【技术实现步骤摘要】
一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法及系统
[0001]本专利技术属于石油钻采工程
,涉及一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法及系统。
技术介绍
[0002]压裂技术广泛的应用于低渗透、非常规及页岩储集层的激化以提高油气采收率,其通过压裂井向地层注入高压流体诱发水力裂缝将地表与深部地层联系起来,并形成复杂的裂缝网络以极大提高储层的整体渗透率。我国现已大规模勘探开发的页岩气资源依赖水平井和体积压裂两大核心工程技术。非常规及页岩气井套管柱构成压裂和求产过程的介质输送通道,其完整性是完成储层改造过程和实现产量目标的基础保障。以我国西南部页岩气开发为例,压裂暨求产井的套管服役工况具有长水平段、大狗腿度、分段体积压裂、完井长效求产的典型苛刻服役条件特征,对套管柱完整性提出较高要求。为了保证压裂工程的储层改造效果,压裂工况不断优化,主要表现为:水平井段更长(平均长度达2000米以上),压裂分段更多(30段左右)、分段长度更短(30
‑
60米)、加砂强度更大(每米加砂量达到3吨)。高强度的水平井体积压裂驱动天然裂缝或层理弱面的地层滑移,加剧了以剪切和非均匀外压为主的套管变形问题。体积压裂过程套管变形控制是世界级难题,不仅困扰着我国页岩气开发(2019年某区块的页岩气井套管变形率在20%以上),而且在国外页岩气开发中也大量存在。
[0003]据调研,阿根廷内乌肯盆地页岩气井套管变形率25%,加拿大Duvernay页岩气井套管变形率达47%。套管的变形原因错综复杂,地质、工程和管材因
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法,其特征在于,包括,S1.获取压裂工况参数、地质参数、水泥环参数和套管参数;S2.根据S1中的地质参数、水泥环参数和套管参数预测套管变形的初始应变场,计算得到套管变形的非线性应力,从而建立套管变形的消耗能量泛函;S3.根据S1中压裂工况参数计算得到体积压裂过程中的输入能量和消耗能量,建立非线性平衡方程;S4.根据S2中初始应变场设置套管变形边界约束条件;S5.根据S3中非线性平衡方程和S4中套管变形边界约束条件,运用N
‑
R迭代求解,实现对套管变形预测。2.根据权利要求1所述一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法,其特征在于,所述S2中套管变形的消耗能量泛函,具体计算方法为:其中,为塑性变形功项,∫
V
(ε
V
)2dV为罚函数项;V为套管变形体的体积;为套管变形等效应力和为套管变形等效应变;α为惩罚因子;ε
V
为体积应变。3.根据权利要求1所述一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法,其特征在于,所述S3中输入能量包括裂缝内流体的压力能和裂缝内流体的动能。4.根据权利要求1所述一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法,其特征在于,所述S3中消耗能量包括岩石弹性变形能、岩石变形的表面能、裂缝内流体流动消耗摩擦能、裂缝内流体滤失消耗压力能和固井水泥环变形能。5.根据权利要求1所述一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法,其特征在于,所述S4中根据压裂工况参数计算得到体积压裂过程中的输入能量和消耗能量具体方法为:根据压裂工况参数计算体积压裂过程中注入的总能量,根据压裂过程中注入的总能量计算输入能量和消耗能量。6.根据权利要求5所述一种基于能量理论的体积压裂过程套管变形预测方法,其特征在于,根据压裂工况参数计算体积压裂过程中注入的总能量,具体计算方法为:E
in
=p
in
q
in
t其中,E
in
为压裂注入地层的总能量;p
in
为注入压力;q
in
为注入排量;t为注入时间。7.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员:王鹏,冯春,韩礼红,杨尚谕,朱丽娟,白真权,王新虎,冯耀荣,
申请(专利权)人:中国石油集团工程材料研究院有限公司,
类型:发明
国别省市:
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