分支井连接井段井壁破坏特性分析

目前，分支井井眼连接井段失效问题是分支井技术面临的新的挑战，因为这可能导致井眼报废而无法达到预期的目的，因此，针对分支井分支处连接段井壁力学特性，首次研究了分支连接处的应力分布和破坏规律，应用有限元法模拟了造斜半径和造斜方位对连接段井壁应力分布和破坏的影响，以及连接处破坏的程度及变化规律；同时总结出连接井段井眼最稳定时的最佳分支造斜方位是沿着最大水平主应力方向。     

径向井立体压裂裂缝扩展数值模拟

基于有限元-无网格法，考虑压裂液流动与岩石基质变形的耦合作用，建立了径向井压裂裂缝扩展数值模型，模拟了径向井压裂裂缝形态，定量表征了径向井对裂缝的诱导作用，揭示了方位夹角、水平主应力差与岩石基质渗透率等对裂缝形态演化的影响机制。研究表明，同层双分支径向井压裂时径向井间存在挤压作用，当径向井沿最小水平主应力方向对称分布且方位夹角大于15°时，挤压作用减小了径向井的裂缝引导长度，当径向井沿最大水平主应力方向对称分布时，挤压作用增大了径向井的裂缝引导长度。裂缝形态由径向井的纠偏作用、径向井间的挤压作用与最大水平主应力的偏转作用共同控制。当径向井沿最小水平主应力方向对称分布时，径向井的裂缝引导长度随着方位夹角的增大逐渐减小，当径向井沿最大水平主应力方向对称分布时，径向井的裂缝引导长度随着方位夹角的增大先减小后增大。径向井的裂缝引导长度随水平主应力差的增大而减小。岩石基质渗透率增大，径向井周围基质的孔隙压力增大，对裂缝的诱导作用增强。     

准噶尔盆地准东区块大位移井造斜段井壁失稳机理研究

根据井壁稳定的岩石力学机理和有效应力理论,分析了大位移井井周的应力分布规律,建立了大位移井井壁稳定的力学模型,并根据库仑-摩尔强度准则判断造斜段各点的稳定性。对新疆准噶尔盆地准东区块的实际资料进行了水平井造斜段稳定性研究,研究结果表明,该区块的垂向应力为第一主地应力,3主应力差值相差
较小,同时该口井的造斜段各点井壁稳定性较好,造斜段比较稳定,不易发生坍塌。     

多分支井连接段有限元流固耦合建模与分析

侧钻分支井会对原有地层应力造成扰动,改变2个分支之间连接段的应力分布。以岩石力学为基础,考虑了各向异性的地层应力以及稳态达西渗流的影响,建立了连接段的流固耦合模型。通过对所建模型的计算得出侧钻扰动后连接段附近的应力、位移和渗流场分布规律;采用摩尔-库仑准则图形化了连接段井壁的破坏情况,并且分析了模型中各种几何参数对连接段井壁稳定性的影响。分析结果表明,由所建模型得出的井壁破坏图可以正确地预测井眼周围哪些区域会出现井壁失稳现象;改变分支井眼直径对改善分支井连接段的应力集中作用不大,对连接段的力学稳定性影响很小。     

热采水平井近井地应力分布及影响因素分析

水平井近井地应力分布规律是疏松砂岩热采水平井井壁稳定性分析、出砂预测的基本条件。综合考虑原始地层主应力、注汽温度效应、井壁渗透性及注入压力、井下管柱外挤等多种因素,建立了热采水平井近井地应力预测的基本模型。模拟计算表明,井周角和井底流压变化对近井地层轴向应力的影响较小。随着水平井井眼与原始最大水平主应力方向的夹角增大,轴向应力减小。在r10rw范围内,井底流压对地层周向应力和径向应力的影响较大,随着井底流压的上升,径向应力增大,周向应力减小;r5rw范围内温度对地层应力的影响剧烈,超过该半径范围后温度对水平井近井地应力的敏感性减弱。模型预测结果大于常规模型的预测结果,能从应力角度说明热采水平井井壁稳定性变差、出砂加剧的根本原因,研究成果对指导热采水平井井壁稳定性分析、制定合理的工作制度有重要意义。     

沁水盆地煤层气井坍塌压力预测

针对煤层气井井壁稳定问题,应用力学分析方法从井壁应力分布入手,根据斜井井壁稳定力学模型,分别结合Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则,建立水平井筒井壁坍塌压力计算公式。应用所建立的公式对沁水3#煤层羽状水平井坍塌压力进行了预测。计算结果表明,井眼沿最大水平主应力方向时,坍塌压力为负值,这种情况下煤层气井不会坍塌,井眼稳定;当井眼沿最小主应力方向时,坍塌压力高于或者略低于地层压力,说明煤层羽状井眼不稳定,会产生煤粉;当井眼介于最大和最小水平主应力之间时,其坍塌压力在所计算的两个压力之间。     

井斜对压裂裂缝方位预测的影响

利用弹性力学方法从理论上分析了直井井壁周转地应力的分布特征，对由于地应力及井斜所造成的钻具对井壁的不均匀摩擦力及对井壁周向应力的影响进行了理论研究，并运用油田实际资料阐述了井斜对崩落椭圆方位的影响。提出了预测油层压裂裂缝的方向的方法。     

地应力类型影响定向井井壁稳定的规律

定向井井周应力状态和井壁稳定性规律与直井有着明显的差别,开展地应力类型对定向井井壁稳定性的影响规律研究,对定向井井眼轨迹设计具有一定的指导作用。为此,根据正常、走滑和反转三种地应力类型,深入分析了定向井井斜角和井眼方位对井壁坍塌破坏的影响规律。结果表明：①随着井斜角的增加,正常和反转地应力类型的井壁稳定性逐渐变差,即直井比定向井或水平井井壁稳定性更好;②随着井斜角的增加,走滑地应力类型的井壁稳定性逐渐增强,即水平井井壁稳定性最好;③定向井钻井或完井过程中,井壁稳定的最优钻井方位与最大水平地应力方向的夹角按正常地应力、走滑地应力和反转地应力类型依次为90°、45°和0°。     

成像测井技术在车镇凹陷地应力研究中的应用

根据成像测井和偶极声波测井资料,研究了车镇凹陷的地应力。研究表明,电成像图解释的钻井诱导缝走向与最大水平主应力方向一致,井壁崩落方向和崩落椭圆井眼长轴方位指示最小水平主应力方向,偶极声波横波各向异性成像图的快横波方位指示最大水平主应力方向。根据5口井成像测井和偶极声波测井解释成果,编制了钻井诱导缝井壁崩落和快横波方位指示的最大水平主应力方位频率图,其优势方位表明,车66井区现今最大水平主应力.方向为北西西-南东东向,与井区周围盆倾断层走向基本一致,反映了地应力场的继承性。     

气体钻井椭圆井眼应力分布规律研究

利用复变函数方法对椭圆井眼井壁附近岩石的应力分布模型进行求解,研究了气体钻井条件下椭圆
井眼的扩径机理。结果表明,在气体钻井过程中椭圆井眼井壁岩石受到周向应力影响较大,受到的径向应力和切
向应力影响较小。在最小水平主应力方向上椭圆井眼附近岩石受到的周向应力最大,径向应力最小;在最大水平
主应力方向上椭圆井眼附近岩石受到的周向应力最小,并且井眼附近岩石受到的切向应力状态发生改变,由压缩
状态变为拉伸状态;径向应力在井眼一定范围内保持最大值。此外,随着椭圆长短轴之比变大,最小水平主应力方
向上椭圆井壁处的周向应力快速变大,井壁处应力集中加剧,最大水平主应力方向上周向应力快速变小,井壁处应
力集中减弱。     

水平井内套管柱下入过程的数值模拟

利用有限元软件建立了水平井中弯曲井眼段套管柱下入的力学模型,动态模拟了水平井眼造斜段内套管柱的下入过程,并对套管柱在下入过程中的受力情况进行了分析。结果表明,套管柱进入弯曲段后,最大等效应力首先发生在套管柱的底部,随着套管柱下入深度的增加,套管上的等效应力值不断变化,同时套管柱在下入过程中会发生塑性变形。下入过程中,由于套管的弯曲和阻力作用会促使套管与井壁呈交错接触状态。大曲率井眼中管柱下井所需的下入力比小曲率井中所需的下入力要大,这与实际的管柱下入过程相吻合。井眼的摩阻条件对套管的安全下入有较大影响,光滑的井眼条件产生的摩阻力更小,更加有利于套管柱的下入。     

煤层分支水平井井眼稳定性模拟研究

应用分支水平井技术开发煤岩气藏，具有单井产量高、采出程度高、经济效益好的优势。如何保证分支连接处的力学完整性、水力完整性和再进入能力，是煤层分支水平井顺利实施的关键技术。根据煤岩力学性质特征，运用有限元力学理论建立了数值模拟模型，对煤层分支水平井的井眼稳定性进行了分析。结果表明，分支水平井在井眼连接段出现应力集中；分支井眼与主井眼夹角为15°时，随压差的增大该处应力集中更加严重，同时连接井段随着井筒压差的增大有发生失效破坏的可能性。通过对比夹角为60°和15°时的结果得出，夹角增大有利于井眼稳定。该认识对于煤层气井的保护储层钻井、完井和生产设计具有重要意义，可进一步推广应用。     

广安002-Z2鱼刺状多级分支水平井钻井技术

广安002-Z2是一口4井眼、2分支鱼刺井,在主井眼采用斜向器侧钻第1分支井,在第1分支井中采用悬空裸眼侧钻第2分支井,主导眼采用筛管完井,分支井采用裸眼完井。在斜向器回收未成功的情况下,采用绕障钻通主导眼实现压力连通。该井成功采用多种侧钻技术顺利完钻,累计水平段长达2031.71m,钻遇3个储层,大大地增加了天然气产量。该技术具有广阔的推广应用价值。     

双弯螺杆降斜时的钻柱强度分析

在浅层水平井钻进过程中,由于油层浅,造斜段相对较短,如果实钻轨迹偏差较大,就没有了纠正的余地。因此在实际的设计或施工中,若造斜率过大,需短程反向安放双弯螺杆钻具降低造斜率。文中以固体力学有限元理论为基础,建立了弯曲井眼中,反向安装双弯螺杆钻具的有限元力学模型,用此模型分析了下部钻具组合的应力场,并对反向安装的双弯螺杆钻具组合的强度进行了评价。现场应用表明,该分析方法的结论是合理的,能够用来指导现场。     

旋转导向系统在彭页HF-1井的应用

由于彭页HF-1井在钻进过程中钻速仅在2.62 m/h左右,同时井眼轨迹难以控制,最大井斜角达到16°,采用螺杆钻具纠斜效果仍不明显,这些都给该井的施工带来困难,所以决定采用哈里伯顿旋转导向技术。为此介绍了EZ-Pilot旋转导向系统的结构、性能及其优点,基于其在彭页HF-1井的应用情况,分析了其应用效果。现场应用情况表明,采用EZ-Pilot旋转导向系统解决了传统导向造斜工具施工长水平段水平井时存在的摩阻大、井眼清洁度低的问题,满足该井钻完井施工作业要求。在机械钻速、井眼质量等方面,旋转导向系统都表现出良好的性能,其机械钻速要明显高于螺杆钻具,特别是在水平井段这种优势更明显,同时井眼的狗腿度每30 m仅在6°以内,保证了井眼的光滑。     

定向射孔水力压裂复杂裂缝形态

在岩石力学试验测试和现场资料解释的基础上,建立了三维弹塑性有限元模型,通过大量计算研究了定向射孔水力裂缝形态的影响因素.研究结果表明,定向射孔水力裂缝起裂主要受相邻射孔之间应力干扰的影响,而影响定向射孔水力裂缝形态的主要因素为定向射孔方向与最大地应力方位的夹角和水平应力差.水力裂缝不一定沿着定向射孔的方位起裂;定向射孔形成的水力初始裂缝一般为锯齿状;在水平应力差和射孔夹角较大的情况下,容易形成由定向射孔和最大地应力方位起始的双裂缝.提高地应力测试和定向射孔的精度可以有效避免复杂形态水力裂缝的产生.图7参13     

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侧钻井储层伤害评价是后期完井作业和增产措施的一项重要的设计依据,也是评价前期侧钻井造成井底伤害的一项重要指标,因而评价侧钻井对油层的伤害研究是油田急需解决的一项课题。从渗流角度讲,侧钻井是水平井渗流的一种近似,因此不能沿用裸眼井复合油藏试井模型。本研究从考虑广泛的侧钻井完井方法入手,建立侧钻井对砂岩储层伤害的不稳定渗流数学物理模型,采用比差分法和有限元法更节时、省力的边界元数值方法求解,然后合理组合相关参数团,绘制标准图版,从而计算出侧钻井引起的表皮系数和污染半径,评价侧钻井对储层的伤害。     

储层溶洞对地应力分布的影响

碳酸盐岩储层大多发育溶洞,溶洞会影响附近的应力分布,而在储层压裂改造过程中,应力状态会影响水力裂缝的起裂与扩展。本文研究基于有限元软件ABAQUS建立溶洞附近应力场分析模型,研究椭圆形溶洞的长轴与最大水平主应力方向夹角对溶洞附近应力场分布的影响。研究结果表明,在溶洞附近,最大水平主应力方向趋于与溶洞壁面轮廓相切或平行,最小水平主应力方向趋于与溶洞轮廓边缘切线正交,自然条件下水力裂缝不能沟通溶洞;在椭圆形溶洞长轴方向上,最大水平主应力和最小水平主应力均大于原始水平主应力,在椭圆形溶洞短轴方向上,最大水平主应力和最小水平主应力均小于原始应力,且随着与溶洞距离的增加,水平主应力逐渐恢复至原始状态,研究结果对现场压裂施工具有重要的指导意义。     

?139.7mm套管开窗侧钻水平井定向钻井技术

官50-9KH井是目前国内第一口独立设计、独立施工完成的在?139.7mm套管内开窗侧钻的小井眼侧钻水平井。重点介绍了斜向器开窗工艺技术,并指出了段铣开窗工艺的不足。经多次调整钻井参数,最终在?118mm井眼完成水平井段长度138.83m,钻穿油层136.83m,最大井斜角88.8°,井底闭合方位231.08°,水平最大偏离设计线2.1m,水平段最大垂深偏差0.66m。指出了施工中遇到的10个问题,并得出在?139.7mm套管内使用斜向器开窗优于段铣开窗的结论。