页岩气井压裂套管变形机理及物理模拟分析

作     者：袁光杰 王向阳 乔磊 张宇昊 刘奕杉 王开龙 冯明 孙振虎 YUAN Guangjie;WANG Xiangyang;QIAO Lei;ZHANG Yuhao;LIU Yishan;WANG Kailong;FENG Ming;SUN Zhenhu

作者机构：中国石油工程技术研究院有限公司 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2023年第43卷第11期

页      面：137-145页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：中国石油天然气股份有限公司科技项目“页岩气开发可能诱发地震风险监测管控技术与预警系统研制”(编号:2022DJ8005)。 

主　　题：页岩气 体积压裂 套管变形 物理模拟 地应力 天然裂缝 机理 

摘      要：页岩气压裂开发诱发断—裂剪切滑移导致套管剪—压变形的套变机理较合理地解释了各种套变现象,但一直缺乏物理模拟实验的验证。为此,利用自主研制的压裂套变物理模拟实验系统,建立了含裂缝面露头岩样压裂套变物理模拟实验方法,对含裂缝面的露头岩样在不同地应力状态类型和天然裂缝倾角条件下进行了物理模拟,并分析了压力变化和声发射特征,明确了压裂过程中水力裂缝与天然裂缝交互作用规律,验证了天然裂缝面滑移剪切套管变形的机理。研究结果表明:①在有天然裂缝存在的情况下,不同应力状态会改变水力裂缝扩展方向。走滑断层地应力状态下,水力裂缝容易发生偏转,产生剪切破裂;正断层地应力状态下,水力裂缝容易发生偏转和穿透,主要以扩张破裂为主。②地应力状态和天然裂缝倾角是影响天然裂缝面滑移错动的主控因素。走滑地应力状态类型下天然裂缝面容易发生滑移剪切套管发生变形;天然裂缝与库伦破裂面越接近,越容易发生滑移错动造成套管变形。结论认为,页岩气井压裂套管变形的物理模拟分析揭示了页岩气井压裂套变机理,为套变预测和防治提供了理论依据,对指导页岩气工程技术实践具有重要意义。