水平井水力压裂中的井壁破裂安全压力研究

"水力压裂过程中水平井井壁破裂研究" 在水力压裂和水平井技术的应用中，确保井壁稳定性和确定合理的压裂压力是关键的技术问题。水力压裂是一种通过注入高压流体到井筒内，使地层产生裂缝，从而提高油气产量的技术。水平井则能增加井筒与储层的接触面积，进一步提升开采效率。然而，这种技术组合也可能带来井壁破裂的风险，可能导致井控问题和生产中断。 本文由付大明和尚福林撰写，他们专注于水力压裂技术和断裂力学的研究。研究中，作者首先分析了井壁应力场，这是预测井壁稳定性的重要因素。他们采用了Mohr-Coulomb破坏准则和最大拉应力准则来评估页岩地层在水力压裂压力下的破坏可能性。Mohr-Coulomb准则考虑了剪切和正应力的组合，而最大拉应力准则则关注材料在拉伸状态下的破坏。 在建模过程中，页岩地层被视为多孔弹性介质，使用Biot本构理论来描述其力学行为。Biot理论考虑了流体与岩石骨架之间的相互作用，对孔隙压力和岩石应变的耦合效应进行了量化。通过推导相应的微分方程，作者进一步将其离散化，以便在ABAQUS有限元软件中编写用户自定义单元子程序UEl进行数值计算。通过这种方法，可以求解井壁位移场和孔隙压力分布，从而更好地理解井壁的动态响应。 研究者结合了一个具体的页岩气水平井工程案例，对不同地应力条件下的井壁坍塌临界压力、压裂压力和裂缝形态进行了计算分析。这些结果揭示了井底压力、地应力状态与井壁稳定性之间的关系，为实际工程提供了重要的参考依据，有助于优化水力压裂设计，预防井壁破裂，确保作业安全。 这篇首发论文深入探讨了水力压裂过程中水平井井壁破裂的机理和预防措施，对于理解和改进非常规油气资源开发中的井壁稳定性问题具有重要意义。通过应用先进的理论模型和数值方法，研究人员提供了实用的计算工具和分析框架，为业界提供了有价值的指导。