定面射孔井應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采中的一項重要工藝技術近年得到了快速發(fā)展，深入研究定面射孔參數(shù)影響水力裂縫擴展的力學機制對完善該工藝技術具有重要的理論與工程價值。受儲層巖石特性、地應力分布、井筒結構、天然裂縫及流體等因素影響，近井筒區(qū)域結構應力分布極為復雜。本文結合數(shù)值分析與實驗模擬的方法，研究了定面射孔參數(shù)變化條件下的井筒應力分布與損傷破裂問題，主要工作包括：
　　1.通過對近井筒巖層結構模型簡化，建立了儲層水力壓裂裂縫起裂參數(shù)（起裂

2、壓力及起裂角）優(yōu)化力學模型，研究了地層構造應力變化對圍巖裂縫起裂和擴展形態(tài)的影響。
　　2.通過數(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）對圍巖應力分布的影響，為計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。研究表明隨著射孔相位角的增大，射孔之間應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裂縫擴展方向的控制性增強。在射孔相位角固定情況下

3、，當射角逐漸增大時，圍巖起裂壓力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在射角為25°時圍巖起裂壓力達到最小值。
　　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)對水平井圍巖損傷破裂形態(tài)的影響。研究表明在不同應力分布情況下，圍巖均從中間射孔處起裂，并且其起裂位置為射孔根部、射孔與井筒軸線組成平面與射孔圍巖相交位置處，隨著注液的進行，裂縫將逐漸發(fā)生偏轉與兩側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，三個射孔表面損傷分布區(qū)域均呈逐漸減小趨勢，這是由于隨著射孔相位角的增大，射孔之間的應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。
　　4.通過大尺寸真三軸巖石力學試驗系統(tǒng)，開展了直井定面射孔水力壓裂物理模擬試驗，利用測定射孔破裂壓力及掃描的壓裂裂縫斷面，通過與數(shù)值模擬結果對比分析定面射孔參數(shù)對儲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使得射