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在稠油油藏开发中,由于原油黏度高一般采用注蒸汽开采。基于连续介质力学理论,考虑了热对流的影响,建立了蒸汽注入条件下对地层压力、变形和有效应力定量评价的改进的热-流体-力学耦合数学模型;应用全隐式顺序Galerkin有限元数值解方案对注蒸汽井热-流体-力学耦合过程进行了数值模拟。计算结果表明,由于地层流体高温膨胀引起的高压力,会导致位移、变形,甚至地层结构破裂;温度对地层破裂形态的影响显著。研究表明,这个改进模型比传统模型更加准确、实用,可以用于蒸汽注入速率优化和油藏、地质、热-流动力反应、地应力水平等综合作用效应研究。 相似文献
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重复压裂已成为油田老井挖潜、稳产增产的重要技术手段,而地应力转向机制与压裂时机选择一直是制约该技术增产效果的关键问题。对ABAQUS有限元软件平台进行了二次开发,考虑储层孔隙度和渗透性随岩石体积应变的动态演化,实现了流体压力变化与岩石物性参数的全面耦合,并分析了重复压裂转向机制。结果表明,地应力转向现象普遍存在,人工裂缝对地应力的影响范围有限,而孔隙压力变化是造成地应力转向的主要因素;随着生产的持续进行,地层压力下降变缓,岩石体积应变变化趋缓,导致渗透率下降趋于平稳,应力转向距离逐渐增大并最终趋稳;应力差越大、应力转向距离越小,越难形成重复压裂转向裂缝。其研究结果实现了流-固耦合作用下地应力转向的可视化描述,直观地模拟结果有利于指导重复压裂的应用实施。 相似文献
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水平井分段压裂技术已在低渗透油气藏及煤层气开发过程中得到了较为广泛的应用,并取得了良好的经济效果。但是,由于分段压裂会使直井段的套管承受交变应力作用,进而造成其在软硬交错地层处发生严重变形,从而影响压裂安全作业,甚至引发所有剩余压裂段报废。为探索其破坏机理,开发一个类似弹簧单元的用户子程序来模拟循环荷载作用下套管-水泥环界面的受力情况,并将该单元植入到套管-水泥环-岩层系统的ABAQUS轴对称有限元模型中,模拟水平井分段压裂过程中套管的力学行为。结果表明,在软硬交错地层中,采用水平井分段压裂时,注入压力与地应力之间的交变应力差会造成套管的大变形。此外,基于ABAQUS的数值模拟结果,采用FE-safe评估套管疲劳寿命,发现处于软硬交错地层处套管的疲劳寿命最短。基于上述研究,建议在具有软硬交错地层的低渗透油藏及煤层气储层中进行分段压裂时,应设法提高非压裂阶段压力,以减轻交变应力对软硬交错地层处的套管损伤。 相似文献
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为了研究海洋地层中天然气水合物注热开采条件下,水合物沉积层近井储层的力学性质变化规律和变形破坏规律,基于多场耦合理论,考虑水合物分解产生的水、气形成的超静孔隙压力对地层有效应力的影响,建立了能够反映水合物注热分解条件下水合物沉积层温度场、渗流场和变形场耦合作用关系的热流固耦合弹塑性模型,并以ABAQUS软件为开发平台,在Fortran语言环境下编制子程序进行数值模拟。结果表明:注热温度越高,近井储层力学性质劣化的区域与有效应力减小的幅度越大,发生塑性变形破坏的范围和产生的等效塑性应变值也越大;井口最小水平地应力方向的有效应力值最小,等效塑性应变值和体积应变值最大,是首先发生变形破坏的关键位置;井口同一位置的有效应力随注热温度的升高而减小,而体积应变则随注热温度的升高而增大。 相似文献
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地下工程岩体渗流-损伤-应力耦合问题的研究对于巷道围岩的稳定性分析具有重要意义。本文在总结分析了巷道变形破坏类型影响因素的基础上,基于弹塑性力学、渗流力学以及损伤理论建立了岩体渗流-损伤-应力耦合模型。该模型充分考虑了多物理场耦合过程中,工程岩体的非均质性,岩体力学参数发生的动态弱化过程,围岩塑性屈服的峰后特性以及渗透系数在损伤过程中的突变性。基于多物理场耦合软件,数值模拟结果分析得到,使用该模型能更好地反映巷道围岩的屈服破坏程度和渐进破坏过程。应用该模型分析不同深度下的巷道围岩渐进性破坏过程可以得出:水平地应力为主导的地层中的巷道,屈服破坏主要发生在顶拱和底板,竖直地应力为主导的地层中的巷道,屈服破坏主要发生在两侧边墙,水平地应力和竖直地应力相近的地层中,巷道四周均发生不同程度的破坏,这与工程实际有很好的符合。 相似文献
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应用流体包裹体检测技术研究了川中-川南地区须家河组流体包裹体特征,分析了烃类的充注时期,探讨了气藏压力的分布和成因.研究表明,须家河组包裹体均一温度主要为80～140℃,主峰在100～120℃,不同构造上的均一温度值有差异.须家河组的烃类充注属于连续充注类型,充注时期主要为晚侏罗世至新近纪.须家河组地层压力系数呈规律分布,区域上表现为常压-高压-超高压的渐变特点;纵向上,随地层时代变老,压力系数增大.侏罗纪末和新近纪末的构造运动使地层遭受不同程度的剥蚀,导致区域上地层的古、今温度差异,进而影响压力系数的分布,压力系数随古、今温度差值的增大而降低. 相似文献
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超压对于油气勘探具有重要的意义。以天然气为载体的压力传递是储层超压的重要成因机制。由于地层水和原油对于天然气的溶解性和压缩性存在明显差异,造成了含水地层和油层在天然气充注过程中具有不同压力演化路径。本研究模拟计算不同原始孔隙流体的地层在受到甲烷充注时的压力演化,建立了甲烷充注量与超压的定量关系,进而探讨天然气充注增压的影响因素。结果表明：天然气充注在一定条件下可以造成地层压力的增大;不同原始孔隙流体的储层压力演化路径不同。原始孔隙流体为天然气的地层最先出现超压,但增压缓慢;含水层比含油层增压迅速,更易形成超压;同等封闭条件下,浅部地层比深部地层更易形成超压,高温盆地比低温盆地更易形成超压。 相似文献
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Xueli Guo Jun Li Gonghui Liu Wei Lian Yijin Zeng Qian Tao Xuefeng Song 《Arabian Journal of Geosciences》2018,11(22):723
The casing deformation issues have occurred widely in Changning-Weiyuan National Shale Gas Demonstration Area. During multi-stage volume fracturing process, a large amount of fracturing fluid is injected into the formation, leading to tremendous change of stratum property and formation stress field. To assess the influence of shale formation on casing deformation, the acoustic velocity is measured to obtain the shale rock elastic modulus after saturation with water for different times. Then, the three-dimensional physical and finite element models are established using the stage finite element method considering transient thermal-pressure coupling. Shale anisotropy, shale stiffness degradation, and formation slip are taken into account to investigate the influences on casing deformation. Experiment results indicate that shale stiffness degrades dramatically after saturation with water for 24 h. Numerical simulations indicate that the shale modulus degradation mainly leads to large casing stress. Formation slipping not only causes excessive casing stress, but also causes large casing displacement. When slipping distance is larger than 15 mm, casing stress can reach up to the yield stress for P110 grade casing. Meanwhile, the casing deformation will be 14.95 mm, blocking the fracturing tools into the well bottom. Shale anisotropy has a minor influence on casing deformation. 相似文献
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Weifeng Ge Mian Chen Yan Jin Fuxiang Zhang Yunhu Lu Pei Yang Jihui Ding Hao Zeng 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2011,44(6):711-723
To alleviate the problems of casing collapse induced by the coupling effect of salt creep movement, as it relates to the curved
sections of horizontal wells, an experimental approach was taken to determine the creep (visco-elastic) property of the salt-gypsum
formation, using finite-difference software to establish a creep model with curved casing, wellbore and salt formation. With
this model, the effects of borehole curvature, drilling direction and casing thickness on external pressure on casing were
analyzed, and casing deformation in the non-uniform in situ stress field was simulated. For horizontal wells drilled through
salt-gypsum formations, this analysis led to the following conclusions: (1) the casing tends to be much safer when drilling
is undertaken along the direction of the minimum horizontal stress; (2) casing deformation occurs and stress increases as
the borehole curvature increases; (3) for the same curvature and drilling direction, thicker casings are safer; (4) as the
creep time increases, the external pressure on the casing rapidly increases until it reaches its maximum value, whereupon
it stays at that value; (5) under the effect of non-uniform in situ stress, a larger non-uniform coefficient would result
in greater external pressure on the casing. This model has been successfully applied to analyze the external pressure on curved
casings in a build-up section for horizontal wells drilled through salt-gypsum formations in an oilfield in Northwest China.
The model has helped to improve the casing design and reduce drilling downtime with greater wellbore stability in salt-gypsum
formations. 相似文献
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科学钻探深井结晶岩处在高地应力、高地层压力和高地温的“三高”环境中,自身的结构特征和物化特性会发生根本性变化,因温度变化引起的应力变化极易导致井壁失稳。本文依据温压耦合影响下坍塌压力和破裂压力计算模式,确定不同井壁温度下的安全钻井液密度窗口,通过FLAC3D开展温压耦合影响下井壁稳定数值模拟,分析在不同钻井液密度下井眼打开后不同时间的井壁周边温度和井壁稳定变化情况。结果表明：地层弹性参数对地层破裂压力的影响较大,对于花岗岩此类弹性模量较大的结晶岩,温度变化对破裂压力影响更大;井壁处附加应力受温度变化的影响程度：附加周向应力>附加径向应力>附加垂向应力;在最小主应力方向的井壁周边地层等效应力与钻井液密度呈正比关系,在最大主应力方向呈反比关系。 相似文献
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深孔岩心钻探的核心问题是孔壁稳定,其钻前预测涉及地层孔隙压力、地层应力、地层坍塌压力和破裂压力,是实现深孔岩心钻探优质、安全、高效和低成本的关键,决定着孔身结构、套管程序与套管强度、钻井液密度与流变性能的设计。以孔壁稳定为基础,从孔身结构和套管程序、钻具组合、钻探设备方面论述深孔岩心钻探存在的问题,并提出具体的改进建议。 相似文献
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针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论,采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为,在岩性较软的地层,应选用刚度较大的水泥环,可帮助套管抵卸一部分载荷;在地层岩性较硬时,选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管目的;单纯增加水泥环的厚度不一定能够改善套管的受力情况,只有当水泥环弹性模量大于一定值后,加大其厚度可改善套管的受力状况。因此,在实际现场中,应根据具体的地层情况,调整水泥浆特性,达到最好的固井效果。 相似文献
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基于三维快速拉格朗日有限差分法多孔介质流固耦合理论及弹塑性极限平衡理论,根据羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程QK-2井实钻资料,分析在渗流条件下井壁失稳机理,并对失稳段井壁稳定性进行了数值模拟分析,研究在不同钻井液密度下井径周围围岩应力分布和井眼坍塌或拉裂变形规律,为羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程确定地层不坍塌（不缩径）、不压漏的钻井液安全密度窗口,以便为钻井井身结构设计及合理钻井液密度的确定提供依据。 相似文献
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固井前获得地层的实际承压能力,对固井设计和安全都有着重要的意义。在一些上层套管下深较浅的井中,受上层套管鞋处地层破裂压力或上层套管抗内压强度限制,常规的地层承压能力测试无法满足固井要求,针对该问题,文中提出一种地层承压能力动态测试方法,同时进行了现场应用。该方法是在下套管循环后分挡逐渐增加排量,并同时记录与之对应的泵压、钻井液性能及漏失情况,然后利用流变学的原理计算出关键地层深度的承压能力。研究认为这种动态承压测试方法对于低压易漏井行之有效,实用性强,能够满足固井现场对承压能力测试的要求,获得的地层承压能力值为固井设计和安全提供了基础和保障。 相似文献
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We present an explicit analytical approach for calculating the distribution of stress around a circular cased borehole in a general anisotropic formation. This approach is developed based on a pure elastic cased borehole model, which can include multiple cemented concentric casing strings that are surrounded by a homogeneous anisotropic medium. The wall of the innermost casing is under the compression of borehole internal fluid pressure, and the formation can be subjected to arbitrary far‐field stresses. Every casing–cement boundary is assumed to be welded, so as the cement–formation boundary. The derived analytical solution can be applied to an arbitrary wellbore trajectory in an arbitrary anisotropic formation and is also applicable to degenerate isotropic formations. Accuracy and robustness of the analytical solution is validated through comparing its results with those calculated from the classical Kirsch solution for an isotropic example that has identical elastic properties for all materials and from a finite element method for an anisotropic cased borehole example. 相似文献