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水力喷砂割缝射孔工艺参数优化研究

王德喜  
【摘要】: 水力喷砂割缝(简称水力割缝)是一种新型射孔技术,为解决对水力割缝造成套管及油层损坏的担忧,优选出套管及油层损坏程度低、产液指数高的水力割缝工艺参数,为更大规模的推广应用奠定基础。论文选取地层、水泥环和套管为研究对象,建立了不同工况的三维有限元模型;通过单元分析推导出应力场的计算方法,依据应力第一不变量与渗透率的关系,推导出流速、流量的计算方法;应用功能强大的ANSYS有限元分析软件,利用结构分析功能进行应力分析计算,利用流体分析功能进行渗流分析计算;通过对各组工况的计算和比较分析,确定了套管强度下降的程度,择优确定了水力割缝常用工艺参数的适应范围。 本文取得的主要成果如下: ①采用标准水泥靶进行地面模拟试验,准确描绘出水力割缝在套管及地层中形成的缝体形态,为水力割缝的深入研究奠定了基础。 ②将套管、水泥环、地层整体考虑建立三维有限元模型,以保证不同材质结合面的结点位移保持一致为准则,确定了不影响模型实用价值的假设条件,为解决水力割缝的建模问题创造了条件。 ③以地应力第一不变量与渗透率的关系式为基础,从微观上建立了产能预测的有限元方法,直观地分析出缝数与产能倍数的变化规律,确定了合理优选缝数的原则。预测产能和实际产能的绝对误差范围在0.07—12.6%。 ④计算、分析了不同工况和缝层组合下固井状态、射孔和水力割缝的地应力和套管强度变化,并优选出了水力割缝工艺参数。通过对14种工况两层水力割缝地应力的计算分析,明确了单层两缝最佳相位角为90°,单层三缝最佳相位角为60°,且采用合理的相位角可以降低两层缝体的间距,判别两层缝最小间距的条件是两缝间出现拉应力。 ⑤计算结果表明水力割缝后造成套管强度下降,单层两缝与割缝前相比,套管强度下降了17.2%,与射孔相比,套管强度下降了6.79%。单层三缝与相同缝高的单层两缝比较,套管强度下降了12.4%,产能倍数在1~1.47之间,低产能、低渗透率井三缝产能倍数高,割三缝的效果较好。 ⑥经研究发现两层缝体产生90度相位角后,套管等效应力和环向应力得到明显下降,因此,可以通过增加相位角来减小间距。


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