定面射孔井應(yīng)力分布及井筒破裂研究.pdf

1、定面射孔作為低滲透油氣田開(kāi)采中的一項(xiàng)重要工藝技術(shù)近年得到了快速發(fā)展，深入研究定面射孔參數(shù)影響水力裂縫擴(kuò)展的力學(xué)機(jī)制對(duì)完善該工藝技術(shù)具有重要的理論與工程價(jià)值。受儲(chǔ)層巖石特性、地應(yīng)力分布、井筒結(jié)構(gòu)、天然裂縫及流體等因素影響，近井筒區(qū)域結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布極為復(fù)雜。本文結(jié)合數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方法，研究了定面射孔參數(shù)變化條件下的井筒應(yīng)力分布與損傷破裂問(wèn)題，主要工作包括：
　　1.通過(guò)對(duì)近井筒巖層結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化，建立了儲(chǔ)層水力壓裂裂縫起裂參數(shù)（起裂

2、壓力及起裂角）優(yōu)化力學(xué)模型，研究了地層構(gòu)造應(yīng)力變化對(duì)圍巖裂縫起裂和擴(kuò)展形態(tài)的影響。
　　2.通過(guò)數(shù)值模擬方法，定量分析了水平井定面射孔參數(shù)（射孔相位角及射孔傾角）對(duì)圍巖應(yīng)力分布的影響，為計(jì)算水平井筒破裂壓力、裂縫起裂方位角及射孔參數(shù)的優(yōu)化提供了重要的依據(jù)。研究表明隨著射孔相位角的增大，射孔之間應(yīng)力疊加作用逐漸減弱，造成圍巖裂縫起裂壓力的逐漸增加，但由于射孔面面積的增大將使得定面射孔對(duì)裂縫擴(kuò)展方向的控制性增強(qiáng)。在射孔相位角固定情況下

3、，當(dāng)射角逐漸增大時(shí)，圍巖起裂壓力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，在射角為25°時(shí)圍巖起裂壓力達(dá)到最小值。
　　3.基于巖石彈塑性損傷模型描述近井筒巖層的損傷，分析了定面射孔相位角及射孔傾角參數(shù)對(duì)水平井圍巖損傷破裂形態(tài)的影響。研究表明在不同應(yīng)力分布情況下，圍巖均從中間射孔處起裂，并且其起裂位置為射孔根部、射孔與井筒軸線(xiàn)組成平面與射孔圍巖相交位置處，隨著注液的進(jìn)行，裂縫將逐漸發(fā)生偏轉(zhuǎn)與兩側(cè)射孔形成的裂縫連接貫通形成與井筒軸向垂直的裂縫面。隨著

4、射孔相位角的增大，三個(gè)射孔表面損傷分布區(qū)域均呈逐漸減小趨勢(shì)，這是由于隨著射孔相位角的增大，射孔之間的應(yīng)力疊加作用逐漸減弱。在射孔相位角固定情況下，隨著射孔射角的增大，井筒圍巖損傷程度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。
　　4.通過(guò)大尺寸真三軸巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，開(kāi)展了直井定面射孔水力壓裂物理模擬試驗(yàn)，利用測(cè)定射孔破裂壓力及掃描的壓裂裂縫斷面，通過(guò)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比分析定面射孔參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層初始破裂壓力及破裂形態(tài)的影響。研究表明較小的相位角會(huì)使得射