井壁稳定性评价准则分析

井壁坍塌失稳大多由于井周岩石的剪切破坏造成,而剪切破坏准则的选择是井壁稳定性预测的关键因素。通常使用的Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则都存在明显的缺点,致使井壁稳定性预测结果不准确。于是,引进了一种新的破坏准则——Mogi-Coulomb准则。该准则较为合理地考虑了中间主应力对岩石强度的影响,使强度预测结果更加准确。为验证其优势,利用岩石真三轴试验数据对3种准则的强度预测结果进行了对比分析。结果表明:在真三轴应力状态下,Mogi-Coulomb准则预测岩石强度的精度要高于Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则,且具有表达简单、使用方便、预测结果准确等优点。因此,建议推广使用Mogi-Coulomb准则预测井壁稳定性。     

一种准确预测钻井液安全密度窗口的新方法

准确预测钻井液安全密度窗口是井身结构设计和钻井液密度合理选择的前提。常用的钻井液安全密度窗口预测方法是基于Mohr-Coulomb破坏准则和拉伸破坏准则而建立的。但是,由于Mohr-Coulomb破坏准则未考虑中间主应力的影响,预测的钻井液密度偏高,不利于钻井提速和储层保护。为此,引入Mogi-Coulomb破坏准则,建立了3种地应力状态下预测直井钻井液安全密度窗口的新方法,克服了传统方法计算坍塌压力过于保守和计算破裂压力未考虑剪性破裂的不足。将其应用于川西地区H1井砂泥岩地层的钻井液安全密度窗口计算中,结果表明,新方法的预测结果较传统方法的计算结果更符合实际情况,且精度高、实用性强,对解决钻井中的井壁失稳问题有重要的指导意义。     

井壁稳定性研究中考虑中间主应力强度准则的对比分析

中间主应力σ_2对岩石强度具有显著影响,在井壁稳定性研究中需考虑σ_2效应。常用中间主应力强度准则有统一强度理论(UST)、Mogi-Coulomb(MG-C)准则、Drucker-Prager(D-P)准则、修正Lade准则、三维Hoek-Brown(H-B)准则和修正Wiebols-Cook(W-C)准则等6种。文中对比分析了上述6种强度准则在σ_1-σ_2平面内的曲线,并进行了井壁稳定分析。结果表明:在σ_1-σ_2平面内,除UST准则为双折线形式外,其他准则均为非线性形式;D-P准则所预测强度最高,其他准则预测结果相近。在当量坍塌压力计算中,UST准则(b≠0)、MG-C准则、修正Lade准则、三维H-B准则和修正W-C准则计算结果相接近,D-P准则所计算当量钻井液密度最低。对于安全钻井方位,UST准则下安全井壁稳定分布区域随着参数b值升高而逐渐减小;D-P准则下井壁稳定分布区域最高;MG-C准则、修正Lade准则、三维H-B准则和修正W-C准则所给出的井壁稳定分布区域相近。对比分析后,在井壁稳定性研究中推荐使用MG-C准则。该准则不仅反映了σ_2对岩石强度的影响,且形式简单,便于在实际工程中应用。     

基于蒙特卡洛法的井壁稳定可靠度随机变量敏感性分析

利用蒙特卡洛模拟对井壁稳定性模型中随机变量与结果的相互关系进行分析，获取了不同应力场和破坏准则下影响井壁稳定性最为敏感的因素。通过分析可知，基于Mohr-Coulomb准则的坍塌压力，无论处于哪种地应力场，最为敏感的因素都是最大水平地应力；基于Drucker-Prager准则的坍塌压力，当垂应力为最大主应力时，最为敏感的因素是孔隙压力；当垂向应力为中间主应力或最小主应力时，最为敏感的因素均为内摩擦角；地层破裂压力无论处于哪种地应力场，最为敏感的因素均为最小水平地应力。通过研究确定了影响井壁稳定可靠度最为敏感的因素，通过相应的措施提高敏感因素的准确程度，从而减少坍塌及破裂压力预测结果的不确定性，最终提高井壁稳定的可靠度。     

径向孔眼对井壁稳定性影响的数值模拟

钻井、水力径向射流等作业施工会打破岩石的初始平衡状态,影响井壁、孔眼壁的稳定性。常规数学模型多为二维模型,且假设条件过多,无法真实反映地层的应力分布。借助ABAQUS有限元软件,考虑地应力、孔隙压力等诸多参数,可以真实有效地模拟观察地应力在井壁、井周的分布,克服常规数学模型的不足,对现场施工具有重要的指导意义。通过在ABAQUS中引入最大剪切应力(Tresca)准则、形变比能(Mises)准则及最大主应力(Max Principle)准则,分别评价研究对象的塑性及脆性破坏,分析应力在套管、水泥环及井壁的分布。结果表明:水泥环内外界面存在应力差,内界面为最危险界面;Mises和Tresca应力均于水平最小主应力方向达到极大值,因此水平最小主应力方向最易发生塑性破坏;Max Principle应力均于水平最大主应力方向达到极大值,因此水平最大主应力方向最易达到拉伸极限进而发生拉伸破坏;Mises和Tresca应力均随孔径、方位角、水平地应力差的增大而增大,Max Principle应力随孔径、方位角的增大而减小,随水平应力差的增大而增大。最后,运用灰色关联分析法分析了各影响因素对井壁稳定性的影响权重。     

裸眼测试井壁失稳概率及参数敏感性分析

为保证南海高温高压区块裸眼测试期间的井壁稳定性，基于裸眼层段高温和渗流特点，结合温度应力理论和多孔渗流效应，建立了裸眼井壁渗流-温度耦合应力模型。对比分析Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则、Hoek-Brown经验准则和能量破坏准则下的井壁失稳临界测试压差，并利用蒙特卡罗模拟，用正态分布和三角分布模拟岩石力学参数计算井壁失稳概率，采用Sobol方法对临界测试压差参数进行全局敏感性分析。研究结果表明，Drucker-Prager准则更适合作为裸眼测试井壁失稳临界测试压差计算准则，小于临界测试压差3～5 MPa时已经存在井壁失稳的可能，最大水平主应力对临界测试压差起到决定性作用。裸眼测试过程中，临界测试压差与实际测试压差的差值应保持在5 MPa以上，对于最大水平主应力变化较大的地层减小测试压差，以防止发生井壁失稳。     

基于弹性应变能强度准则评价井壁稳定性

岩石强度准则是石油工程的重要基础理论,对于井壁稳定性研究更是不可或缺。然而,以经典弹塑性理论的岩石强度准则作为井壁失稳判断依据时所得结果,往往与现场实际情况存在较大误差。开展三轴力学试验,测试岩石不同围压条件下的极限储能,从能量角度建立岩石能量强度准则,并与其他强度准则对比分析了井壁的稳定性。计算结果表明:使用不同强度准则所得坍塌压力相差较大,其中Hoek-Brown准则的坍塌压力过低且存在井壁坍塌风险,Mohr-Coulomb和Drucker-Prager准则的结果过于保守且存在压破地层风险,而根据能量强度准则所得坍塌压力则能保证井壁不塌不漏。该准则是井壁稳定评价的一种新方法,为钻井液密度设计提供了可靠的理论依据。     

基于可靠性方法的储层钻井坍塌压力分析

结合可靠性方法及Hoek-Brown准则,推导出了煤层钻井坍塌压力的可靠度计算公式,选取了控制煤层井壁坍塌的随机变量,并采用室内实验方法确定随机变量的Weibull分布类型。以沁水盆地ZP-01井为例,分析了坍塌压力可靠度结果与Hoek-Brown准则定值法结果和Mohr-Coulomb准则定值法结果的差别,讨论了坍塌压力可靠度结果与随机变量个数及变异系数的关系。结果表明,ZP-01井坍塌压力的可靠度结果分别较Hoek-Brown准则定值法结果和Mohr-Coulomb准则定值法结果提高2.77%和4.82%;可靠度结果与随机变量变异系数呈非线性正相关关系;随机变量个数减少,可靠度预测结果略有减小。定值法相对偏小的坍塌压力预测结果使得ZP-01井551.45~552 m煤层段发生井壁坍塌,而可靠度预测结果大于定值法,这表明可靠度方法可以进一步提高煤层坍塌压力的预测精度。     

基于井壁稳定分析的井眼轨迹优化方法

井壁稳定问题是钻井工程关注的焦点之一,但目前基于井壁稳定分析优化井眼轨迹方面开展的工作还很少。为此,基于斜井井壁应力分布模型和井壁失稳破坏模式,分别采用Mohr-Coulomb准则、Drucker Prager准则和拉张破坏准则导出了维持井壁稳定的钻井液安全窗口上下限计算模型,利用数值计算方法建立了安全密度窗口、安全和危险井眼轨迹的求解方法,计算和分析了6种典型地应力状态下的井壁稳定性,并分析了相应地应力状态下安全和危险的井眼轨迹。结果表明:①Mohr-Coulomb准则计算结果高于Drucker-Prager准则,主要由于Mohr-Coulomb准则忽略了中间主应力的影响,低估了地层岩石的强度;②在σ_v≥σ_Hσ_h情况下沿最小水平地应力钻进稳定性最好,σ_Hσ_vσ_h情况下钻进稳定性最好的方向为偏离最大水平地应力30°~45°的方向上,σ_(11)σ_h≥σ_v情况下沿最大水平地应力钻进稳定性最好,σ_H=σ_vσ_h情况下直井稳定性最好;③数值计算方法得出的安全井眼轨迹与AZ模型吻合较好,验证了该方法的正确性和准确性。数值计算方法可以直观给出不同轨迹下的安全密度窗口,对于窄安全密度窗口地层,可采用该方法优化井眼轨迹改善井眼稳定性。     

温度对岩石力学特性及井壁稳定性的影响

高温下地层岩石力学特性会发生明显转变,因此井壁稳定分析时需考虑温度的影响。文章开展了不同温度下岩石三轴压缩试验,分析计算了井壁当量坍塌压力和破裂压力随温度变化规律。试验结果表明,抗压强度和弹性模量均随着温度升高而逐渐降低,而泊松比随着温度升高先升高后降低。利用Mohr-Coulomb准则、MogiCoulomb准则和拉伸破坏准则分析了不同温度下井壁当量坍塌压力和当量破裂压力,结果表明随着温度降低,当量坍塌压力降低的幅度小于当量破裂压力降低幅度,安全钻井液密度范围逐渐变窄;随着温度升高,当量坍塌压力升高的幅度小于当量破裂压力升高幅度,安全钻井液密度范围逐渐变宽。由于M-C准则未考虑中间主应力σ_2的影响,所得结果较保守;随着温度升高,安全井眼轨迹分布区域略微减小。     

石油企业知识型员工流失的原因分析与思考

对石油企业知识型员工流失的现状进行了描述,并分析了流失的原因;阐述了稳定知识型员工队伍的基本思路;从提高待遇、增进感情、发展事业、制度创新四个方面提出了相应的对策。对石油企业的人力资源管理理念的创新进行思考。     

Evaluation of the coking resistance of catalysts of steam conversion of hydrocarbons

Translated from Khimiya i Tekhnologiya Topliv i Masel, No. 10, pp. 9–10, October, 1991.