温度对超深裂缝性地层井壁稳定性的影响

温度效应对钻井井壁围岩稳定性的影响不可忽略,特别是超深(>6000 m)裂缝性地层。传统考虑温度效应的坍塌压力预测模型主要适用于连续性地层,温度对裂缝性地层坍塌压力影响的文献研究较少。针对上述问题,首先通过杜哈梅原理确定温度变化产生的诱导应力场,然后利用坐标转换,考虑裂缝渗流场和温度场耦合,获得裂缝面上应力分布特征,最后,将裂缝面应力场代入岩石破坏准则,建立了考虑温度效应的裂缝性地层井壁失稳预测力学模型,研究了温度和裂缝特征对井壁稳定性的影响。研究表明,相同应力和裂缝产状条件下,钻井液循环引起的井壁温度降低增大了井壁垮塌的程度,这与传统模型认为循环引起的温度降低有助于井壁稳定的结论相反;井筒液柱压力一定的条件下,井壁稳定性随裂缝产状发生变化,存在裂缝产状敏感区。对于超深裂缝性地层,随着钻井液循环导致井壁围岩温度降低,增大了井壁失稳风险和程度,在防止井壁失稳的坍塌压力当量密度设计方面应考虑温度和裂缝特征的影响。     

北特鲁瓦地区裂缝性碳酸盐岩地层井壁稳定性研究

北特鲁瓦地区石炭系中统巴什基尔阶(KT-Ⅱ)碳酸盐岩地层裂缝发育,钻井过程中井壁垮塌问题严重.为提高钻井效率,研究了 KT-Ⅱ碳酸盐岩地层裂缝产状及缝间充填物质,测试了碳酸盐岩基质及缝间充填物组分,分析了裂缝发育对碳酸盐岩地层孔渗特性、力学强度的影响.同时,耦合地应力场、渗流场及裂缝力学弱面效应等因素,建立了裂缝性碳酸...     

钻井卸载对泥页岩地层井壁稳定性的影响

钻进泥页岩地层时井壁易失稳,且井周岩石极易因钻井卸载产生诱导缝,导致岩石强度降低,从而加剧井壁失稳。因此,为确保泥页岩地层井壁的稳定,采用三轴力学试验仪模拟钻井卸载过程中的岩石应力变化过程,分析了卸载对泥页岩力学特性的影响,采用回归方法回归了泥页岩内聚力、内摩擦角与卸载幅度的关系,并将该关系引入到常规井壁稳定性模型中,建立了考虑卸载作用的泥页岩井壁稳定性模型。结果表明:卸载会使泥页岩的强度降低,随着卸载幅度变大,泥页岩强度的降低幅度增大;考虑卸载作用后,泥页岩地层的坍塌压力增大,尤其在高地应力和各向异性较强的泥页岩地层,由卸载造成的坍塌压力增量更为明显;井筒与最小水平主应力的夹角较小时,可以降低卸载对泥页岩井壁稳定性的影响。研究结果表明,卸载对泥页岩地层坍塌压力的影响不可忽视,进行钻井液设计时应考虑卸载对坍塌压力的影响。      

超深井井壁稳定性分析

超深井钻井过程中存在多套地层压力体系，井壁稳定性条件复杂，高温、高压、深部地层岩石可钻性差等难点。随着井深的增加，地层压力梯度急剧增加，需要较高密度的钻井液来平衡地层压力。超深井的裸眼井段较长，钻井液浸泡时间长，容易导致岩石抗压强度软化，尤其一些泥岩层段，一旦被钻井液浸泡过后，井壁极易发生失稳。在超深井钻井过程中，不同的温度差异必然导致近井壁岩石应力分布发生改变，影响井壁稳定性。为此，提出分别利用地震、测井数据得到的坍塌破裂密度曲线来预测超深井井壁稳定性，所建立的计算模型应用于莫深1井的井壁稳定性分析，结果表明：预测情况与工程实际吻合。     

裂缝性储层裸眼井壁失稳影响因素分析

国内西部油田碳酸盐岩地层埋藏深、温度高、缝洞系统发育,生产过程中井区裸眼完井地层出现垮塌现象,堵塞、埋卡管柱。文中通过研究现场资料对井壁垮塌的原因进行了分析, 同时,由于地层温度高、压力大,建立了考虑温度场、渗流场、裂缝产状、水化作用等因素影响的井壁垮塌预测模型,对碳酸盐岩深井高温水化地层裸眼完井垮塌机理进行了研究。研究表明,模型对维持井壁稳定的最小井底压力的预测比常规模型高2~3 MPa,提升了预测精度;随着岩石裂缝倾角的增加,其强度先减小后增加;井壁最为安全的地层是裂缝倾角为0~20°,倾向近水平最小地应力方位,其次是倾角60~90°,倾向近水平最大地应力方位;维持井壁稳定的最小井底压力随着水化后弱面内摩擦因数及弱面黏聚力的降低而增加,随着应力差的增加而增加。     

水平层状裂缝性岩体的井壁稳定性分析

在一些钻井工程实践中,常会遇到水平层状裂缝性岩体的井壁稳定问题.因此,了解该类岩体的强度特征及其大小,建立相关的强度模型,对于正确判断和处理工程中出现的水平层状裂缝性岩体的井壁失稳是非常有益的.分析了水平层状裂缝性岩体的应力和应变情况,建立了水平层状裂缝性岩体交界面处的抗压强度模型.利用该模型,结合大庆油田徐家围子地区部分井段水平层状裂缝性岩体的井壁稳定性较差,井壁坍塌、掉块严重的特点,以室内试验为基础,确定了该井段水平层状裂缝性岩体的合理坍塌压力,为该地区井壁稳定提供了保障.     

考虑温度效应的高温高压直井井壁稳定性规律

海外A区块探井的高温高压井段因频繁发生井漏、卡钻等井下复杂情况,井壁不稳定,导致原井眼报废。根据经典的坍塌压力和破裂压力计算模型,钻井液安全密度窗口为0.2 g/cm3,但实际作业过程中发现在高温高压井段安全密度窗口更窄。由于温度变化产生的温变应力会对井壁稳定性造成影响,因此考虑井壁温度效应,探索了温度变化对高温高压直井井壁稳定性的影响。通过分析井壁附加温变应力场,建立了考虑温度效应的坍塌压力和破裂压力计算模型,发现了温度变化对井壁稳定性的影响规律。低温钻井液在高温地层循环产生的附加温变应力,使地层坍塌压力和破裂压力减小。该方法为该区块后续生产井的顺利实施提供了技术支撑,相比探井,钻井周期大幅缩短。考虑温度效应的地层坍塌压力和破裂压力计算模型,对今后窄安全密度窗口高温高压直井的井壁稳定性研究具有参考价值。     

中江地区井壁力学稳定性研究

中江地区沙溪庙组地层在钻井过程中一直存在比较严重的垮塌现象，给该区钻井施工带来较大的技术难题和经济上造成较大损失。为弄清井壁稳定性机理，为该区钻井工程的设计与施工提供科学依据，文章从井壁应力状态角度出发，根据岩石力学理论分析和实验，利用钻井、录井、测井、测试、压裂等资料建立了计算中江地区沙溪庙组地层井壁力学系统合理的物理模型和计算方法，建立了该区地层孔隙压力、地应力、井壁破裂压力和井壁坍塌压力剖面，并在此基础上对井壁力学方面的稳定性进行了分析，发现在1600～1840m井段地层坍塌压力较高，与地层压力相当，出现了井壁扩大现象，井壁稳定性差，建议改进钻井液性能，降低地层坍塌压力。     

椭圆形井眼的井壁稳定分析

本文分析了由井眼崩落造成的椭圆形井眼的井壁稳定问题,推导出了椭圆形井眼的地层破坏压力和地层坍塌压力的计算式,结果表明椭圆形井眼的破裂压力和坍塌压力都比圆形井眼大,从而提高了钻井液密度的设计下限。     

高温井地层温度变化对井壁稳定性影响规律研究

高温井钻井过程中保持井壁稳力的常规方法中并没有考虑地层温度变化的影响,为安全钻井带来了隐患.从钻井过程中井壁及地层温度场的数值模拟和附加温变应力下井壁周围应力场的计算出发,研究了井壁及地层温度变化规律和井周围岩应力状态.依据控制体单元能量守恒原理建立了钻井过程中井壁及地层温度场控制方程,并利用有限差分法对控制方程进行了离散,并对数值求解方法进行了优化,实现了温度场的快速计算.依据孔隙介质热弹性理论对井壁周围的应力分布规律进行了计算,结合地层的强度准则确定了考虑温度变化情况下地层坍塌压力、破裂压力的计算模型,为高温井安全钻井液密度窗口的设计提供了依据.     

川东北地区陆相地层井壁稳定性测井分析

川东北地区的工程地质特征复杂,陆相地层井壁失稳现象严重,给钻井工程施工带来了很大困难。结合岩石力学理论,对该区岩心实验数据、测试资料、刻度测井数据进行研究。形成该地区井壁稳定性测井评价方法,建立岩石弹性参数、地层应力、三压力、钻井液密度安全窗计算模型及参数剖面。确定川东北地区影响井壁稳定性的地质因素主要为岩性复杂多变、裂缝发育和纵向多套压力系统等。研究成果在实钻井中获得较好应用效果,为解决该地区陆相地层的钻井井壁稳定性问题提供重要技术支撑。     

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文章在连续介质力学井壁稳定性分析的基础上 ,系统地计算分析了温度扰动对直井井周应力分布和井壁稳定性的影响。结果表明 ,当地层温度低于井筒内流体温度 ,地层受井筒内流体加热作用时 ,随着温差的增大 ,井壁所受井周周向应力和轴向应力也随之增大 ,井壁压性破坏的可能性增大 ;当地层温度高于井筒内流体温度 ,地层受井筒内流体冷却作用时 ,随着温差的增大 ,井壁所受井周周向应力和轴向应力也随之减小 ,周向应力和轴向应力逐渐由压应力变为张应力 ,井壁张性破坏的可能性增大     

不同地应力场对大斜度井井壁稳定规律的影响

大斜度井由于井斜角大,其井周应力状态和井壁稳定规律与直井有明显的差别。分析了大斜度井井周应力,并采用修正的Lade准则研究了不同地应力场对大斜度井井壁稳定的影响。结果表明,大斜度井井壁稳定受地应力场和井眼轨迹的影响,不同地应力场中和不同井眼轨迹条件下井壁稳定规律不同。大斜度井井壁坍塌方位与井眼轨迹和地应力场的特征有关,其规律较为复杂;对于水平井,井壁坍塌方位呈90／270°或0／180°对称出现。     

酸对灰岩地层井壁稳定性及临界压差的影响研究

井壁稳定问题不仅直接影响着钻井的安全高效,而且影响着油气井完井方式的选取及油气田的开发效益。影响井壁稳定的因素包括力学的和物理化学的因素,涉及到油气田开发的全过程。为此,从岩石力学实验出发,以四川盆地某气藏飞仙关组灰岩储层为例,全面分析了盐酸作用前后灰岩地层岩石强度的变化规律,并基于实验结果,利用三维弹塑性有限元力学模型,计算分析了酸作用前后的井壁稳定性和临界生产压差的变化。研究表明,盐酸作用使岩石的机械强度及井眼的稳定性都有所降低;对致密砂岩、灰岩等在生产初期需进行酸洗、酸化或压裂增产措施的地层,其临界生产压差的控制应该考虑到增产措施的影响,而不应采用岩石的初始强度进行预测。另外,岩样取心方式对岩石强度参数、井壁稳定及临界压差的预测结果也有较大的影响。通过实验研究认为,岩石取心方式应视井眼在储层段的轨迹与水平向的夹角而定。对直井,岩石取心为直井全尺寸取心的侧向,对水平井,岩石取心则为直井全尺寸取心的平行方向。     

椭圆形井眼及其稳定性的研究

在圆形井眼周围岩石应力分布及井壁岩石变形的计算中,得到了椭圆形井眼的曲线方程。从理论上解释了椭圆形井眼的成因。提出了用椭圆形井眼长短轴半径和地层的力学参数来计算地层应力的新方法;进而通过对椭圆形井眼周围岩石应力分布的分析,对不同岩性的地层确定了不同的井眼稳定性条件。(?)此基础上,提出了在保持井壁稳定的条件下实行近平衡钻井的原则以及为此所需的泥浆密度使用范围。这对于保护油气层、降低钻井成本及提高钻井质量都具有指导意义。     

地应力场对水平井井底临界坍塌压力的影响

井壁的剪切垮塌,是钻井过程中经常遇到的井壁稳定性问题,严重地影响着钻井的速度、质量及成本。为减少井下事故、规避钻井风险,降低钻井成本,基于线弹性力学模型,运用Drucker-Prager(德鲁克-普拉格)准则针对地应力场对水平井井底临界坍塌压力的影响进行了计算分析。结果表明,在井壁稳定性问题中,水平井井底临界坍塌压力的大小不仅受地应力场中应力大小关系的影响,而且与水平井方位角、井周角存在着一定的关系。在实际钻井过程中应根据实际地应力大小、方向及储层条件确定最佳钻井方式,以期达到最佳钻完井效果。     

A Mechanical Model of Borehole Stability for Weak Plane Formation Under Porous Flow

Abstract

Based on influence of porous flow on weak plane model, the authors established a mechanical model of borehole stability for weak plane formation under porous flow and analyzed effect of weak plane on borehole stability under porous flow. The results indicated that porous flow decreased strength of weak plane, enlarged the affecting domains of weak plane for rock mass strength, and worsened borehole instability in weak plane formations. With porous flow increasing, water content of weak plane increases. For the weak plane with DIP < 10°, the borehole is stable; for 10° < DIP < 30°, the borehole is likely unstable when azimuth is close to the direction of maximum stress, and the larger the dip, the worse the borehole stability; for DIP > 30°, it is opposite to the situation of 10° < DIP < 30°. While weak plane formation is next to be saturated, the minimum drilling fluid density for borehole stability does not change with weak plane azimuth and borehole stability is the worst. The mechanical model of borehole stability for weak plane formation under porous flow is applied to a well in Tarim Basin piedmont.     

从闷井压力反演页岩油水平井压裂裂缝参数和地层压力

页岩油压裂水平井投产前普遍先闷井,为快速评价体积压裂效果,提出基于页岩油藏闷井压力数据的压后评估方法。通过闷井数值模拟,表征压裂水平井缝网改造区域的压力扩散与流体运移规律,并建立闭合后线性流计算模型和裂缝储集控制数学模型,形成反演裂缝参数与地层压力的计算方法。结果表明,压裂停泵后改造区域依次经历井筒末段裂缝控制、全井段裂缝控制以及储集层基质控制下的9个流动阶段,其压降导数在双对数坐标下为不同斜率的多个直线段;应用于吉木萨尔凹陷4口典型页岩油水平井,证明了闷井压力数据能用于裂缝参数和地层压力反演,也验证了提出方法的适用性,可供评价压裂作业效果和优化平台井距借鉴。