【摘要】：頁巖層理較發(fā)育且非均質(zhì)性較強(qiáng),壓裂液返排過程中,近井筒周圍已產(chǎn)生較多的形態(tài)復(fù)雜的裂縫,裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力導(dǎo)致頁巖儲(chǔ)層地應(yīng)力大小和方向發(fā)生變化,變化后的應(yīng)力值完全作用于套管周圍的水泥環(huán)和套管本身,使套管發(fā)生彈塑性變形并損壞。頁巖氣井壓裂液返排過程中,套管損壞問題始終存在,為了準(zhǔn)確計(jì)算頁巖儲(chǔ)層大規(guī)模壓裂返排過程套管的應(yīng)力狀態(tài),預(yù)測(cè)套管的損壞情況,需要提出一種套管受力分析計(jì)算的新方法。本文主要應(yīng)用彈性力學(xué)理論,分別研究了水泥環(huán)、套管橢圓率與套管抗擠強(qiáng)度系數(shù)的關(guān)系,建立了壓裂液返排過程中套管的抗擠強(qiáng)度理論計(jì)算模型。然后,分析了人工裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力對(duì)原始地應(yīng)力的影響,根據(jù)應(yīng)力疊加原理,建立了頁巖氣井壓裂液返排過程中井筒周圍應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算模型,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)彈性力學(xué)理論,對(duì)套管孔眼處的受力情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析,建立了壓裂液返排過程中套管管壁單孔所受應(yīng)力情況計(jì)算模型。最終,對(duì)頁巖氣井壓裂液返排過程中套管所受應(yīng)力進(jìn)行研究。通過頁巖儲(chǔ)層巖心的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn),獲取不同取心方向頁巖單軸抗拉強(qiáng)度、三軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量、泊松比等關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)。以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),建立壓裂返排過程頁巖儲(chǔ)層-水泥環(huán)-套管有限元計(jì)算模型。根據(jù)模擬結(jié)果可知,壓裂液返排過程,頁巖壓裂層段與上、下非壓裂層段巖石彈性模量和泊松比差異對(duì)套管受力影響顯著。通過本文研究,能夠?yàn)轫搸r儲(chǔ)層大規(guī)模水力壓裂返排過程套管應(yīng)力計(jì)算研究提供新思路,為套管失穩(wěn)損壞的判別和合理壓裂方案的制定提供依據(jù)。
[Abstract]:Shale bedding is relatively developed and heterogeneity is strong. In the process of fracturing fluid backflow, there have been many complicated fractures near wellbore, and induced stress caused by fractures leads to changes in the size and direction of in-situ stress in shale reservoir. The stress values completely affect the cement sheath around the casing and the casing itself, resulting in elastic-plastic deformation and damage of the casing. In order to accurately calculate the casing stress state and predict the casing damage in shale gas well fracturing fluid backflow process, casing damage exists all the time, in order to accurately calculate the casing stress state during large-scale fracturing and drainage in shale reservoir, A new method of casing stress analysis and calculation is needed. Based on the theory of elasticity, this paper studies the relationship among cement sheath, casing ellipse ratio and casing anti-squeezing strength coefficient, and establishes the theoretical calculation model of casing anti-extrusion strength in the process of fracturing fluid backflow. Then, the influence of induced stress produced by artificial fracture on the original in-situ stress is analyzed. According to the principle of stress superposition, the stress field calculation model around the wellbore in the process of fracturing fluid reflux in shale gas well is established. According to the theory of elastic mechanics, the stress of casing hole is analyzed in detail, and the stress calculation model of single hole in casing wall during the process of fracturing fluid backflow is established. Finally, the stress of casing in the process of back discharge of fracturing fluid in shale gas well is studied. The key mechanical parameters of shale core such as uniaxial tensile strength triaxial compressive strength and elastic modulus Poisson's ratio and so on are obtained through rock mechanics experiments of shale reservoir core. Based on the experimental results, a finite element model of shale reservoir, cement sheath and casing is established. According to the simulation results, the difference of rock elastic modulus and Poisson's ratio between shale fracturing zone and upper and lower fracturing layers has significant influence on casing stress. Through the research in this paper, it can provide a new idea for the calculation of casing stress during large-scale hydraulic fracturing in shale reservoir, and provide the basis for distinguishing casing instability damage and making reasonable fracturing scheme.
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE931.2

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本文編號(hào)：2252817