基于ABAQUS的温度对钻井液漏失影响规律

深层油气储层高温、高压、高应力特点给钻井工程带来极大挑战,其中钻井液漏失是常见的钻井复杂工况之一,严重制约其勘探开发进度。为研究在深层钻井过程中温度对钻井液漏失的影响规律,以ABAQUS软件平台为基础,建立了考虑钻井液动态循环的热-流-固全耦合漏失有限元模型,分析了不同钻井液温度条件下的井周应力分布、地层温度场变化、漏失裂缝延伸规律和钻井液漏失规律。研究结果表明:当钻井液温度低于地层温度时,会产生“冷却”效应,导致地层遇冷收缩,井周应力降低;低温循环会降低漏失排量阈值,且相同排量下,低温循环漏失发生得更早。然而,低温钻井液对于地层温度场的影响仅存在于近井区域。短期内,诱导裂缝宽度和长度依然由钻井液排量主导,仅在近井区域的裂缝宽度上表现出了“冷却”效应的影响。建立的热-流-固全耦合模型可以描述动态钻井过程中温度对钻井液漏失规律的影响,可为高温地层钻井设计和现场施工提供研究方法和参考数据。

考虑井筒加载历史的压裂过程中套管剪切变形数值模拟研究

体积压裂技术作为致密油气开发的重要技术手段,在实现储层有效改造的同时,也可能带来套管变形失效的问题,其主要失效原因之一是水力压裂诱发的断层激活和界面滑移造成套管剪切变形和破坏。本文首先通过研究压裂液进入断层的不同模式,阐释了体积压裂诱发断层激活理论,为分析断层滑移量对套管变形的影响提供了理论依据。其次,本文建立了考虑水力压裂过程中断层滑动引起套管剪切变形的新模型,模型创新性地考虑了井筒全生命周期加载历史(钻井、下套管、注水泥、水泥浆固化、水力压裂)对套管变形的影响。最后,利用建立的模型,量化分析了不同工程和地质条件下(压裂液压力、断层倾角、裂缝长度、套管壁厚和水泥环弹性模量),断层滑移后套管内径的变化规律。结果表明,断层的滑动会对套管产生剪切作用从而产生套管缩径,导致套管发生屈服破坏。随着断层长度的增加,套管剪切变形程度也随之增大,当断层长度为80 m时,套管的缩径量达到11.95 mm。随着压裂液压力的不断增大,套管剪切变形程度也随之增大,当流体压力为80 MPa时,套管缩径量最大达到了9.94 mm。断层倾角在30°左右时,套管缩径量最大可达9.53 mm。增大套管的壁厚和水泥环的弹性模量,对套管缩径量的改善效果并不明显。因此,在井眼轨迹设计的过程中应尽量避免井眼穿越断层,压裂设计时应避开大尺寸断层区域;同时,应该合理设计压裂液的泵入速度,尽可能使其保持在较低的值,以降低流体压力。该研究所建立的考虑井筒加载历史的数值模型可以更加全面地解释页岩气井多阶段压裂过程中断层滑动后套管剪切变形情况,为工程作业提供指导意义。

水下生产系统开发和运行的若干关键基础科学问题

水下生产系统是深水油气田开发的必然选择,但开发所要求的“高效经济”和运行阶段的“安全可靠”一直面临着诸多挑战和技术瓶颈,使得重大事故不可避免,究其原因,就是基础科学问题没能解决。为此分析水下生产系统在运行和开发过程中存在的技术瓶颈和挑战,从根本地影响着水下系统开发和运行的“水文环境、地质条件、油气介质”提出“环境与结构强非线性动力耦合”、“基础结构与土体非线性相互作用”、“复杂多相流与油气通道多场时空耦合”3个共性的基础科学问题。针对飞溅区入水及下放安装姿态控制、吸力基础结构贯入及地层失稳、油气通道密封失效及管线屈曲等重大工程关切,提出了波流与大型管阀结构强非线性耦合机理及规律、水下基础结构与土体动力耦合下地层各向异性三维演化及承载力非线性弱化、高温高压条件下多因素作用下油气通道关键密封部位冲蚀与气蚀多场耦合机理的研究思路,以期初步建立起保障水下生产系统高效开发和安全运行的基础理论体系,为关键技术瓶颈的解决奠定科学基础。