考虑渗流作用的套管错断口井壁围岩变形量计算

考虑岩体中流体的渗流作用,建立套管错断口井壁周围岩体的平衡微分方程.按照损伤程度不同将错断口井壁岩体划分成不同区域(失稳破坏区、损伤区和弹性区),结合不同区域内岩石材料参数的不同,导出错断口周围岩体各个区域内应力分布规律以及岩体发生失稳破坏和损伤的范围,在此基础上,根据弹塑性力学理论,得出套管错断后不同区域内岩体的变形...     

考虑损伤和孔隙压力的油井井壁稳定条件

将岩石视为多孔介质 ,考虑孔隙压力和井壁损伤 ,应用弹塑性理论和损伤力学 ,导出了井壁围岩的应力分布规律 ,并根据极值点失稳理论提出了井壁稳定条件。分析了临界损伤区深度和临界载荷随E/λ、内摩擦角、有效孔隙率的变化规律     

气体钻井钻前水层预测与井壁稳定性研究

井眼稳定和地层出水问题限制着气体钻井技术的推广应用.采用细观损伤力学方法建立了气体钻井井眼稳定的力学模型,通过跟踪声发射信号研究了井壁围岩在应力下的损伤演化,着重探讨了井眼稳定的特殊机理、均匀分布载荷和不均匀分布栽荷下井眼周围的损伤特点.研究发现,气体钻井的井眼稳定存在一个临界状态,在该状态以内,井眼周围出现范围较小的损伤区(塑性区),但井眼是稳定的;超过该状态,损伤区(塑性区)大范围扩展导致井眼失稳,井眼周围损伤区内形成了微裂纹和裂缝,造成转换介质后井壁失稳.数值模拟结果和室内真三轴试验结果吻合.开发了利用综合测井资料进行钻前水层预测和气体钻井井壁稳定评估的软件,在几个区块的应用检验表明,预测结果和实际情况吻合.     

克深地区井壁稳定性评价及钻井工程应用

塔里木盆地克深地区裂缝性储层埋藏深,井壁失稳问题严重,建立该区考虑地层各向异性的井壁稳定性评价方法非常重要。通过对现场井壁失稳与地层弱面的相关性研究,发现弱面在强应力、高孔隙压力背景下,将先于岩石本体破坏,产生掉块、垮塌、卡钻现象。若裂缝渗透性较好,钻井液液柱压力大于孔隙压力时即有可能发生漏失,漏失压力不再由破裂压力和最小水平主应力控制,而是取决于裂缝产状和三轴应力状态之间的关系。因此对于强各向异性地层,其强度软弱面上的坍塌压力和漏失压力是钻井稳定性评价中的关键。在核定该区井壁失稳的主控地质因素是强应力背景下的裂缝弱面错动破坏的基础上,评价了克深区带横向各向异性岩体力学的稳定性,建立适用于强各向异性复杂条件下的井壁稳定性评价方法。结果表明克深裂缝性储层的安全泥浆密度窗口普遍较窄甚至无理论安全窗口,提出改善钻井液性能或者采用定向井钻探方案以减少井壁失稳的工程应对方案。现场实践应用表明,钻井液密度调整至合理范围后,井壁失稳明显减少,现场复杂问题得到有效解决。     

泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合研究

基于井壁失稳的根本原因在于力(包括地应力和化学力)的作用观点,研完了垂直井中井壁稳定力学与化学的耦合作用。通过试验得出了模拟井下环境中井眼周围泥页岩与钻井液相互作用的规律,得到了地层水化效应模型、井壁周围泥页岩吸水量与距离和时间的关系式以及泥页岩水化膨胀应变与吸水量的关系等。最后,提出了水化作用下井眼周围泥页岩应力的简便计算方法,即:①求解由吸水膨胀引起的井壁周围泥页岩应力分布,②根据有限元方法计算由地应力的非均匀性引起的井壁周围泥页岩应力分布,并迭加到①中求解的应力中去。指出在计算中应考虑不同距离处因井眼周围泥页岩含水不同而引起的材料力学参数的变化。     

裂缝井壁力学稳定性研究

针对钻井过程中的井壁失稳问题,探讨了裂缝井壁失稳机理,主要考虑了井壁裂缝尖端的应力强度因子,采用有限元法和孔隙弹性理论研究自然裂缝地层中的井眼行为,分析裂缝井壁的稳定性。同时研究了不同参数对裂缝扩张和井壁稳定的影响,为正确认识裂缝井眼的稳定性提供了科学依据。     

控压钻井过程中泥页岩井壁破坏分析

控压钻井过程中,控制井底压力与地层压力相当,可以减少井壁由于井底压力过小或过大引起的井壁坍塌或破裂问题。对于水敏性泥页岩地层,即使在压力平衡的情况下,由于水基钻井液和泥页岩之间的水化渗透作用,泥页岩井壁也有可能不稳定。为此,建立了控压钻井条件下泥页岩井壁稳定非线性流-固-化耦合新模型,考虑了离子扩散与岩石变形的全耦合以及流体流动和离子扩散过程的非线性;通过有限元分析泥页岩井壁周围孔隙压力场和应力场的变化,计算井壁周围地层破坏系数,检查井壁是否破坏。研究结果表明：①控制压力钻井与常规钻井相比,水化渗透引起的孔隙压力剖面变化较小,有利于泥页岩井壁稳定;②泥页岩井壁失稳主要有井壁破坏、井壁附近地层破坏两种方式且后者是有时间效应的;③现有模型与非线性全耦合模型相比,过大地预计了井周孔隙压力和总应力且其压力峰值传播较慢;④泥页岩井壁失稳后,新的泥页岩表面暴露在钻井液中继续进行水和溶质交换,井眼扩大到一定值后,发生进一步失稳的可能性较小。     

固井过程套管串屈曲变形分析

针对深井固井过程套管串失稳变形现象,选取垂直井眼内轴向零点以下套管串为研究对象,考虑套管与井壁的接触摩擦以及套管串的变截面结构,采用有限元结构稳定性分析方法对受压套管串进行失稳计算。将求得的多阶失稳波形叠加值作为套管的初始位移值,再采用接触非线性分析方法模拟套管串与井壁之间的接触摩擦,分析了变截面对套管屈曲变形的影响。对管柱受压屈曲分析具有重要的理论意义和应用价值。     

多分支井连接段有限元流固耦合建模与分析

侧钻分支井会对原有地层应力造成扰动,改变2个分支之间连接段的应力分布。以岩石力学为基础,考虑了各向异性的地层应力以及稳态达西渗流的影响,建立了连接段的流固耦合模型。通过对所建模型的计算得出侧钻扰动后连接段附近的应力、位移和渗流场分布规律;采用摩尔-库仑准则图形化了连接段井壁的破坏情况,并且分析了模型中各种几何参数对连接段井壁稳定性的影响。分析结果表明,由所建模型得出的井壁破坏图可以正确地预测井眼周围哪些区域会出现井壁失稳现象;改变分支井眼直径对改善分支井连接段的应力集中作用不大,对连接段的力学稳定性影响很小。     

一种颗粒离散元的井壁稳定性分析模型

井壁失稳问题一直制约着渤海油田的高效开发。随着向深层要油气的战略实施，钻井持续向深层、致密层攻关，维持井壁稳定性对安全经济钻井作业的支撑作用更加明显。因此，为了揭示井壁失稳的微观机理，精确预测坍塌压力区间，建立了一种适用于井壁稳定性分析的离散元模型，剖析了多个颗粒接触微观参数对地层力学特性的影响规律，引入崩落宽度准则判断井壁失稳，分析了井内液柱压力对井壁岩石破坏形态的影响。研究结果表明，代表地层的颗粒发生黏结断裂后，整体刚度下降引发应力重分布，原损伤位置承担的载荷会转移到未损伤部位，既而诱发局部的接续破坏并渐进式向地层深部发展，直至形成一个稳定的破坏区。因此，坍塌压力当量密度的合理区间下限应使井壁发生适度破坏而不失稳，窄密度窗口钻井时，钻井液密度应贴近下限值。对BZ13-1油田12口井进行现场应用，钻井复杂率降低了67%，验证了离散元井壁稳定性分析模型的准确性。     

油井套管损坏动力学机制研究

油井套管损坏是影响油田正常生产的难题之一。分析了油井套管损坏的地质环境,指出在塑性岩层、断层、地壳活动、地震活动及油层出砂等地质环境中易造成油井的套管损坏。套管动力学条件的改变是油井套管损坏的主要原因,构造动力学环境控制非构造动力学环境,非构造动力学环境变化对套管周围动力学环境的改变更为敏感,因此油井套管损坏主要是构造和非构造动力学环境、强度发生变化而造成的。     

油水井套管损坏的地质条件研究

本文从岩性、物性、岩石力学性质分析影响套管损坏的因素,确定出地层薄弱环节,找出损坏套管的“危险段”。提出防止套管损坏的措施。     

真三维套管-水泥环-岩层系统力学模型研究

二维力学模型很难真实反映套管的受力状态,三维力学模型没有考虑地质构造形态对套管损坏的影响。为了克服上述力学模型的缺陷,提出了真三维套管-水泥环-岩层系统力学模型。采用ANSYS软件中自底向上的建模方法建立真三维套损力学模型。根据地质勘探获得的三维地质构造信息,在井眼附近取出一定大小范围内的三维地质构造数据点,以获取不同层位各离散点的高度数据,用这些数据建立井眼周围的三维地质构造曲面,在此基础上生成三维实体的粗糙模型。研究结果表明,真三维套管-水泥环-岩层系统力学模型能够真实地模拟套管实际变形,可与有限元分析方法相结合用于套损的预测。     

疏松砂岩地层出砂对套管损坏的研究

以东濮凹陷文明寨油田历年井况调查的套管损坏资料为依据，在对出砂油井套管损坏形态、层位与射孔状况、岩石性质等因素进行综合分析基础上，对疏松砂岩出砂、上覆岩层坍塌等主要方面导致的套管受力变形进行研究，为探讨防治措施提供依据。     

ģ��ʶ��Ԥ�������׹ܵı�����

近年来,我国许多油气田的套管损坏均呈快速增长势头,套管损坏的频繁出现带来了巨大的经济损失,也严重防碍了正常生产。然而,按照以往的方法对井下套管变形情况进行识别,进而预测其损坏程度是非常困难的。这种困难来自于许多方面,诸如井眼周围地下情况的不明确、套管受力难以确定、复杂的失效机理、因素的模糊性、套管损坏原因与结果之间的模糊关系等等。为此文中首先系统地分析了这些困难,对套管损坏的原因进行归纳及分类,然后在此基础上利用模糊数学建立了对套管损坏的数学描述,提出了用模糊综合评判方法识别套管的变形情况,进而用序列评判结果来预测套管损坏程度和使用寿命。该方法考虑并利用了影响套管损坏的许多模糊因素,在一定程度上解决了以往方法中遇到的困难,为套管寿命预测研究提供了一种新的途径,并得到了生产单位的肯定。     

盐岩蠕变地层的油水井套管损坏机理

中原油田大部分油水井的套管损坏发生在盐膏层段。在盐膏岩层的蠕动、变形、滑移和流动过程中,对阻碍其运动的套管施加的非对称挤压力和剪切力往往超过套管的强度,这是造成套管损坏的主要原因。通过盐岩的三轴蠕变实验,描述盐岩蠕变的有效粘性系数,给出盐岩蠕变计算中使用的具体理论公式和数值计算方法,采用控制容积方法计算盐岩蠕变的速度、位移及作用在套管上的非均匀外挤力。     

非均匀地应力下套管受力影响因素研究

在非均匀载荷作用下套管易挤毁失效,特别是在软岩层段中该问题尤其突出。为此,文中建立了非均匀地应力下、考虑水泥环界面不同接触状态的软岩层、水泥环和套管组合体力学模型,应用弹性力学半逆解法推导了水泥环和套管的应力、位移表达式,采用数值方法进行了求解。以某地区软岩层为例,研究了水泥环界面接触状态、地层力学参数、水泥环力学参数及几何参数、套管几何参数对套管受力的影响规律。研究表明,当界面完全接触时,套管受力最佳;当界面光滑接触时,套管受力最恶劣;在水泥环界面良好接触的条件下,提高水泥环力学性能、增加套管壁厚能改善套管受力。该模型及其力学分析程序可为非均匀地应力下固井工程设计提供参考。     

高含水后期套损井综合治理配套技术

大庆油田杏北开发区自1972年出现套损以来至2004年底已发现套损井2473口,套损形势十分严峻。套管损坏不仅造成油田的注采失衡,而且对套损井采取增产增注措施都会产生不同程度的限制,降低了套损井区剩余油的挖掘潜力。近几年通过不断加强套损井治理工作,套损井区的注采关系逐步得到改善。在套损井大修方面,研究应用了通径70mm以上套损井整形扩径技术,开展了段铣扩径技术和膨胀管加固技术攻关,不仅提高了套损井大修的修复率,而且提高了修井质量;在套损井利用方面,研究并应用了套损井分层注水工艺技术和细分堵水技术,开展了套损井分层压裂改造技术攻关．为通径100mm以上套损井细分注水、增产增注等措施提供了技术保证,充分发挥了套损井在油田高含水后期的生产潜力。     

流固耦合作用下注水井井壁稳定性研究

注水开发油田在生产过程中，渗流场会对油藏地应力场产生影响，在井壁附近产生应力集中。研究了注水过程中流固耦合作用下套管损坏的力学机理，在传统的Biot 方程的基础上，考虑介质渗透性能随应力的变化，建立了注采过程中流体渗流与固体弹塑性变形的非线性耦合数学模型，采用全耦合的有限元法对所建立的模型进行求解。通过对大庆油田南二区某注水井注水开发过程的数值模拟，分析了注水对储层孔隙压力、井壁围岩应力场和变形场的影响，并对比了不同注采情况下储层孔隙压力和井壁应力随时间的变化关系。研究表明，油藏注水开采过程中，油藏流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为合理建立油藏注水开发的流固耦合计算模型，合理控制注采压差，预防和减少该地区地层变形、套管损坏等提供了依据。