蠕变地层套管等效破坏载荷分析

蠕变地层套管损坏的主要原因是套管外壁受到蠕变地层的非均匀载荷作用，套管本体抵抗非均匀载荷能力远远低于套管抗挤强度而产生缩径变形。通过分析蠕变地层套管非均匀载荷的分布形式，并考虑在该非均匀载荷作用下套管的强度特征及固井水泥环力学性能对套管抗非均匀载荷影响的基础上，采用有限单元法，分析了蠕变地层套管本体、固井套管组合体的等效破坏载荷。结果表明，非均匀载荷作用下套管的抗载能力迅速下降，提高固井水泥性能，切实保证固井质量将显著提高套管抵抗非均匀载荷的能力。     

页岩储层水平井分段压裂裂缝间距设计方法及影响因素分析

水平井分段压裂技术在页岩储层中广泛应用。多级裂缝间的相互作用对裂缝周围的应力转向有很大的影响,如何优化裂缝间距是一个亟待解决的关键问题。以KGD水力裂缝模型为基础,建立了水力裂缝周围诱导应力场的计算模型和分段压裂裂缝周围复合应力场的计算模型。以水平最大主应力的偏转角、分段压裂段数极限、压裂井段总长度为判断依据,形成了水平井分段压裂裂缝间距设计方法。实例计算表明:裂缝间距与裂缝半长、原水平主应力差、裂缝内压有一定关系;在顺序分段压裂中,后压裂的裂缝间距应大于之前的裂缝间距。     

高倾斜地层储层压力下降对储层及上部盐层套管等效应力的影响研究

储层压力下降引起的地层压实会导致上部盐层变形,再加上地层倾斜的影响,进一步加剧了盐层套管的损坏。针对这一技术难题,采用FLAC3D有限差分软件建立了上部盐岩、下部储层的套管-水泥环-倾斜地层三维模型,研究了不同倾角地层储层压力下降对储层及上部盐层套管等效应力的影响。得出以下结论:由于分界面处岩性变化,导致界面附近套管等效应力变化剧烈;分界面以上(含盐层)套管等效应力大于分界面以下(含储层)套管等效应力;储层压力下降幅度一定,套管等效应力随地层倾角的增加而增加;地层倾角一定,随着储层压力下降幅度增加,当下降幅度低于20%时,套管等效应力增加缓慢;下降幅度超过20%,套管等效应力增加剧烈。将该方法应用于中国西部某油田db204井盐下储层压力衰竭分析,完善了盐层套管设计理论,为盐层井筒完整性提供了有力的保障。     

火山岩力学特性试验研究

对取自松南气田营城组的流纹岩和凝灰岩开展室内岩石力学试验研究,得到了流纹岩不同亚相和凝灰岩在不同围压下的应力-应变曲线;在此基础上分析火山岩变形破坏的特征。火山岩的CT图像显示,随着流纹岩亚相的变化,岩石内的孔隙和微裂纹发育程度发生变化,上部亚相气孔较发育、中部亚相次之、下部亚相气孔发育较少。试验结果表明上部亚相、中部亚相和下部亚相的单轴抗压强度、弹性模量依次增大。凝灰岩在围压下的岩石力学特性遵循脆性岩石的普遍规律;但是由于非均质性、各向异性的影响,凝灰岩的抗压强度和弹性模量随着围压的增大出现波动。流纹岩在单轴条件下表现为沿轴向的劈裂破坏;凝灰岩在围压下的微裂纹起裂方向与轴向存在夹角,最终形成与轴向存在一定夹角的宏观破坏面。火山岩在压缩破坏过程中所产生的应变很小;而且岩石强度和弹性模量较高,这会造成水力压裂过程中的破裂压力梯度高,难以形成裂缝。     

盐间非砂岩地层支撑裂缝长期导流能力实验研究

盐间非砂岩地层是强度较低、塑性变形量大、流变性强的储层,如果支撑剂选择不当,支撑剂嵌入将很严重,支撑裂缝的长期导流能力将损失巨大.运用FCES-100裂缝导流仪,模拟盐间非砂岩地层的温度与闭合应力条件,采用3种支撑剂、2种铺砂浓度,进行了盐间非砂岩地层岩石的支撑裂缝长期导流能力实验.发现:盐间非砂岩地层的支撑剂嵌入问题较严重,有必要使用高铺砂浓度、优质以及大粒径的支撑剂,以获得更高的支撑裂缝长期导流能力.根据实验结果回归出了在70℃、20MPa闭合压力情况下,支撑裂缝导流能力随时间变化的关系式,可以用其来预测盐间非砂岩地层中支撑裂缝导流能力的衰减趋势,对现场压裂有一定指导意义.     

SAGD井微压裂储层渗透率变化规律研究

对超稠油SAGD井储层进行微压裂能够快速建立上下水平井连通,提高启动效率。为了掌握微压裂储层渗透率演变规律及评价微压裂效果,通过实验获取了新疆风城不同物性油砂储层的孔渗参数,研究了油砂的孔隙体积、各向异性及温度对渗透率的影响。实验结果表明,无论是原位还是剪切扩容后的状态,风城陆相油砂的绝对渗透率及水的有效渗透率随孔隙度或体应变的变化均遵从Kozeny Carman或Kozeny Poiseuille方程;同时,该油砂绝对渗透率为水平方向大于垂直方向,而水的有效渗透率则为垂直方向大于水平方向。同时,微压裂的注液温度对水的有效渗透率的影响可以忽略。在此基础上从机理出发探讨了微压裂和注蒸汽循环阶段的渗流差异,进一步运用有限元模拟手段,通过案例计算证实了微压裂模拟过程应采用水的有效渗透率。     

缝网页岩储层非线性耦合渗流模型研究

页岩气藏裂缝发育,流体渗流机理复杂,认识流体在缝网页岩储层中的流动规律是准确评价气藏产能的关键科学问题.本文建立多重连续/离散裂缝模型描述水力压裂后的页岩储渗空间,建立了综合考虑吸附气非线性非平衡解吸附、表面扩散,自由气黏性流和Knudsen扩散机理的非线性耦合渗流数学模型.模型认为吸附气在有机质表面发生表面扩散,并与无机质基质孔之间发生非平衡解吸附,无机质基质孔内存在黏性流和努森扩散,而天然裂缝和压裂形成的水力裂缝内只有黏性流.通过压裂水平井的数值模拟结果,揭示了缝网页岩储层中吸附气净解吸附速率的时空演变规律,发现了最大净解吸附速率由缝网逐渐向基质扩散的现象.通过多重压力系统分析,发现了裂缝中自由气、基质无机质孔隙中自由气、有机质中吸附气依次滞后的浓度扩散现象;通过对天然裂缝渗流场的分析,发现离散缝网区域包络线外的流动形式随时间依次出现:椭圆径向流、线性流和缝间干扰产生的非线性流.本文研究揭示了缝网页岩储层的渗流机理,为页岩气藏的开发提供了科学基础.     

基于Solidworks的水力裂缝三维重构

水力压裂室内模拟实验可以有效地模拟现场压裂过程,是认识水力裂缝扩展规律的有效途径。目前真三轴压裂实验中采用的岩样一般为立方体水泥块,在实验之后通过剖开岩样可以观察裂缝的扩展形态。但是岩样在剖开之后却变得支离破碎,不易直观地展现裂缝之间的相互关系;而且破碎岩样所呈现的抽象形态也很难用照片或者文字来记录。基于这些原因,通过Solidworks软件,利用软件中的"曲面放样"、"拉伸基体"等功能,对破碎岩样中的水力裂缝进行了三维重构。重构之后,岩样中的水力裂缝能够直观地在三维空间中展现出来,方便工作人员从各个角度对裂缝进行研究。而且这种重构方法步骤简单、易于操作,对于大批量、重复性的室内模拟实验,可作为一种记录水力裂缝形态的有效工具,为工作人员在实验后期对各组裂缝做进一步的对比分析提供便利。     

蠕变地层套管等效破坏载荷分析

蠕变地层套管损坏的主要原因是套管外壁受到蠕变地层的非均匀载荷作用,套管本体抵抗非均匀载荷能力远远低于套管抗挤强度而产生缩径变形.通过分析蠕变地层套管非均匀载荷的分布形式,并考虑在该非均匀载荷作用下套管的强度特征及固井水泥环力学性能对套管抗非均匀载荷影响的基础上,采用有限单元法,分析了蠕变地层套管本体、固井套管组合体的等效破坏载荷.结果表明,非均匀载荷作用下套管的抗载能力迅速下降,提高固井水泥性能,切实保证固井质量将显著提高套管抵抗非均匀载荷的能力.     

深部盐膏岩地层套管磨损后等效应力分析

针对盐膏层蠕变和套管磨损联合作用下套管变形破坏的关键技术难题,结合室内盐岩蠕变试验,确定盐膏岩的蠕变参数,考虑盐膏层蠕变的影响,研究深部盐膏层非均匀地应力条件下蠕变、磨损程度、磨损位置对套管等效应力的影响.结果表明:蠕变在一定程度上降低了磨损套管抵抗外部载荷的能力,套管等效应力的非均匀性增强;随着蠕变时间的增加,套管等效应力逐渐增加,在1 a左右达到平衡;套管磨损越深,套管的等效应力越大且非均匀性越强;磨损位置明显改变了套管等效应力的分布规律,沿最小地应力方位磨损时,套管等效应力最大,最容易屈服;磨损位置不同时,只有当磨损程度较小时套管最大等效应力才出现在水平最小地应力方位;沿0°方向磨损时,只有当磨损程度较小时才会有“套管最大等效应力随磨损程度变化不大”的结论.