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1、钻采工艺与装备天然气工业1998年3月水平井分流压裂管柱设计与力学分析*刘巨保张学鸿朱振锐季海波(大庆石油学院)(大庆石油管理局采油研究所)(大庆石油管理局采油一厂)刘巨保等.水平井分流压裂管柱设计与力学分析.天然气工业,1998;18(2):46~48**摘要国内对水平井进行分流压裂施工尚属首次,压裂管柱设计及力学分析是压裂施工的关键技术问题之一。水平井压裂管柱在井眼曲率作用下随井身产生初始弯曲,弯曲后的压裂管柱在温度、自重、内外压力和局部集中力的综合作用下再次产生变形,变形后的压裂管柱必将与套管内
2、壁产生接触,这种接触状态随井深和井眼圆周方向随机分布,是一种随机的多向接触摩擦非线性问题。文中将运用!多向接触摩擦间隙元法∀对这一问题求解,并结合大庆油田水平井分流压裂管柱工程实例,进行了受力变形计算,给出了不同工作状况下压裂管柱与套管内壁的接触摩擦状态、管柱下端变形、井口载荷以及管柱任一截面处的内力和应力,为压裂管柱的设计和施工提供了可靠的理论依据。经现场试验表明,井口载荷的理论计算值与实测值的相对误差均在13%以内,完全满足于工程的需要,并在水平井中成功地实施了大型分流压裂作业。主题词水平井分相流
3、动压裂管柱受力分析大庆油田1994年完钻的第二口科学试验水平套管进行分流压裂施工,管柱结构见图1。压裂作井(茂平1井),完钻井深2033.9m、水平段长业时,该管柱首先将前部密封段插入密封筒,然后注557.2m。根据井身结构和地质情况采用140mm入压裂液进行压裂施工。工作状态下管柱将受到措施是对西区进行整体改造,提高单井产量,因此,为45,用普通电缆式套管枪负压射孔,射孔后压如何提高压裂成功率是关键。而压裂成功对钻井及裂。压裂后投产表明,压裂是成功的,原油产量上升3完井的要求,则是压裂施工成功的
4、基础。到11.3t/d,产水为5.5m/d。根据分析,选择欲压裂的百4932井进行压裂结论前的射孔优化设计,该井位于百色盆地田东坳陷田阳县百育乡篆虞村东南200m处,1994年11月10(1)本文根据射孔对压裂施工效果和裂缝起裂日完钻,钻井液相对密度为1.22。该井于1994年影响的机理分析,首次提出了对欲压裂施工井的射11月24日射开1369.8~1370.8m和1381.8~孔优化设计方法,并提供了射孔设计准则。1388.4m两层段。使用SYD102枪,孔密为18(2)对欲压裂施工井尽量减小孔
5、眼与最佳平面孔/m,相位为90,不负压射孔。射孔后产油2.4t/的夹角,在保证套管安全的前提下尽量使用高孔密3d,产水2.0m/d。低相位(如45相位)。采用大孔径深穿透聚能弹。该井拟射开新层1342.0~1345.6m和选用优质射孔液,进行负压射孔。1352.8~1354.4m两层段后进行加砂压裂。该井(3)该方法考虑了施工作业间的相互影响,有利评价钻井污染深度为0.1935m,污染程度为0.35。于提高作业的管理水平。现场应用表明该方法能有经设计计算该井最小负压为7.5MPa,推荐施工负效提高
6、压裂施工的效果。压为8.25MPa,掏空深度为1248.2m。根据提供的欲压裂井射孔设计准则方案和现有条件,采用审稿人高级工程师陈中一SYD102枪,SYDou102弹,孔密为20孔/m,相位收稿日期19970919编辑钟水清*作者简介见本刊1996年第6期。地址:(151400)黑龙江省安达市。电话:(0459)4653337。**本课题属国家!八五∀攻关项目852040803研究内容之一。#46#第18卷第2期天然气工业钻采工艺与装备50MPa左右的内压作用,同时还有温度、活塞力作受
7、力变形分析时提出并完成的,该方法的最大特点用,其变形结果使管柱轴向缩短。若缩短量大于密是将管柱与套管内壁(井壁)的接触状态处理成随机的,应有整个管柱的受力平衡和变形协调条件来确定,使管柱力学分析归结为接触非线性问题,具有一定的理论难度;这一方法在对管柱进行受力变形分析时,首先用一般的有限元法把管柱沿轴线离散化为若干个空间梁单元,然后在每个梁单元的节点上设置一个!多向接触摩擦间隙元∀,该间隙元使管柱与套管内壁形成了一个系统,能够方便、准确地描述出管柱与井壁之间的接触状态、接触反力和相应的摩擦阻力,使管柱
8、的受力变形分析值更趋于合理,详见文献∃1%。分流压裂管柱受力变形分析选取大庆油田茂平1井的分流压裂管柱为研究图1水平井分流压裂管柱结构示意图对象,利用间隙元法来分析各种工作状况下的受力变形,从而为压裂管柱的设计和施工提供可靠的理论依据。封段长,密封段将从密封筒内抽出,导致密封失效和1.压裂管柱受力变形分析原始数据压裂施工失败。为了解决这一问题,可以把密封段压裂管柱下入井深1200m、井斜角43.12处,做得很长或者在管柱下端加水力锚固定,这些无疑井深形
