CN115573705B - 深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,具体涉及页岩气勘探开采技术领域。包括:采用人工岩样进行模拟实验,在试件中心钻取圆孔;将水泥搅拌成固井水泥浆状态,使用吸水纸包裹射孔后将套管置入预制井眼中,缓慢倒入水泥浆直至将套管射孔完全覆盖,之后密封待水泥浆完全凝固;将试件放入真三轴加载室内,使注液管线与套管密封连接,向试件施加三向地应力,打开恒速恒压泵注入带有染色剂的滑溜水压裂液,直至试件破裂;卸载围压泵压后取出试件,观察裂缝扩展形态与裂缝处的套管变形情况。采用本发明技术方案解决了压裂施工过程中套管变形与射孔参数的关联性问题,可用于分析不同射孔参数下裂缝形态与套管变形的关系。

Description

深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法
技术领域
本发明涉及页岩气勘探开采的技术领域,特别涉及深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法。
背景技术
页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附或游离为主要存在方式的非常规天然气,具有分布广泛、开采周期长的特点,是一种清洁、高效的绿色能源。但与常规天然气储层不同,页岩气藏属于典型的超低孔—超低渗储层,一般无自然产能,必须借助于大规模体积压裂才能获得商业开发。
目前水平井分段多簇压裂技术已成为页岩气高效开发的核心技术之一,它利用封隔器或桥塞分隔井筒各段,然后采用多簇射孔、逐段压裂的施工工艺,在地层中形成多条水力裂缝,极大增加油气泄流通道,显著提高气井产能。然而,诸多生产测井资料表明,30%甚至更多的射孔簇未能形成有效的水力裂缝,对产能缺乏贡献。已有的研究表明,这主要是由于在页岩水平井分段多簇压裂过程中存在较强的缝间应力干扰,即“应力阴影”效应,其对水力裂缝扩展路径及缝宽具有重要的影响,集中体现在以下两个方面:首先,在同一压裂段内,中间射孔簇由于受到两侧裂缝附加应力场的影响,裂缝宽度减小,甚至会出现停止扩展或聚并,造成水力裂缝的非均匀扩展,降低储层改造效率;这种裂缝不均衡开启改变了近井筒应力分布,随着主裂缝体积的快速增加,开启主裂缝的射孔附近会承受更大的拉伸载荷,引起岩石的变形和移动,导致地层沿破裂面滑移,从而对套管造成剪切作用。其次,水力裂缝在扩展阶段受缝间应力干扰易发生偏转,部分裂缝甚至被抑制起裂,导致压裂改造区域在套管两侧分布不对称,使得两侧作用在套管上的外挤力不均衡,造成套管弯曲变形。
因此,如何通过优化套管结构来改善页岩气的开采效率和稳定性是目前亟待解决的问题,同时目前还未有相关的报道或是实验来研究射孔参数与套管变形之间的关系。
发明内容
本发明意在提供深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,解决了压裂施工过程中套管变形与射孔参数的关联性问题。
为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,包括如下步骤:
S1、试件制备:采用水泥浇筑的人工岩样作为试件进行模拟实验,在试件端面中心钻取32mm的圆孔作为预制井眼;
S2、封固套管:利用恒速搅拌器将G级水泥搅拌成固井水泥浆状态,使用吸水纸包裹射孔后将套管置入预制井眼中,套管的下侧开有多个长度和内径均为3mm的呈螺旋排列的射孔,缓慢倒入水泥浆直至将套管射孔完全覆盖,之后密封待水泥浆完全凝固;
S3、施加真三轴压力:将试件放入真三轴加载室内,使注液管线与套管密封连接,利用大尺度真三轴水力压裂模拟系统向试件施加三向地应力到达设定值并使其保持恒定,打开恒速恒压泵以选定的泵速注入带有染色剂的滑溜水压裂液,直至试件破裂;
S4、实验结果分析:卸载围压泵压后取出试件,观察裂缝扩展形态与裂缝处的套管变形情况。
进一步的,步骤S2中待水泥浆完全凝固后再将套管中射孔以上的区域注满环氧树脂。
通过上述设置,增强了套管与试件之间的结合强度。
进一步的,所述套管的上侧开有多个间隔分布的凹槽。
通过上述设置,借助凹槽提高了套管与试件的胶结程度。
进一步的,还包括S5、数据建模分析:将破裂的套管进行3D扫描建模,并导入仿真软件中对套管变形信息进行提取分析。
与现有技术相比,本方案的有益效果:
1、本方案采用大尺度真三轴水力压裂模拟系统,施加围压范围为0-30MPa,可为水平段压裂套管提供深层地应力环境;
2、本方案采用固井专用G级水泥封固套管,可模拟真实的固井水泥环;
3、本方案设计带有模拟真实射孔形态的压裂套管,可分析裂缝生成形态与套管变形的关系;
4、对变形后的套管做3D扫描建模,导入仿真软件中与变形前的套管模型进行比较,可提取实验套管变形信息。
附图说明
图1是本实施例中套管的结构示意图;
图2是本实施例中编号A1的裂缝形态与套管变形图;
图3是本实施例中编号A3的裂缝形态与套管变形图;
图4是本实施例中编号B2的裂缝形态与套管变形图;
图5是本实施例中不同变形形态下套管轴向变形量图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
说明书附图中的附图标记包括:凹槽1、射孔2。
实施例
深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,包括如下步骤:
S1、试件制备:采用水泥浇筑的人工岩样作为试件进行模拟实验,其中水泥、砂、水的质量比为3:1:1,试件为300mm*300mm*300mm的立方体,在养护两周后试件的强度达到实验要求,此时用钻头在试件端面中心钻取直径为32mm的圆孔作为预制井眼。
如附图1所示,本实施例中套管的规格为:长度230mm、外径22mm、内径18mm,套管由上侧的封固段和下侧的射孔2段组成,套管的顶部设有注液口,封固段上间隔开设有三个深度为0.5mm的凹槽1,用以提高套管与试件的胶结程度。套管的下端加工出多个长度和内径均为3mm的孔眼,用孔眼模拟射孔2,套管上射孔2段的长度为160mm。孔眼的数量和相位角为实验参数变量。
S2、封固套管:本实施例考虑了固井水泥环的作用,设计了G级油井水泥和环氧树脂组合的方法,将套管埋入到预制井眼中。利用恒速搅拌器将G级水泥搅拌成固井水泥浆状态,使用吸水纸包裹射孔2后将套管垂直置入预制井眼中,缓慢倒入水泥浆直至将套管射孔2段完全覆盖,之后密封2-3天待水泥浆完全凝固;待水泥浆完全凝固后再将套管封固段与试件之间的空隙注满环氧树脂,借助环氧树脂可增强套管与试件之间的胶结强度。
S3、施加真三轴压力:本实施例采用大尺度真三轴物理试验机,施加围压范围为0-30MPa,可模拟深层地应力状态,其中水平地应力差为实验参数变量。将试件放入真三轴加载室内,使注液管线与套管密封连接,利用试验机的大尺度真三轴水力压裂模拟系统向试件施加三向地应力到达设定值并使其保持恒定,打开恒速恒压泵以选定的泵速注入带有染色剂的滑溜水压裂液,直至试件破裂。
本实验的参数选取:实验所用压裂液粘度为3mPa·s,注入排量为50mL/min。实验射孔2的相位角分别为60°和90°,同时实验应力加载值及套管设计参数如表1所示:
表1实验应力加载值及套管设计参数
Figure BDA0003884171450000041
S4、实验结果分析:卸载围压泵压后取出试件,沿裂缝面剖切岩样,观察裂缝扩展形态与不同形态下套管的变形情况。最后取出套管做3D扫描建模并导入仿真软件中,将变形后的扫描数据与变形前的套管设计数据进行比较,得到如图2-4中不同射孔2参数下裂缝形态与套管变形的关系。
将上述实验结果进行整理,得到如下表2的实验结果:
表2实验结果
Figure BDA0003884171450000042
对套管表面变形路径进行提取,得到如图5所示所示的不同套管变形量的变化规律。
S5、数据建模分析:将破裂的套管进行3D扫描建模,并导入仿真软件中对套管变形信息进行提取分析。
通过本方法可知:
1、由表2可知,射孔2相位角为90°时,易形成简单平直裂缝(如图2所示);当相位角60°时,易形成多裂缝(如图3所示);当地应力差异系数增加时,裂缝趋于简单的单翼裂缝(如图4所示)。
2、由表2可知,在裂缝形态相对简单的双翼平直缝与单翼转向缝条件下,套管受挤压而弯曲变形。而在多裂缝条件下,套管受剪切而变形。
3、相对于剪切变形,挤压变形产生的套管变形量更大。因此,可通过优化射孔2相位提高裂缝复杂度,避免简单平直裂缝与单翼转向裂缝对套管造成的非对称挤压。
以上的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1、试件制备:采用水泥浇筑的人工岩样作为试件进行模拟实验,在试件端面中心钻取32mm的圆孔作为预制井眼;
S2、封固套管:利用恒速搅拌器将G级水泥搅拌成固井水泥浆状态,使用吸水纸包裹射孔后将套管置入预制井眼中,套管的下侧开有多个长度和内径均为3mm的呈螺旋排列的射孔,缓慢倒入水泥浆直至将套管射孔完全覆盖,之后密封待水泥浆完全凝固;
S3、施加真三轴压力:将试件放入真三轴加载室内,使注液管线与套管密封连接,利用大尺度真三轴水力压裂模拟系统向试件施加三向地应力到达设定值并使其保持恒定,打开恒速恒压泵以选定的泵速注入带有染色剂的滑溜水压裂液,直至试件破裂;
S4、实验结果分析:卸载围压泵压后取出试件,观察裂缝扩展形态与裂缝处的套管变形情况。
2.根据权利要求1所述的深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,其特征在于:步骤S2中待水泥浆完全凝固后再将套管中射孔以上的区域注满环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,其特征在于:所述套管的上侧开有多个间隔分布的凹槽。
4.根据权利要求1所述的深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法,其特征在于:还包括S5、数据建模分析:将破裂的套管进行3D扫描建模,并导入仿真软件中对套管变形信息进行提取分析。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109616000A (zh) * 2018-08-21 2019-04-12 中国石油大学(华东) 一种人工岩心中横向射孔的加工方法
CN110748319A (zh) * 2019-10-12 2020-02-04 中国石油大学(北京) 页岩气井防套变固井方法
CN111749668A (zh) * 2020-06-18 2020-10-09 东北大学 用于模拟超临界co2致裂试样的井筒套管及使用方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107401403B (zh) * 2017-09-06 2023-10-10 重庆科技学院 页岩气井多级压裂水泥环气密封完整可视评价装置和方法
US20190257973A1 (en) * 2018-02-20 2019-08-22 Saudi Arabian Oil Company 3-dimensional scanner for downhole well integrity reconstruction in the hydrocarbon industry
CN109488274B (zh) * 2018-11-29 2020-10-16 重庆科技学院 深层页岩气的压裂增产方法
CN113027409B (zh) * 2019-12-23 2023-05-26 中国石油天然气股份有限公司 模拟水平井压裂缝网内支撑剂运移的实验装置
CN111255428B (zh) * 2020-03-09 2020-09-25 四川洁能锐思石油技术有限公司 一种套管水平井井筒重建重复压裂方法
CN213928335U (zh) * 2020-12-22 2021-08-10 西南石油大学 一种深层页岩气压裂水平井裂缝导流模拟实验装置
CN112983363B (zh) * 2021-03-29 2023-02-28 中国石油化工股份有限公司 一种适用于页岩气井重复压裂固井方法
CN113011071B (zh) * 2021-03-30 2022-10-25 西南石油大学 多级压裂下天然裂缝滑移剪切页岩气水平井套管变形模拟方法及系统
CN112814642B (zh) * 2021-03-31 2022-10-25 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种页岩水平井分段压裂物理模拟实验的井筒装置及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109616000A (zh) * 2018-08-21 2019-04-12 中国石油大学(华东) 一种人工岩心中横向射孔的加工方法
CN110748319A (zh) * 2019-10-12 2020-02-04 中国石油大学(北京) 页岩气井防套变固井方法
CN111749668A (zh) * 2020-06-18 2020-10-09 东北大学 用于模拟超临界co2致裂试样的井筒套管及使用方法

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