水力压裂致套管剪切变形机理及套变量计算模型

作     者：路千里 刘壮 郭建春 何乐 李彦超 曾冀 任山 LU Qianli;LIU Zhuang;GUO Jianchun;HE Le;LI Yanchao;ZENG Ji;REN Shan

作者机构：西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 川庆钻探公司井下作业分公司成都610052 川庆钻探工程有限公司页岩气勘探开发项目经理部成都610052 中国石油西南油气田公司工程技术研究院成都610052 成都劳恩普斯科技有限公司成都610000 

出 版 物：《石油勘探与开发》 (Petroleum Exploration and Development)

年 卷 期：2021年第48卷第2期

页      面：394-401页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0708[理学-地球物理学] 0815[工学-水利工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0813[工学-建筑学] 082002[工学-油气田开发工程] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金:项目(51904258,51874250) 中国石油科技创新基金:项目(2020D-5007-0208) 川庆钻探页岩气勘探开发项目经理部科技项目“基于动态应力场的缝网扩展预测模型研究”(2019-JS-941) 国家科技重大专项(2016ZX05048-004-006)。 

主　　题：页岩气井 水力压裂 天然裂缝 裂缝滑移 套变机理 套变量 风险控制 

摘      要：针对天然裂缝滑移导致页岩气井压裂易出现套管变形(简称套变)问题,在应力分析的基础上建立了裂缝面受力模型,并采用复变函数建立了套变量计算模型,开展井筒剪应力、套变量的影响因素分析。研究表明:(1)裂缝逼近角与井筒逼近角对井筒剪应力影响显著,在威远页岩气田现场常见井筒逼近角(近90°)条件下,裂缝逼近角为20°~55°(或其补角)时,井筒剪应力大,套变风险高;(2)当裂缝未完全撑开时,井筒剪应力与缝内流体压力正相关、与摩擦系数负相关;当裂缝完全撑开时,井筒剪应力与天然裂缝面积正相关;(3)弹性模量越低,裂缝越长,套变程度越严重;泊松比对套变量影响较弱;套变量随裂缝逼近角增加先增大后减小,裂缝逼近角为45°时达最大值;(4)裂缝逼近角一定时,可适当调整井筒逼近角以避免井筒受到高剪应力,合理控制缝内流体压力可以降低套变风险;套管所受剪应力通常远大于套管抗剪强度,提高套管强度或固井质量对降低套变风险作用有限。经现场井径测井数据验证,套变量计算模型可靠,可用于建立套变风险程度分析图版及计算套变量,为压裂设计中快速预判水平井套变风险提供参考。