及现有压裂充填数学模型中没有考虑井底岩层压实的情况,根据摩尔-库仑准则和平面应变轴对称问题的基本理论,推导得出了疏松砂岩高压挤压时近井地带的应力、应变和位移等参数与压实区半径的关系,并通过算例分析了疏松砂岩岩体的内摩擦角、杨氏模量等参数对高压挤压结果的影响.研究结果表明,在相同泵压下,岩体的内摩擦角、塑性平均体积应变对高压挤压结果影响较大,而杨氏模量的影响较小.     

温度对气层气体钻井井壁稳定的影响

气体钻井过程中气体经过钻头喷嘴后产生焦耳-汤姆逊冷却效应,导致井底温度远小于地层温度。当气层被钻开后井壁围岩温度、孔隙压力和应力分布发生改变,容易引起井下复杂事故。为此,分析了井底低温对致密砂岩气藏气体钻井井壁稳定的影响。研究表明,井眼钻开后井底低温产生拉热应力,使近井壁有效应力减小,有利于防止岩石剪切失稳,但增加了岩石产生拉伸破坏的可能。气层气体产出使近井壁地层孔隙度和渗透率减小,不考虑井底低温时减小程度偏大。气体钻井近井壁可能存在塑性区,低温使塑性区向地层延伸更容易导致井壁失稳。塑性区的形成不仅取决于水平地应力,而且与垂向地应力有关。通常致密砂岩气藏埋藏较深,垂向应力影响大,其弹塑性分析需考虑三维主应力的影响。     

非均匀地应力场下水合物储层水平井井周塑性区分布

为研究非均匀地应力场下水合物储层水平井井周塑性区分布,首先,考虑温度变化、渗流作用和水合物分解作用的影响,结合岩石塑性屈服准则,建立了井周塑性区分布分析模型;其次,求解了井周塑性区域的分布;最后,分析了地质因素和工程因素对井周塑性区域形状和面积的影响.研究结果表明:非均匀地应力场中井周塑性区形状更复杂,可能出现椭圆形、...     

裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征分析

为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征,基于等效平面裂缝思想和PKN模型,建立裂缝性地层水力裂缝延伸数学模型及求解方法。模拟计算表明:水力裂缝沿天然裂缝转向延伸时,缝宽在转向延伸段明显减小,在延伸路径上表现为非连续变化特征;受转向延伸段缝宽减小对流体流动的节流作用,转向延伸段的流体压力梯度增大,导致井底施工压力升高;水力裂缝沿天然裂缝转向延伸距离越长或转向延伸次数越多,则井底施工压力上升幅度越大。本文模型为分析裂缝性地层水力裂缝非平面延伸特征提供了手段,为裂缝性地层水力压裂工艺参数设计提供了理论依据。     

水平井泡沫携砾石充填数值模拟

在进行疏松砂岩水平井砾石充填完井过程中,以往均采用牛顿流体作为携砂液。泡沫流体作为非牛顿流体,比牛顿流体具有更好的携带性能,并且具有低滤失性。针对水平井砾石充填作业发生提前堵塞和携砂液进入地层问题,借鉴水平管流的固液两相流动机制,建立水平井泡沫携砾石充填两层数学模型,并且对泡沫在水平井中流动的摩阻系数进行讨论。对偏心率、砾石直径、砾石密度及泡沫干度对砾石充填效果的影响进行计算分析,并以充填效率、砂床高度及综合评价指标表征充填效果。结果表明:随偏心率增大,充填评价指标趋于增加,但增加的幅度较小;随砾石直径、砾石密度及泡沫干度的增加,充填指标趋于降低;泡沫作为携砂液进行砾石充填比牛顿流体具有更好的充填效果。     

地层孔隙压力变化对井壁稳定性的影响研究

受长期注采工程作业的影响,地层孔隙压力将发生大幅度波动,从而导致地层的岩石强度、地应力相对开采初期已发生较大变化,且横向分布更为复杂,进而诱发、加剧井壁失稳,井下复杂状况频发。理论与实验相结合研究了孔隙压力变化对砂岩地层岩石强度及地层坍塌压力的影响,结果表明：（1）岩石强度与地层孔隙压力呈负相关,随地层孔隙压力增大,地层岩石强度、弹性模量呈线性递减;（2）地层孔隙压力变化将影响调整井的井壁稳定状态,压裂、注水、注聚等工程作业导致井周地层孔隙压力增大,将加剧井眼失稳;而在一定限度内,油气的压力衰减式开采将降低地层坍塌压力,利于井眼保持稳定。     

多元热流体吞吐水平井热参数和加热半径计算

多元热流体吞吐已成为海上稠油的主要热采方式。为优化注入参数,对水平井井筒沿程热力参数和加热半径进行预测。考虑井筒流动与油层渗流的耦合,建立水平段井筒中多元热流体流动和换热的数学模型。计算多元热流体水平段沿程压力、干度和加热半径分布,分析气体含量、注入速度等因素的影响。结果表明:在注入过程中,水平段沿程压力和蒸汽干度逐渐下降,加热半径呈先下降后上升的"U"型变化;保持其他条件不变,适当降低非凝结气体含量、增大注入流量,有助于扩大加热范围。     

高压砾石充填防砂工艺参数优化设计方法研究

高压砾石充填防砂施工过程中砾石尺寸、携砂比、充填排量、携砂液黏度、筛管参数等是影响施工成败和防砂效果的主要因素.讨论了地层砂侵入砾石层的特性以及砾石层压降计算方法,用以评价其挡砂效果和对产能的影响;建立了砾石尺寸综合评价方法,用以优选最佳砾石尺寸;以水平射孔孔眼中砾石颗粒不发生沉积堵塞为目标,建立了给定携砂比、携砂液黏度条件下的最小临界排量计算方法,用以对施工参数进行组合优化设计;最后研究了绕丝筛管尺寸和管柱结构的设计.给出了一套高压砾石充填施工参数优化设计方法,用该方法对涩北气田涩49井进行了高压充填设计,施工后防砂效果较好,产能降低率11.6%,目前稳产在(4.7～5.0)×104m3/d.     

水平井自适应控水与砾石充填复合工艺试验

在易出砂地层水平井开发中,单独应用自适应调流控水筛管难以实现良好的防砂效果,需要研究一种自适应调流控水与砾石充填相结合的新型完井工艺。为此,对影响充填砾石运移的排量、砂比、冲筛比、漏失量、携砂液黏度等试验工艺参数进行设计优化。根据试验工艺参数设计结果,自主设计并搭建水平井自适应调流控水砾石充填的地面模拟试验装置,并开展两次水平井自适应调流控水砾石充填试验。试验结果表明,优选的低密度砾石,解决了充填排量受限的难题。在优选的充填参数条件下,充填效率达到100%。充填砾石的轴向渗流阻力远大于径向渗流阻力,可实现环空封隔器作用,充分发挥调流控水装置的控水稳油功能。最终得到合理的施工参数范围,为现场应用提供有效指导。     

页岩气水平井井壁裂缝起裂力学行为研究

为了弄清层状页岩各向异性对井壁裂缝起裂力学行为的影响,以四川盆地下志留系龙马溪页岩为研究对象,开展了不同角度下页岩单轴压缩和巴西劈裂实验,明确了页岩弹性和抗张强度各向异性特征,建立了考虑页岩各向异性的水平井井壁裂缝起裂力学模型,并分析了不同因素影响下井壁裂缝起裂规律。结果表明：弹性模量各向异性、地应力比值、抗张强度各向异性和孔隙压力对裂缝起裂压力影响显著,而泊松比各向异性影响较小;弹性模量各向异性、地应力比值对裂缝起裂位置和起裂倾角影响显著,而泊松比各向异性、抗张强度各向异性和孔隙压力的影响较小;井壁裂缝起裂力学行为与井眼方位密切相关,当井眼方位靠近最大或最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较小;当井眼方位同时远离最大和最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较大。研究结果可为页岩气水平井钻井井漏预防和水力压裂设计提供理论依据和参考。     

基于尖点位移突变模型的井壁稳定性分析

引入基于广义Hoek-Brown准则的有限元强度折减法,考虑井壁不同位置的水平方向位移与强度折减系数的非唯一相关性,以及井壁失稳破坏时岩体变形的瞬时突变性,建立了井壁最大水平方向位移与强度折减系数的井壁稳定性尖点位移突变模型。利用上述模型研究了井眼直径与井筒压力对井壁稳定性影响规律,结果表明,随着井眼直径的增加,井壁稳定性安全系数降低速度越快;随着井筒压力的增大,井壁稳定性安全系数增加速度越快。     

滑套固井压裂起裂压力及影响因素

起裂压力高是滑套固井压裂面临的主要问题。根据滑套固井压裂的特征,建立地应力条件下滑套固井压裂计算模型,运用有限元法及岩石抗拉强度准则计算起裂压力,通过长庆油田桃X井的实例进行验证。结果表明:水平地应力差及端口方位角是滑套固井压裂起裂压力的主要影响因素,随着水平地应力差的增大,起裂压力降低,端口方位角增大时,起裂压力增大;地层岩石的弹性模量对起裂压力有较大影响,随着地层岩石弹性模量的增大,起裂压力增大;水泥环厚度对起裂压力的影响规律与水泥环和地层的弹性模量有关,当地层弹性模量大于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而减小,当地层弹性模量小于水泥环弹性模量时,起裂压力随水泥环厚度的增大而增大。     

基于3DEC离散元的煤层井壁稳定性

为了准确了解煤岩井壁稳定性及坍塌规律,基于3DEC离散元软件,完成了对煤层井壁稳定的仿真模拟分析,验证了3DEC离散元软件应用于煤岩井壁稳定研究的可行性和相对于弹性力学连续性介质理论的优越性。考虑到简化计算和边界效应,物理模型采用内外双重建模;为更好地反映煤岩井周割理情况,内层模型采用离散型裂隙网络(discrete fracture network,DFN)技术。通过与不考虑割理面的弹性力学连续介质模型对比,验证了割理发育对煤岩井壁稳定的影响;通过位移云图来评价煤岩直井和水平井的井壁稳定性和垮塌掉落情况,且三维模型直观地展示了井壁失稳过程;完成了有效液柱压力、割理和井眼走向对煤岩井壁稳定的影响分析,得出结论:随着有效液柱压力的增大,井壁稳定性越来越强;割理尺寸、密度和产状的情况对井壁稳定仿真模拟影响巨大,模拟前应充分统计割理分布情况;在所设条件下,沿最大水平主地应力方向的水平井较直井更加稳定。