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水平井井壁稳定性弹塑性渗流有限元分析

刘继行  
【摘要】: 随着能源需求的增加,水平井技术的发展,在国内外油井开发过程中,水平井已成为首选方案。水平井采油的优点是增大了井筒与油层的直接接触面积。对于直井而言,油层厚度限制了其射孔段的长度;而水平井水平段的长度仅与油层平面分布状况及技术条件有关,是直井射孔长度的几十倍,并且在一个井位上可以完成数口水平井,使泄油面积大大增加。 本文首先研究渗流作用影响下水平井周围的应力,位移及空隙压力场的解析解。饱和岩石表现为可压缩孔隙材料,遵循比奥定律。在拉普拉斯空间求解第二类Bassel函数,得出分析结果。此结果揭示了整个范围内孔隙弹性耦合结果,为进一步研究井孔稳定性及岩石内部剪切破裂产生提供力学理论基础。 其次,使用Abaqus有限元软件对某油田的一个水平井段进行了3维弹塑性变形与渗流耦合的有限元分析。根据不同的地应力大小和不同的水平井轴线相对于最大水平地应力方向的关系进行了4组计算,分别是:1)深度为1088米时水平井轴线沿最大水平主应力方向,2)深度为1088米时水平井轴线沿最小水平主应力方向,3)深度为1760米时水平井轴线沿最大水平主应力方向,4)深度为1760米时水平井轴线沿最小水平主应力方向,以研究最大水平地应力方向对井壁设计的影响。此外,还针对实测油藏砂岩强度值最弱值的情况进行了井壁弹塑性渗流第5组计算。得到的主要结论有:1)水平井轴线与最大主应力一致时井壁围岩稳定性比较好,此时抽采引起的围岩塑性区比轴线沿最小水平地应力方向时要小。2)随着深度的增加,抽采引起的围岩塑性区将会增加。3)对于给定的井段,在最弱的部位,塑性变形比较严重,有必要采取特殊措施预防井壁坍塌。


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