頁巖氣井筒完整性失效機理與控制方法

目錄
叢書序
前言
第1章 頁巖氣井完整性失效概況 1
1.1 頁巖氣開發(fā)概況 1
1.1.1 國外頁巖氣開發(fā)概況 2
1.1.2 我國頁巖氣開發(fā)概況 8
1.1.3 國內(nèi)外頁巖氣開發(fā)對比 14
1.2 頁巖氣井筒完整性失效現(xiàn)狀 17
1.2.1 國外頁巖氣井筒完整性失效現(xiàn)狀 17
1.2.2 國內(nèi)頁巖氣井筒完整性失效現(xiàn)狀 18
1.3 井筒完整性失效機理研究現(xiàn)狀 21
1.3.1 結(jié)構(gòu)完整性失效機理 21
1.3.2 密封完整性失效機理 30
參考文獻 32
第2章 井筒完整性力學分析基礎(chǔ) 37
2.1 平面應(yīng)變問題的基本方程和厚壁筒問題的解 37
2.2 頁巖儲層原地應(yīng)力及其確定方法 41
2.2.1 水力壓裂法測地應(yīng)力 42
2.2.2 直井巖心聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)試驗測地應(yīng)力 44
2.2.3 斜井巖心聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)試驗測地應(yīng)力 46
2.2.4 地層破裂試驗與差應(yīng)變結(jié)合法測地應(yīng)力 48
2.2.5 國內(nèi)主要頁巖氣區(qū)塊的地應(yīng)力 50
2.3 直井井筒力學模型 50
2.3.1 均勻地應(yīng)力條件下井筒線彈性模型 51
2.3.2 均勻地應(yīng)力條件下井筒彈塑性模型 58
2.3.3 非均勻地應(yīng)力條件下井筒有限元模型 68
2.4 定向井井筒力學模型 79
2.4.1 定向井井周圍巖應(yīng)力場空間坐標變換 79
2.4.2 定向井井周應(yīng)力計算 80
2.4.3 定向井井壁穩(wěn)定三維有限元分析模型 83
2.4.4 定向井套管受力有限元分析 85
2.5 水平井井筒力學模型 90
2.5.1 水平井井筒力學模型 90
2.5.2 水平井井筒力學模型求解 92
參考文獻 99
第3章 頁巖力學各向異性條件下井周力學分析 101
3.1 頁巖巖石力學各向異性實驗研究 101
3.1.1 頁巖巖石力學各向異性實驗 101
3.1.2 頁巖巖石力學各向異性模型 110
3.2 頁巖各向異性本構(gòu)關(guān)系和井周應(yīng)力分布 117
3.2.1 各向異性地層井周應(yīng)力基本方程 117
3.2.2 頁巖力學各向異性條件下井周應(yīng)力分布 123
3.2.3 各向異性條件下井周應(yīng)力案例分析 134
參考文獻 140
第4章 工程因素對套管應(yīng)力影響研究 142
4.1 射孔對套管應(yīng)力的影響 142
4.1.1 頁巖氣井常用射孔參數(shù) 142
4.1.2 不同射孔參數(shù)作用下套管應(yīng)力計算 142
4.2 壓裂過程中熱 -流-固耦合作用對套管應(yīng)力的影響 146
4.2.1 壓裂過程中井筒溫度場 146
4.2.2 壓裂過程中熱 -流-固耦合作用下套管應(yīng)力計算 159
4.3 固井質(zhì)量對套管應(yīng)力的影響 170
4.3.1 頁巖氣井固井質(zhì)量統(tǒng)計及分析 171
4.3.2 不同水泥環(huán)形態(tài)下套管應(yīng)力計算 172
參考文獻 177
第5章 地質(zhì)因素對套管應(yīng)力影響研究 178
5.1 頁巖各向異性對套管應(yīng)力影響分析 179
5.1.1 頁巖各向異性數(shù)值模型 179
5.1.2 考慮頁巖各向異性的套管應(yīng)力分析 181
5.2 頁巖非均質(zhì)性對套管應(yīng)力影響分析 182
5.2.1 頁巖非均質(zhì)性評價方法 183
5.2.2 頁巖巖性界面對套管應(yīng)力影響分析 200
5.3 斷層滑移對套管剪切變形影響分析 202
5.3.1 微地震監(jiān)測方法簡介 202
5.3.2 基于微地震的斷層滑移與套管變形分析 205
參考文獻 215
第6章 多級壓裂過程中水泥環(huán)密封失效機理研究 217
6.1 水泥環(huán)密封失效形式 217
6.2 復(fù)雜應(yīng)力條件下水泥石力學行為特征 217
6.2.1 固井水泥石完整性室內(nèi)試驗 217
6.2.2 循環(huán)壓力作用下水泥環(huán)膠結(jié)面密封失效數(shù)值分析 232
6.3 溫度-壓力耦合作用下水泥環(huán)完整性失效機理 236
6.3.1 瞬態(tài)溫度 -壓力耦合作用下水泥環(huán)應(yīng)力計算分析 236
6.3.2 彈韌性水泥保護密封完整性應(yīng)用案例 246
參考文獻 247
第7章 頁巖氣井筒完整性控制方法 249
7.1 井眼軌道優(yōu)化與軌跡控制 249
7.2 旋轉(zhuǎn)套管固井技術(shù) 252
7.3 紊流注水泥技術(shù) 253
7.4 合理優(yōu)選套管 255
7.4.1 理論計算分析 255
7.4.2 實際套管實驗結(jié)果 258
7.5 優(yōu)化固井方式 259
7.5.1 分段固井方法 259
7.5.2 組合體受力有限元模型分析 259
7.5.3 不同固井方法下套管應(yīng)力對比分析 261
7.5.4 分段固井方法可行性分析 262
7.6 水泥漿體系優(yōu)化 263
7.6.1 水泥漿體系設(shè)計思路 263
7.6.2 水泥漿體系常規(guī)性能評價 263
7.6.3 水泥石力學性能評價 265
7.6.4 現(xiàn)場應(yīng)用情況 265
7.7 分段分簇參數(shù)優(yōu)化 266
7.7.1 分段壓裂裂縫縫間距優(yōu)化 266
7.7.2 非均勻分簇射孔參數(shù)優(yōu)化 267
7.8 斷層滑移預(yù)測與壓裂參數(shù)優(yōu)化 272
7.8.1 優(yōu)化方法的提出 273
7.8.2 地層壓力的監(jiān)測 273
7.8.3 計算步驟 274
7.9 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化 276
7.10 可溶橋塞 280
參考文獻 281
彩圖