考虑井筒加载历史的压裂过程中套管剪切变形数值模拟研究

• 作者: 李晓蓉 古臣旺 冯永存 丁泽晨
• 来源期刊: 石油科学通报
• 关键词: 体积压裂 断层滑移 套管剪切变形 全生命周期 井筒完整性
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 页码范围: 245-261
• 页数: 17页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2096-1693.2021.02.019

摘要

体积压裂技术作为致密油气开发的重要技术手段,在实现储层有效改造的同时,也可能带来套管变形失效的问题,其主要失效原因之一是水力压裂诱发的断层激活和界面滑移造成套管剪切变形和破坏.本文首先通过研究压裂液进入断层的不同模式,阐释了体积压裂诱发断层激活理论,为分析断层滑移量对套管变形的影响提供了理论依据.其次,本文建立了考虑水力压裂过程中断层滑动引起套管剪切变形的新模型,模型创新性地考虑了井筒全生命周期加载历史(钻井、下套管、注水泥、水泥浆固化、水力压裂)对套管变形的影响.最后,利用建立的模型,量化分析了不同工程和地质条件下(压裂液压力、断层倾角、裂缝长度、套管壁厚和水泥环弹性模量),断层滑移后套管内径的变化规律.结果表明,断层的滑动会对套管产生剪切作用从而产生套管缩径,导致套管发生屈服破坏.随着断层长度的增加,套管剪切变形程度也随之增大,当断层长度为80 m时,套管的缩径量达到11.95 mm.随着压裂液压力的不断增大,套管剪切变形程度也随之增大,当流体压力为80 MPa时,套管缩径量最大达到了9.94 mm.断层倾角在30°左右时,套管缩径量最大可达9.53 mm.增大套管的壁厚和水泥环的弹性模量,对套管缩径量的改善效果并不明显.因此,在井眼轨迹设计的过程中应尽量避免井眼穿越断层,压裂设计时应避开大尺寸断层区域;同时,应该合理设计压裂液的泵入速度,尽可能使其保持在较低的值,以降低流体压力.该研究所建立的考虑井筒加载历史的数值模型可以更加全面地解释页岩气井多阶段压裂过程中断层滑动后套管剪切变形情况,为工程作业提供指导意义.