[发明专利]多级压裂下天然裂缝滑移剪切页岩气水平井套管变形模拟方法及系统

说明书

本发明公开了一种多级压裂下天然裂缝滑移剪切页岩气水平井套管变形模拟方法及系统，该方法通过建立天然裂缝滑移剪切套管模型；对所述天然裂缝滑移剪切套管模型进行有限元网格划分，代入裂缝角度、地层弹性模量、套管弹性模量或套管壁厚分别得到套管Mises应力曲线图；代入裂缝角度和滑移距离分别得到关于裂缝角度和滑移距离的套管变形失效的内径曲线图。本发明针对不同裂缝角度、不同地层性质对页岩气水平井套管失效的问题，借助有限元软件，通过有限元分析对页岩气水平井套管的剪切变形进行研究，分析不同角度裂缝滑移导致剪切套变卡阻桥塞的滑移极限，为钻井时尽量避开天然裂缝，保证水力压裂工作正常进行，减小水平井失效概率提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及页岩气勘探开采技术领域，尤其涉及一种多级压裂下天然裂缝滑移剪切页岩气水平井套管变形模拟方法及系统。

背景技术

在页岩气勘探开采工作中，为了增加页岩气井产量，需要对水平井进行多级压裂，但这种工艺可能会使套管发生变形，导致页岩气井减产或中止开采。损坏的套管并未出现管壁破损，钻井液泄露等现象，根据多臂井径测井显示，损坏方式主要是套管剪切变形，损坏位置多数有天然裂缝发育。以位于四川威远地区的井组为例，根据现场资料，90口水平井压裂过程中发现套损井数量高达54口，单井套管变形点为1~3个，多数为剪切变形。套管损坏后，输送钻磨桥塞时下入遇阻，出现不能到达预定位置的现象，导致作业时间延长，甚至被迫放弃部分压裂段，影响页岩气井产量的同时也造成了巨大经济损失。

在页岩气开采的相关问题中，水平井压裂导致地层原始裂缝滑移引起套管剪切变形从而阻碍井下工具输送是一个关键问题。总体来看，目前对于多级压裂过程中，天然裂缝、断层滑移剪切套管的研究多侧重于固井阶段，而对套管自身载荷与变形的研究仍然较少。

专利公开号为CN112127800A的中国专利公开了一种降低套管剪切变形的套管装置及其使用方法，但该专利技术方案中仅记载了一种通过增加水泥环厚度，增设具有径向可压缩性的金属层和遇水膨胀层，可以有效防止或降低因地层滑移而引起的套管剪切变形的套管装置，而对于在页岩气勘探开采过程中所遇到的套管自身载荷与变形所造成的原因并没有进行分析与研究，仅通过增加水泥环厚度增设金属层和遇水膨胀层在天然裂缝、断层滑移情境下并不能对套管剪切变形进行预防。

因此，如何在压裂设计中快速判断天然裂缝滑移导致的水平井套管剪切变形情况是一个亟待解决的问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多级压裂下天然裂缝滑移剪切页岩气水平井套管变形模拟方法及系统，旨在解决现有技术中对于在页岩气勘探开采过程中所遇到的套管自身载荷与变形所造成的原因并没有进行分析与研究的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种多级压裂下天然裂缝滑移剪切页岩气水平井套管变形模拟方法，包括以下步骤：

建立有限元三维地层剪切滑移模型；

根据所述有限元三维地层剪切滑移模型选取套管参数，建立天然裂缝滑移剪切套管模型；

对所述天然裂缝滑移剪切套管模型进行有限元网格划分，代入裂缝角度、地层弹性模量、套管弹性模量或套管壁厚分别计算Mises应力，得到套管Mises应力曲线图；

代入裂缝角度和滑移距离分别计算套管变形失效的内径，得到关于裂缝角度和滑移距离的套管变形失效的内径曲线图。

优选的，多级压裂下天然裂缝滑移剪切页岩气水平井套管变形模拟方法，所述根据所述有限元三维地层剪切滑移模型选取套管参数，建立天然裂缝滑移剪切套管模型步骤，具体包括：

定义管道-水泥环-地层结合面紧密无损坏，选取套管参数在地层中设置滑移面模拟天然裂缝的剪切效果；