套損井修復(fù)壓裂過程力學分析及其應(yīng)用.pdf

1、在世界范圍內(nèi),隨著油田的不斷開采,套損現(xiàn)象日趨嚴重,直接影響著油田的原油生產(chǎn).國內(nèi)外經(jīng)過十幾年的研究,在套損井的治理方面,已經(jīng)形成了一系列套損井修復(fù)工藝和檢測技術(shù),但套損井修復(fù)后的再生產(chǎn)周期并不能達到預(yù)期的效果,特別是經(jīng)過機械整形后套管,還沒有進行壓裂改造方面的理論研究和工程先例.為此,本文在全面分析套損井現(xiàn)狀、套損原因和機理、套損類型、套損井檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上,著重研究了套損井修復(fù)壓裂過程中套管、水泥環(huán)和地層的力學特性,為套損井修復(fù)壓裂

2、設(shè)計和現(xiàn)場實驗提供了理論依據(jù),最終建立了一套適合于大慶油田套損井修壓聯(lián)作工藝,突破了套損井修復(fù)后不能實施壓裂的技術(shù)禁區(qū).本文從以下5個方面開展了研究: 第一,針對套損前套管與水泥環(huán)的工作狀態(tài),建立了套管水泥環(huán)應(yīng)力應(yīng)變模型,確立了套管和水泥環(huán)破壞準則,推導了套管在軸向拉伸和外擠雙軸應(yīng)力下的極限外壓計算公式,為套管強度和水泥環(huán)破壞評價提供了計算方法. 第二,針對套變后的井下工作狀態(tài),根據(jù)有限元理論,應(yīng)用功能強大的ABAQUS

3、工程模擬軟件,研究了套變后水泥環(huán)及地層的破壞范圍,當套管錯斷時水泥環(huán)在套變處大約上下1.0m范圍內(nèi)完全破壞,而地層滑移變形時水泥環(huán)在套變處大約上下0.5～0.8m范圍內(nèi)完全破壞,水泥環(huán)周圍大約1.0m～1.5m的巖層也將出現(xiàn)破壞. 第三,針對碾壓整形過程中工作狀態(tài),建立了碾壓整形的力學模型,提出了最小鉆壓的概念,并推導了計算公式；根據(jù)應(yīng)變協(xié)調(diào)條件建立了第一膠結(jié)面、第二膠結(jié)面的損傷破壞判據(jù)；根據(jù)水泥材料的損傷力學理論,計算了第一膠

4、結(jié)面和第二膠結(jié)面損傷破壞后的殘余承載力；通過算例驗證了理論方法的正確性. 第四,針對沖擊整形工作狀態(tài),根據(jù)沖擊動力學和應(yīng)力波傳播理論,建立了沖擊整形系統(tǒng)力學模型,推導了應(yīng)力波在套管、水泥環(huán)及地層中傳播的衰減系數(shù),較為準確地描述了水泥環(huán)中的應(yīng)力分布； 通過應(yīng)力波在套管與水泥環(huán)膠結(jié)面上的折反射定律,結(jié)合損傷理論,建立了水泥環(huán)的損傷判據(jù),推導了沖擊力作用下套管的塑性變形計算公式；5口井的計算結(jié)果和實測結(jié)果平均相對誤差為2.45

5、﹪,驗證了沖擊整形力學模型的正確性.第五,建立了套損點到壓裂層的受力分析的有限元模型,在不采取保護工藝措施的情況下,保證層間不竄的理論最小套損點到壓裂層距離為3.5m,為成功實施壓裂和防止二次套變提供了理論依據(jù). 上述研究成果通過7口井的小規(guī)模實驗后,義進行了55口井現(xiàn)場試驗,通過壓前與壓后井徑對比測試、沖脹整形前后水泥膠結(jié)對比測試、壓裂前后水泥膠結(jié)對比測試,表明了研究成果的正確性和實用性,同時也取得了6461萬元的經(jīng)濟效益和良