水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态的智能预测

水力压裂作为页岩气储层开采的核心技术,在压裂过程中水力裂缝的扩展会遇到天然裂缝,与天然裂缝相交后压裂缝的扩展特征对缝网的形成有明显影响,从而影响最终压裂改造效果。基于内聚力单元建立了基于断裂力学的页岩气储层渗流-应力-断裂耦合的水力裂缝与多个天然裂缝相交扩展模型,研究了不同天然裂缝倾角、天然裂缝尺寸、应力差、压裂液排量和黏度下水力裂缝与天然裂缝扩展形态规律。采用基于Bagging算法集成支持向量机(support vector machines, SVM)、决策树(decision tree classifier, DTC)、逻辑回归(logistic regression, LR)、K最邻近算法(K-nearest neighbor, KNN)的裂缝形态分类器对裂缝相交扩展形态进行预测,并将Bagging算法预测结果与SVM、DTC、LR、KNN预测结果进行比较。研究结果表明:基于Bagging集成算法对水力裂缝与天然裂缝相交扩展形态预测准确率达到了92.58%,相较于单个算法,最高提升了17.95%,其中应力差越小、天然裂缝倾角、裂缝尺寸越大和压裂液排量、黏度越低越容易产生剪切缝,反之容易形成穿层缝。通过建立的水力压裂预测结果的数据集对裂缝扩展的路径和形态进行智能化预测,为利用人工智能和机器学习算法进行完井压裂优化设计提供了方法参考和对实际压裂过程优化设计提供了重要参考依据。

压裂液返排过程中支撑剂回流规律研究

油井压裂结束后,均有压裂后返排过程。返排过程中支撑剂回流是评价压裂效果的重要因素,因此有必要对其进行研究。考虑压裂返排过程中缝宽的动态变化,根据质量守恒定律和伯努利方程,考虑返排过程压裂液的滤失,得到缝内任意垂直截面的流速计算模型;对回流过程中支撑剂进行力学分析,得到支撑剂发生回流的临界条件,进而提出控制支撑剂回流的合理返排方案。根据建立的支撑剂返排模型,对吉林油田嫩平1井进行压裂液返排设计,制定出合理的控制支撑剂回流的返排施工方案。

煤岩储层渗透率动态变化模型

煤层气开采过程中,煤岩储层渗透率随压力降低不断变化。在考虑有效应力、基质收缩以及滑脱效应对渗透率影响的基础上,建立煤储层渗透率动态变化模型。研究结果表明:开采初期,储层压力降低,有效应力增大,渗透率降低;煤层气解吸,煤岩基质收缩,渗透率回弹;开采后期,有效应力与基质收缩的影响逐渐减弱,滑脱效应占主导地位,渗透率明显增加。

嫩二段标志层套管损坏区进水域影响因素分析

分析了标志层进水域形成的力学机理,并根据水力压裂理论和Von-Mises屈服准则,确定了进水域形成的判定准则;基于建立的判定准则,采用有限元法模拟计算分析了注水压力、孔隙度、抗拉强度等因素对进水域面积的影响。计算结果表明:注水压力及孔隙度的增加会使标志层进水域面积增加,注水压力的作用效果更为明显;岩石抗拉强度和内聚力的增加,会使标志层进水域面积减小,但作用较小。了解嫩二段标志层进水域的影响因素及其作用对制订有效的套管损坏防控措施具有重要意义。

分隔式井下增压器主要结构参数的计算

根据分隔式井下增压器整体结构设计原则 ,给出主要结构参数的数学表达式和计算方法 .由增压钻井液流量和隔膜对活塞速度的限制 ,计算了活塞的直径和长度 ,并确定了超高压泵活塞几何参数强度限定条件 ;根据爆破失效准则设计并计算了超高压泵缸体壁厚 ;设计了满足工作条件的隔膜腔结构 ,推导出了其结构参数的计算公式 .根据增压器环形隔膜腔与动力液缸容积关系 。

分隔式井下增压器的整体结构设计

运用流体液压传递原理 ,设计了分隔式井下增压器的整体结构 ,并论述了其工作原理 .提出了增压器各部分的设计原则 :缸体设计应保证其有一定的强度和承受超高压的能力 ;超高压泵强度设计应采用爆破失效准则 .设计了隔膜结构 ,分隔了钻井液与增压器工作液 ,提高了增压器的可靠性和使用寿命 ,隔膜设计满足Vmax>V0 >Vmin.换向机构应具有结构简单、换向迅速。

井眼轨道设计的广义方程及其应用

针对井眼轨道设计的内容、形式以及设计方法的多样性问题，提出了井眼轨道设计的广义方程．该方程与井眼轨道的具体描述模型无关，适用于定向井和水平井的二维和三维剖面设计．待钻井眼设计采用“空间圆弧段－稳斜井段”模型；绕障井段设计是将障碍物抽象为铅直圆柱；对于三维漂移轨道设计，除考虑最大井斜角和第一稳斜段外，还要确定初始方位角．通过对待钻井眼设计、绕障定向井设计和方位漂移轨道设计的分析。

侧向载荷作用下的套管塑性破坏力学模型与计算分析

首次针对套管柱承受屈服页岩横向载荷展开研究,运用虚功原理建立了一个横向载荷均匀分布页岩剖面上的力学模型,得出在套管柱径向变形阶段,其横向承载强度迅速下降;对于轴向变形,其横向承载强度变化不大。本文通过计算实例,为优选套管方案提供了可靠的分析工具,增强屈服粘土层段套管柱承受横向载荷的能力,减小套管失效率,降低油田操作费用。

葡北油田套管损坏规律

根据大庆葡北油田的地质特征、开发方案 ,以及套管损坏井的分布和套管的损坏形式 ,利用数理统计方法 ,统计分析了该地区的套管损坏与地层倾角、注水压力的关系 .结果表明 :低渗透油田的高压注水造成地层孔隙压力升高 ,地层产生变形 ,导致套管因挤压变形或错断 ,注水压力的增大是套管损坏的直接原因 ;地层倾角对套损也有明显的影响 ,地层倾角越大 ,套损率越高 .

重复压裂裂缝周围应力场计算新方法

重复压裂技术是低渗透油田增产增效的主要措施,造裂缝有利于打开储层的油气通道,新裂缝的延伸轨迹一直是压裂设计的核心问题并具有很大难度。从力学角度分析,裂缝的延伸主要受周围应力的控制,为此,考虑初次人工裂缝内流体的可压缩性,引入流体压缩因子,建立了初次人工裂缝诱导应力场模型;根据势的叠加原理,建立了重复压裂井周围孔隙压力模型,根据W right的多孔弹性理论,计算了孔隙压力诱导应力场;考虑温度的影响,建立温度诱导应力场模型,根据线性叠加原理计算重复压裂前总应力场,给出裂缝转向的力学条件。计算了受3口水井影响的1口油井周围应力,其理论计算结果与现场实测结果吻合较好。

用正交尺度小波网络方法预测固井质量

分析了固井质量预测系统的复杂性和正交尺度小波网络的优点,采用SAS系统对影响固井质量的众多因素进行了相关分析,通过正交尺度小波网络建立了固井质量预测模型。该模型以影响固井质量的主要因素地层压力系数、渗透率、井眼扩大率、井眼规则度、钻井液密度、水泥浆密度、套管居中度和顶替返速作为预测模型的输入参数,将固井质量定量化作为模型的输出。预测结果与实际检测结果的最大相对误差为6.87%,且计算速度快,大大节省时间,因此该模型具有较好的应用前景。

钻柱在扭转、纵向振动下的疲劳寿命估算

鉴于目前钻柱的疲劳寿命估算多是以单一裂纹理论为基础,不能很好地反映钻柱扭转和纵向振动的共同作用.根据复合型裂纹扩展理论和断裂力学方法,以及钻柱在生产和应用中的表面线性裂纹现象,提出了钻柱在扭转、纵向振动下的疲劳寿命计算模型.应用实例表明,该模型计算方法简单,便于工程应用.

围压下射流动压力分布规律的实验研究

在模拟石油钻井围压条件下，对射流动压力进行了测量。根据实验数据分析及流体力学理论，得到了围压状态下射流动压力分布规律和计算模式。讨论了围压对射流系动特性的影响。本文的研究结果对真实井底水力计算具有指导意义。

页岩力学参数测试及脆性各向异性研究

天然页岩层理结构发育,不同方向力学特征差异显著,并且不同方向断裂前出现的弹性变形及破坏特征也有明显不同,使得页岩的脆性表现出各向异性特征。文中通过声波各向异性试验标定了天然岩心的水平主应力方向,开展不同取样方向页岩岩样的力学参数测试,对比不同层理角度以及不同主应力方向页岩力学参数的差异,分析了不同方向页岩的脆性破坏特征;推导了各向异性脆性指数B_(1θ)的理论公式,通过分析对比理论计算的B_(1θ)与试验测试的脆性指数B_1,证实天然页岩脆性特征具有显著各向异性;以强度参数计算了不同方向脆性指数B_2,与岩样破坏特征进行对比分析,表明以往研究应用拉压比直接表征页岩脆性具有一定的局限性。文中计算页岩不同方向脆性指数的方法,为改进现有页岩脆性评价方法提供了新的思路。

延缓大庆油田标准层套损的套管优选

大庆油田部分区域集中出现标准层套管剪切损坏,虽已采用标准层不固井工艺延缓套管损坏,但除此之外,套管壁厚、钢级等参数对标准层套管剪切损坏的临界条件也有影响。为此,考虑套管和地层弹塑性力学特征,针对标准层不固井的工程条件,应用考虑大变形后应力平衡状态的拉格朗日格式有限元方程,提出了地层整体移动剪切套管过程的三维有限元计算方法。考虑套管变形和套管断裂的2种失效条件,计算并对比不同壁厚和钢级套管失效的临界值。结果表明:考虑套管断裂的地层剪切套管临界滑移量明显小于考虑套管变形的临界滑移量;同规格、同钢级套管损坏的临界滑移量随套管壁厚增大呈线性减小,随其延伸率增大近似呈线性增大。因此,在满足强度校核的前提下,大庆油田标准层宜采用低钢级小壁厚套管以延缓套管损坏。

带封隔器的油套合压管柱油管临界排量计算

为防止油套合压过程中封隔器因承受较大活塞力而发生移位,开展了保证封隔器不发生移位的油管临界排量计算研究。通过管柱受力分析,建立了压裂管柱轴向力计算模型,利用有限元分析软件模拟了封隔器胶筒的锚定力。根据压裂管柱所受轴向力与锚定力的关系建立了保证封隔器不发生移位的油管临界注入排量计算模型。通过计算得出:当地层破裂压力梯度为2.1MPa/100m时,井深2 000.00m处60.3,73.0及88.9mm油管的临界排量分别为0.965,0.810和0.470m3/min;而在井深3 000.00m处,3种尺寸油管的临界排量分别为1.120,0.985和0.680m3/min;临界排量随井深增加而增大,随油管尺寸增大而减小;在选取的地层破裂压力梯度范围内,地层破裂压力梯度为1.8MPa/100m时,88.9mm油管的临界排量最小,为0.46m3/min。研究结果表明,油管排量大于临界排量可有效防止封隔器发生移位,有助于确保油套合压过程中压裂层位和压裂深度的准确性。

长岭断陷深层气井岩石可钻性计算方法

长岭断陷沉积岩段2500m以下钻井事故较多,下部火山岩岩石硬度大,岩石研磨性强,钻井速度慢。为了提高长岭地区钻井的机械钻速,开展了该地区的岩石可钻性计算方法研究。针对研究区上、下部岩性相差大,深层火山岩硬度大等特点,制定了分段研究岩石可钻性的方案:上部的沉积岩层采用常规测井资料求取岩石可钻性的方法,下部的火山岩层段采用钻速方程反求法。以长深103井为例,将试验结果和利用钻速方程计算的岩石可钻性进行了对比,两者的相对误差小于5%,说明利用钻速方程计算该地区火山岩岩石可钻性是可行的。

室内试验确定现场岩石研磨性的实用方法

室内试验和现场工况条件下岩石对钻头磨损机理存在显著差别,针对室内研磨性测试结果与现场研磨性差异较大的问题,综合考虑了岩石自身性能和钻头使用条件对其研磨性的影响,以室内研磨性测试结果和现场实际钻头使用条件为输入参数,建立了现场研磨性神经网络预测模型,提出了通过室内试验确定现场工况下岩石研磨性的方法,现场条件下岩石研磨性预测准确率达到85%以上,为钻头的选取和钻井参数的确定提供了更为准确的依据。

大庆油田泥岩浸水速度试验

大庆油田套管井的损坏主要发生在泥岩层 ,泥岩浸水是引起套管井损坏的主要原因。文中用试验的方法对泥岩层浸水方式和速度进行了研究。试验岩样取自大庆油田中 342 -检 2 1井 ,研究的结果发现 ,泥岩浸水不但沿层理方向浸水 ,而且也沿垂直层面的方向浸水 ,浸入水主要沿着微裂缝流动 ;注水压力决定浸水深度 。

CO_2埋存井注入过程中水泥环应力完整性研究

CO2埋存井固井水泥环完整性直接涉及到CO2能否安全、长期有效的进行地质埋存,因此对埋存井水泥环完整性的分析是很有必要的。提出了CO2埋存井水泥环动态应力完整性模型,并分析了温降、地层孔隙压力的变化对水泥环应力完整性的影响。结果表明:温降和孔隙压力的增大均能对水泥环产生轴向诱导拉应力,温降和孔隙压力单独作用时,不足以使水泥环受拉而发生破坏。两者同时作用时,当温降和孔隙压力增加到一定值就会使水泥环发生轴向断裂。产生水平裂纹,所以为了保证水泥环完整性不发生破坏,在注入CO2时,要正确的处理好CO2的注入温度与注入速度的关系。