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(duì)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(jī)理研究現(xiàn)狀 21 1.3.1 結(jié)構(gòu)完整性失效機(jī)理 21 1.3.2 密封完整性失效機(jī)理 30 參考文獻(xiàn) 32 第2章 井筒完整性力學(xué)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(chǔ)層原地應(yīng)力及其確定方法 41 2.2.1 水力壓裂法測(cè)地應(yīng)力 42 2.2.2 直井巖心聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)試驗(yàn)測(cè)地應(yīng)力 44 2.2.3 斜井巖心聲發(fā)射凱塞爾效應(yīng)試驗(yàn)測(cè)地應(yīng)力 46 2.2.4 地層破裂試驗(yàn)與差應(yīng)變結(jié)合法測(cè)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(xué)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(xué)模型 79 2.4.1 定向井井周圍巖應(yīng)力場(chǎng)空間坐標(biāo)變換 79 2.4.2 定向井井周應(yīng)力計(jì)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(xué)模型 90 2.5.1 水平井井筒力學(xué)模型 90 2.5.2 水平井井筒力學(xué)模型求解 92 參考文獻(xiàn) 99 第3章 頁巖力學(xué)各向異性條件下井周力學(xué)分析 101 3.1 頁巖巖石力學(xué)各向異性實(shí)驗(yàn)研究 101 3.1.1 頁巖巖石力學(xué)各向異性實(shí)驗(yàn) 101 3.1.2 頁巖巖石力學(xué)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(xué)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(xiàn) 140 第4章 工程因素對(duì)套管應(yīng)力影響研究 142 4.1 射孔對(duì)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(jì)算 142 4.2 壓裂過程中熱 -流-固耦合作用對(duì)套管應(yīng)力的影響 146 4.2.1 壓裂過程中井筒溫度場(chǎng) 146 4.2.2 壓裂過程中熱 -流-固耦合作用下套管應(yīng)力計(jì)算 159 4.3 固井質(zhì)量對(duì)套管應(yīng)力的影響 170 4.3.1 頁巖氣井固井質(zhì)量統(tǒng)計(jì)及分析 171 4.3.2 不同水泥環(huán)形態(tài)下套管應(yīng)力計(jì)算 172 參考文獻(xiàn) 177 第5章 地質(zhì)因素對(duì)套管應(yīng)力影響研究 178 5.1 頁巖各向異性對(duì)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(duì)套管應(yīng)力影響分析 182 5.2.1 頁巖非均質(zhì)性評(píng)價(jià)方法 183 5.2.2 頁巖巖性界面對(duì)套管應(yīng)力影響分析 200 5.3 斷層滑移對(duì)套管剪切變形影響分析 202 5.3.1 微地震監(jiān)測(cè)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(xiàn) 215 第6章 多級(jí)壓裂過程中水泥環(huán)密封失效機(jī)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(xué)行為特征 217 6.2.1 固井水泥石完整性室內(nèi)試驗(yàn) 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(jī)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(jì)算分析 236 6.3.2 彈韌性水泥保護(hù)密封完整性應(yīng)用案例 246 參考文獻(xiàn) 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(jì)算分析 255 7.4.2 實(shí)際套管實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jì)思路 263 7.6.2 水泥漿體系常規(guī)性能評(píng)價(jià) 263 7.6.3 水泥石力學(xué)性能評(píng)價(jià) 265 7.6.4 現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(cè) 273 7.8.3 計(jì)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(xiàn) 281 彩圖