深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法技术

本发明专利技术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。采用本发明专利技术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。的关系。的关系。

【技术实现步骤摘要】
深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法


[0001]本专利技术涉及页岩气勘探开采的
，特别涉及深层页岩气井水平段套管变形物理模拟方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：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：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]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。
[0012]通过上述设置，增强了套管与试件之间的结合强度。
[0013]进一步的，所述套管的上侧开有多个间隔分布的凹槽。
[0014]通过上述设置，借助凹槽提高了套管与试件的胶结程度。
[0015]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。
[0016]与现有技术相比，本方案的有益效果：
[0017]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；
[0018]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；
[0019]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；
[0020]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
[0021]图1是本实施例中套管的结构示意图；
[0022]图2是本实施例中编号A1的裂缝形态与套管变形图；
[0023]图3是本实施例中编号A3的裂缝形态与套管变形图；
[0024]图4是本实施例中编号B2的裂缝形态与套管变形图；
[0025]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
[0026]下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：
[0027]说明书附图中的附图标记包括：凹槽1、射孔2。
[0028]实施例
[0029]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：
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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：
[0035]表1实验应力加载值及套管设计参数
[0036][0037]S4、实验结果分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：林魂，宋西翔，杨兵，黄俊和，刘海龙，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：