范明涛
- 作品数：7 被引量：79H指数：6
- 供职机构：中国石油大学（北京）石油工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中国石油科技创新基金国家科技重大专项更多>>
- 相关领域：石油与天然气工程更多>>
- 基于分步有限元法的多级压裂过程中套管应力敏感性分析被引量：7
- 2017年
- 目前中国四川地区页岩气开发大多采用大排量分段压裂工艺技术,部分页岩气井在施工过程中出现套管变形的现象,导致后续施工改造无法顺利进行,严重影响了页岩气井的正常生产。因此准确了解压裂过程中套管应力的变化规律具有重要意义。区别于传统模型,基于分步有限元方法,考虑了钻井、完井、压裂整个施工过程,构建了页岩各向异性下套管-水泥环-地层组合体有限元分析模型,模拟多级压裂过程中组合体应力以及温度场随时间的变化特征。分析了两种模型下注液温度、套管内压、地应力变化、地层孔隙压力变化、水泥环弹性模量以及地层弹性模量等因素对套管受力状态的影响。研究结果表明:(1)压裂过程中,采用传统模型会低估套管应力的增大程度;(2)大排量压裂施工过程中,井筒内温度震荡变化,注液温降导致套管应力明显升高;(3)地应力分均匀性以及孔隙压力的增大会导致套管应力有所增加;(4)页岩各向异性对套管应力的影响较小,其中地层性质的下降会导致套管损坏的几率增加。因此在今后的页岩气压裂改造过程中,有必要采用分步有限元模型,综合考虑这些影响因素,合理优化相关的压裂作业参数,从而确保后续压裂完井作业的正常进行。
- 范明涛李军柳贡慧
- 关键词：页岩气水力压裂套管
- 页岩气水平井体积压裂过程中套损机理研究被引量：22
- 2018年
- 页岩气体积压裂过程中,部分井次套管在施工过程中频繁发生变形损坏问题,严重影响了页岩气的有效开发。为此,基于分步有限元方法建立了跨尺度三维地层滑移模型,分析了不同工况下滑移界面走向、改造级数以及改造程度对长水平段套管应力分布的影响。研究结果表明:当改造段距离滑移界面较远时,套管应力最大值主要位于改造段两侧,越过滑移界面并向前推进时,水平段套管的应力峰值区域始终位于滑移界面附近;多级压裂过程中地层性质的下降对套管应力状态分布的影响较小,其中改造过程中压裂区域体积的变化对水平段套管应力影响较大;改造段适当远离滑移界面可以明显降低套管发生剪切破坏的概率,现场施工中有必要采取非均匀布簇的方法。研究结果对认识和维护压裂过程中的井筒完整性具有一定的理论指导意义。
- 范明涛李军柳贡慧陈晓欣
- 关键词：套损机理界面滑移
- 温-压作用下水泥环缺陷对套管应力的影响被引量：14
- 2018年
- 在页岩气水平井多级分段压裂施工中,由于压裂段固井质量较差,当井筒温度和压力急剧变化时,套管失效风险会大大增加。在现场完井和压裂施工数据基础之上,综合考虑压裂压力和井底温度变化,建立了不同水泥环形态的套管-水泥-地层组合体模型,研究压裂过程中水泥环缺失、压裂压力和温度变化对套管应力的影响。计算结果表明:压裂施工中,当以大排量向井筒内泵入压裂液时,井底温度显著降低;如果施工压力较大、水泥环出现窜槽缺失,则套管会产生应力集中,这将急剧增加套管应力,大大增加套管失效风险。固井质量对井筒完整性至关重要,同时必须将压裂液温度、排量和施工压力控制在合理范围,从而保证压裂过程中套管的安全。
- 郭雪利李军柳贡慧范明涛
- 关键词：固井质量套管应力压裂压力页岩气井
- 页岩地层体积压裂过程中水泥环完整性研究被引量：15
- 2017年
- 为了准确了解多级压裂过程中水泥环的应力变化规律,基于分步有限元的思想,构建了考虑页岩各向异性的套管-水泥环-地层组合体有限元瞬态分析模型,模拟多级压裂过程中水泥环的应力变化特征。新的模型考虑了注液温度、套管内压、地应力、孔隙压力、水泥环以及地层性质等因素对水泥环受力状态的影响。研究结果表明:高压注液过程中,采用传统模型会低估井下水泥环周向应力的变化程度;大排量压裂施工过程中,井筒内温度震荡变化,注液温降导致水泥环应力发生剧烈变化;储层改造后的地应力以及孔隙压力变化对水泥环周向应力均有较大影响;水泥环周向应力随着地层各向异性程度的增加而有所增加;调节施工内压并适当降低水泥环刚度可明显降低水泥环发生拉伸破坏的概率。研究成果可为页岩气开发提供理论指导。
- 范明涛李军柳贡慧
- 关键词：页岩体积压裂水泥环
- 页岩气体积压裂固井界面微环隙产生机理研究被引量：8
- 2018年
- 页岩气体积压裂施工过程中地层性质以及固井质量的变化,可能会导致固井界面微环隙的产生,从而威胁油气井的正常生产。为了准确了解页岩气井施工过程中固井界面微环隙的产生规律,基于分步有限元方法,采用场变量以及生死单元技术构建了考虑固井界面存在微环隙的井筒组合体变形数值模型,分析了水泥浆失重、压裂过程中地应力、地层弹性模量变化以及水泥环性质对固井界面微环隙的影响。研究结果表明:压裂过程中地应力的亏空以及水泥浆的失重提高了微环隙产生的概率。微环隙尺寸随着压裂过程中地层弹性模量的降低有所减小;根据施工环境,适当降低水泥环弹性模量有助于降低固井界面微环隙产生的概率。建立的有限元模型以及研究结果能够为压裂施工作业中油气井环空带压的产生提供理论依据。
- 范明涛李军柳贡慧陈晓欣
- 关键词：页岩气体积压裂
- 热交变压力下水泥环界面微间隙产生机理研究被引量：6
- 2016年
- 目前中国四川地区页岩气开发均采用大排量分段压裂工艺技术,压裂改造过程中套管内温度以及压力的变化可能会导致油气井水泥环界面微间隙的产生。为此利用ABAQUS软件建立了热力耦合下的套管-水泥环-地层组合体有限元瞬态分析模型。基于前人实验的基础上,对温压耦合下的固井界面力学响应进行了模拟;同时分析了交变压力下微间隙的产生对组合体温度场分布的影响。研究结果表明:1微间隙的产生改变了组合体温度变化的连续性,后续施工过程中,套管温度基本接近注液温度;2井筒内的温度变化、套管内压作用下的水泥环塑性变形以及泄压后的井筒内压是导致微间隙产生的主要原因;3不同注液温度下,微间隙尺寸随着水泥环弹性模量的增大而增大。上述研究成果为压裂施工作业中油气井发生气窜以及环空带压的产生机理提供了理论依据。
- 范明涛柳贡慧李军郭雪利何淼李梦博
- 关键词：温度塑性变形热力耦合有限元
- 页岩气井温压耦合下固井质量对套管应力的影响被引量：31
- 2016年
- 四川地区部分页岩气井在采用大排量分段压裂工艺施工过程中出现套管变形的现象,严重影响了页岩气井的正常生产。为此,运用ABAQUS软件建立了温压耦合下的套管-水泥环-地层受力有限元模型,模拟压裂过程中套管应力以及组合体温度场分布特征,分析了不同注液温度下,套管偏心及水泥环缺失对套管应力的影响规律。研究结果表明:大排量压裂施工中,套管应力随着偏心距的增加而减小,温降对套管应力的影响较大;不同注液温度下,套管应力随水泥环周向缺失的变化规律基本一致,温降对套管应力的影响呈先降后增趋势;水泥环径向缺失位置以及深度的变化对套管应力的影响较小,温度变化是主控因素;套管偏心下,水泥环缺失以及温降的共同作用均会增加套管应力。研究成果可为页岩气开发提供理论指导。
- 范明涛柳贡慧李军郭雪利何淼李梦博
- 关键词：页岩气压裂有限元分析套管应力
