CN107100617A - 一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，包括以下步骤：1)准备实验装置；2)将模拟井筒支撑在支撑底座上，将模拟缺陷楔形体卡装在楔形孔中；3)将测试套管短接与模拟井筒连接，在后端盖上安装第一压力传感器；4)向下压紧模拟缺陷楔形体使其紧贴测试套管短接的外壁，通过缝隙将环形空腔注满水泥浆；5)将前防护盖和后防护盖移动至模拟井筒的前端和后端；6)在模拟缺陷楔形体小端安装第二压力传感器、温度传感器和第二注液管；7)启动第二注液泵，向模拟缺陷楔形体的空腔注入封闭液体；8)启动第一注液泵向测试套管短接内注入压裂液，测量测试套管短接内压力、空腔内压力和温度，待空腔内压力和温度稳定停止实验。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，属于油气开发技术领域。
背景技术
非常规致密油气(如页岩气、致密砂岩油/气)是典型的边际油气资源，最显著的特点是低孔、低渗、难动用，必须经过大规模压裂改造才能形成产能。然而，在体积压裂过程中，套管要承受巨大的流体内压和急剧的温变作用，尤其是在地应力较高的区域，施工泵压接近90MPa，套管变形损坏问题变得十分突出。中石油在四川盆地已完成长宁、威远两个页岩气区块100多井次压裂改造，其中水平井套管变形的比例高达33％，均发生在体积压裂过程中，导致后续施工不能顺利下入桥塞、钻磨桥塞，严重影响了页岩气的高效开发。
在我国常规油气开发中，套管损坏问题也比较普遍，一般认为，套管损坏有以下原因：①套管柱设计不合理，特别是在盐膏岩、泥页岩地层，设计载荷偏小；②射孔致使套管强度降低，加速了套管损坏；③套管的外腐蚀使套管穿孔造成内腐蚀，腐蚀使套管更易损坏；④油层出砂、固升质量、套管缺陷等使套管损坏；⑤开发方式不合理。在美国套损井主要发生在加州的贝尔利吉油田、威利斯顿油田、塞达克利克油田、小奈夫油田等。贝尔利吉油田在过去的20年己发现1000多口套损井；套损主要原因是70年代过量开采导致显著的地层压实，每年有100多口井发现套管损坏。套管损坏形式为轴向挤压和剪切。轴向挤压破坏是在生产期间引起的，而剪切破坏是在沉降区域边缘。利用上述传统套管损坏理论不能合理解释非常规致密储层水平井压裂过程中复杂工况下的管损坏问题，主要原因如下：①页岩气储层与盐膏地层、泥岩地层不同，短期内一般不考虑地层蠕变载荷；②套管的服役时间并不长，不会因外部腐蚀，内部冲蚀等因素降低其本体强度；③套管损坏并未发生在射孔段，与射孔引起套管强度降低关系不大；④区域还未进行油气开发，不存在地层压实沉降问题。
此外，目前很多学者认为是压裂过程中地层错动造成的套管损坏，但是，为什么同属于川渝强构造带的焦石坝地区(涪陵页岩气)压裂过程中未出现套管变形问题？部分压裂井，进行第一段压裂后，为什么水平段多处发生了套管变形？这些问题均不能利用地层错动观点解释。
综上所述，非常规致密储层水平井压裂过程中的管损坏原因有待于进一步探索，发明人基于工程实际，提出了水平段固井缺陷致使局部环空压力亏空，进而诱发套管变形的观点，并进行了相关理论分析(Wei Yan,2017,JPSE.150:22-29)，为了进一步证明该观点的合理性，发明人设计了一种模拟方法，具体涉及一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，以期从实验角度探索非常规致密储层压裂套管损坏的原因，为最终解决高应力地区非常规致密储层水平井压裂套管变形问题提供理论支撑。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，包括以下步骤：1)准备包括模拟井筒、测试套管短接、前端盖、后端盖、前防护盖、后防护盖、模拟缺陷楔形体、支撑底座的实验装置；其中，在模拟井筒的筒壁上设置有内口大、外口小的楔形孔，在模拟缺陷楔形体的大端设置有凹槽，模拟缺陷楔形体的外侧壁轮廓与楔形孔相匹配；2)将模拟井筒水平支撑在两个支撑底座上，将模拟缺陷楔形体从模拟井筒的内部卡装在楔形孔中，在模拟井筒的内表面和模拟缺陷楔形体的外表面喷涂脱模剂；3)将测试套管短接通过前端盖、后端盖与模拟井筒紧固连接，连接后的测试套管短接与模拟井筒之间形成环形空腔，同时模拟缺陷楔形体的凹槽与测试套管短接之间形成空腔；其中，在前端盖上安装有第一注液管，第一注液管的一端伸入测试套管短接的内部，另一端通过第一注液泵连接压裂液存储罐，在后端盖上安装有第一压力传感器，第一压力传感器的测量端伸入测试套管短接的内部；4)旋转模拟井筒，使模拟缺陷楔形体的小端朝上，向下压紧模拟缺陷楔形体使其紧贴测试套管短接的外壁，此时模拟缺陷楔形体与模拟井筒的楔形孔之间形成缝隙，通过缝隙将环形空腔注满水泥浆；5)待水泥浆凝固后，将前防护盖和后防护盖分别移动至模拟井筒的前端和后端，并分别罩住前端盖和后端盖；6)在模拟缺陷楔形体的小端安装第二压力传感器、温度传感器和第二注液管，第二压力传感器和温度传感器的测量端伸入空腔，第二注液管的一端与空腔连通，另一端通过第二注液泵连接完井液存储罐；第一压力传感器、第二压力传感器和温度传感器均与电脑控制终端电连接；7)启动第二注液泵，向模拟缺陷楔形体的空腔内注入恒定压力的封闭液体，然后旋转模拟井筒使模拟缺陷楔形体的小端朝下；8)启动第一注液泵向测试套管短接内注入压裂液至设计压力，并维持5-10分钟，实时测量测试套管短接的内压力、空腔的内压力和温度数据，并形成压力、温度曲线，待空腔的内压力和温度稳定后停止实验。
进一步地，所述第一注液泵采用高压注液泵，所述第二注液泵采用常压注液泵。
进一步地，所述模拟井筒采用金属圆筒，用于模拟水平井眼。
进一步地，所述测试套管短接前端通过螺纹与前端盖连接，后端通过螺纹与后端盖连接。
进一步地，在所述后端盖上安装有爆破阀和泄压丝堵，在所述第一注液管上安装有压力控制阀，在所述模拟缺陷楔形体的小端安装有泄压阀。
进一步地，所述模拟缺陷楔形体的凹槽边缘为弧形圆柱面，用于与所述测试套管短接的外表面紧密贴合。
进一步地，所述电脑控制终端还与第一注液泵、第二注液泵电连接，以对注液压力进行控制。
进一步地，在所述第一压力传感器导管上设置机械压力表，在所述第一注液管上设置机械压力表。
进一步地，在所述步骤5)中，所述前防护盖罩住所述前端盖后通过螺栓与前端盖连接，所述后防护盖罩住所述后端盖后通过螺栓与所述后端盖连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提出了一套包括模拟井筒、测试套管短接、前端盖、后端盖、前防护盖、后防护盖、模拟缺陷楔形体、支撑底座的实验装置，并基于该实验装置提出了一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，该方法能够较好地还原固井缺陷所诱发的套管变形的过程，由此能够为进一步探索非常规致密储层压裂套管损坏的原因提供数据基础和分析依据。2、本发明前、后防护盖分别分布在模拟井筒的前后两端并且罩住前、后端盖，由此在试验中可以起到安全屏蔽的作用，防止前、后端盖因高压而弹出，以及测试套管短接内的流体飞溅而出。3、本发明的电脑控制终端能够实时显示测试套管短接的内压力以及模拟缺陷楔形体空腔的内压力和温度参数，还可以控制两台注液泵的注液速率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提出了一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，包括以下步骤：
1)准备包括模拟井筒1、测试套管短接2、前端盖3、后端盖4、前防护盖5、后防护盖6、模拟缺陷楔形体7、支撑底座8的实验装置；其中，在模拟井筒1的筒壁上设置有内口大、外口小的楔形孔，在模拟缺陷楔形体7的大端设置有凹槽，模拟缺陷楔形体7的外侧壁轮廓与楔形孔相匹配。
2)将模拟井筒1水平支撑在两个支撑底座8上，将模拟缺陷楔形体7从模拟井筒1的内部卡装在楔形孔中，在模拟井筒1的内表面和模拟缺陷楔形体7的外表面喷涂脱模剂。
3)将测试套管短接2通过前端盖3、后端盖4与模拟井筒1紧固连接，连接后的测试套管短接2与模拟井筒1之间形成环形空腔9，同时模拟缺陷楔形体7的凹槽与测试套管短接1之间形成空腔10；其中，在前端盖3上安装有第一注液管15，第一注液管15的一端伸入测试套管短接2的内部，另一端通过第一注液泵17连接压裂液存储罐18，在后端盖4上安装有第一压力传感器11，第一压力传感器11的测量端伸入测试套管短接2的内部。
4)旋转模拟井筒1，使模拟缺陷楔形体7的小端朝上，向下压紧模拟缺陷楔形体7使其紧贴测试套管短接2的外壁，此时模拟缺陷楔形体7与模拟井筒1的楔形孔之间形成缝隙，通过缝隙将环形空腔9注满水泥浆。
5)待水泥浆凝固后，将前防护盖5和后防护盖6分别移动至模拟井筒1的前端和后端，并分别罩住前端盖3和后端盖4。
6)在模拟缺陷楔形体7的小端安装第二压力传感器12、温度传感器13和第二注液管16，第二压力传感器12和温度传感器13的测量端伸入空腔10，第二注液管16的一端与空腔10连通，另一端通过第二注液泵19连接完井液存储罐20；第一压力传感器11、第二压力传感器12和温度传感器13均与电脑控制终端14电连接。
7)启动第二注液泵19，向模拟缺陷楔形体7的空腔10内注入恒定压力的封闭液体，然后旋转模拟井筒1使模拟缺陷楔形体7的小端朝下。
8)启动第一注液泵17向测试套管短接2内注入压裂液至设计压力，并维持5-10分钟，实时测量测试套管短接3的内压力、空腔10的内压力和温度数据，并形成压力、温度曲线，待空腔10的内压力和温度稳定后停止实验。
上述步骤实现了对固井缺陷诱发套管变形模拟的过程，在进行上述模拟的基础上，可以进一步取出并记录测试套管短接的变形情况，结合压力、温度数据做进一步的套管变形分析。
上述实施例中，第一注液泵17采用高压注液泵，第二注液泵19采用常压注液泵。
上述实施例中，模拟井筒1采用金属圆筒，用于模拟水平井眼。
上述实施例中，测试套管短接2前端通过螺纹与前端盖3连接，后端通过螺纹与后端盖4连接。
上述实施例中，在后端盖3上安装有爆破阀22和泄压丝堵23，在第一注液管15上安装有压力控制阀24，在模拟缺陷楔形体7的小端安装有泄压阀26。
上述实施例中，模拟缺陷楔形体7的凹槽边缘为弧形圆柱面，用于与测试套管短接2的外表面紧密贴合。
上述实施例中，电脑控制终端14还可以与第一注液泵17、第二注液泵19电连接，以对注液压力进行控制。
上述实施例中，在第一压力传感器11的导管上设置机械压力表25，在注液管15上亦设置机械压力表25，便于直观对压力数值进行监控，机械压力表与(电子)压力传感器配合使用，可以提高系统压力检测的准确性。
上述实施例中，在步骤5)中，前防护盖5罩住前端盖3后通过螺栓27与前端盖3连接，后防护盖6罩住后端盖4后通过螺栓27与后端盖4连接。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，包括以下步骤：
1)准备包括模拟井筒、测试套管短接、前端盖、后端盖、前防护盖、后防护盖、模拟缺陷楔形体、支撑底座的实验装置；其中，在模拟井筒的筒壁上设置有内口大、外口小的楔形孔，在模拟缺陷楔形体的大端设置有凹槽，模拟缺陷楔形体的外侧壁轮廓与楔形孔相匹配；
2)将模拟井筒水平支撑在两个支撑底座上，将模拟缺陷楔形体从模拟井筒的内部卡装在楔形孔中，在模拟井筒的内表面和模拟缺陷楔形体的外表面喷涂脱模剂；
3)将测试套管短接通过前端盖、后端盖与模拟井筒紧固连接，连接后的测试套管短接与模拟井筒之间形成环形空腔，同时模拟缺陷楔形体的凹槽与测试套管短接之间形成空腔；其中，在前端盖上安装有第一注液管，第一注液管的一端伸入测试套管短接的内部，另一端通过第一注液泵连接压裂液存储罐，在后端盖上安装有第一压力传感器，第一压力传感器的测量端伸入测试套管短接的内部；
4)旋转模拟井筒，使模拟缺陷楔形体的小端朝上，向下压紧模拟缺陷楔形体使其紧贴测试套管短接的外壁，此时模拟缺陷楔形体与模拟井筒的楔形孔之间形成缝隙，通过缝隙将环形空腔注满水泥浆；
5)待水泥浆凝固后，将前防护盖和后防护盖分别移动至模拟井筒的前端和后端，并分别罩住前端盖和后端盖；
6)在模拟缺陷楔形体的小端安装第二压力传感器、温度传感器和第二注液管，第二压力传感器和温度传感器的测量端伸入空腔，第二注液管的一端与空腔连通，另一端通过第二注液泵连接完井液存储罐；第一压力传感器、第二压力传感器和温度传感器均与电脑控制终端电连接；
7)启动第二注液泵，向模拟缺陷楔形体的空腔内注入恒定压力的封闭液体，然后旋转模拟井筒使模拟缺陷楔形体的小端朝下；
8)启动第一注液泵向测试套管短接内注入压裂液至设计压力，并维持5-10分钟，实时测量测试套管短接的内压力、空腔的内压力和温度数据，并形成压力、温度曲线，待空腔的内压力和温度稳定后停止实验。
2.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：所述第一注液泵采用高压注液泵，所述第二注液泵采用常压注液泵。
3.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：所述模拟井筒采用金属圆筒，用于模拟水平井眼。
4.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：所述测试套管短接前端通过螺纹与前端盖连接，后端通过螺纹与后端盖连接。
5.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：在所述后端盖上安装有爆破阀和泄压丝堵，在所述第一注液管上安装有压力控制阀，在所述模拟缺陷楔形体的小端安装有泄压阀。
6.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：所述模拟缺陷楔形体的凹槽边缘为弧形圆柱面，用于与所述测试套管短接的外表面紧密贴合。
7.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：所述电脑控制终端还与第一注液泵、第二注液泵电连接，以对注液压力进行控制。
8.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：在所述第一压力传感器的导管上设置机械压力表，在所述第一注液管上设置机械压力表。
9.如权利要求1所述的一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的方法，其特征在于：在所述步骤5)中，所述前防护盖罩住所述前端盖后通过螺栓与前端盖连接，所述后防护盖罩住所述后端盖后通过螺栓与所述后端盖连接。
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