流-固-化-热耦合的陆相页岩井壁稳定力学模型及应用

由于钻井液浸泡,陆相页岩中的黏土矿物发生水化膨胀,页岩力学强度会发生弱化,诱发井壁坍塌现象。为探讨陆相页岩井壁稳定机理,假设井壁页岩为多孔弹性介质,考虑页岩基质和层理随着钻井液浸泡时间的水化过程,构建了流-固-化-热耦合的井壁应力场模型,再结合剪切破坏准则,形成了陆相页岩井壁坍塌压力评价模型。以泌阳凹陷陆相页岩油藏A水平井基础参数为例进行计算,揭示了A井井壁失稳原因,并优选了钻井液密度。结果表明：水平井若沿着最小水平主地应力方向布置,则井壁坍塌风险最小;在井斜角为45～70º的造斜段内,可采用水基钻井液,但其密度应高于1.35g/cm³,在井斜角为70～90º的高造斜段内,应采用油基钻井液;研究结果与A井钻井情况吻合。该研究结果可应用于指导陆相页岩井壁坍塌压力预测和钻井设计。     

泥页岩渗透水化作用对井壁稳定的影响

钻井过程中,当存在水基钻井液化学渗透作用时,泥页岩井壁将更加不稳定.建立了力学-化学耦合作用下井壁周围应力分布模型,通过采用有限差分法对该模型求解,得出了井壁周围应力分布,通过利用破坏准则计算井壁坍塌压力,得出了合理的防塌钻井液密度,同时研究了井周应力分布和坍塌压力的时间效应.研究表明,泥页岩地层的膜效应较好时,渗透水化作用越大,膜效应不存在时则不发生渗透水化作用；维持泥页岩井壁稳定所需的防塌钻井液密度是随时间增大而增大,当使用钻井液溶质浓度低时,破坏发生在地层内部,需使用高密度钻井液防止井壁坍塌,对于过平衡钻井,当使用高浓度钻井液时破坏发生在井壁,对实际钻井有理论指导意义.     

泥页岩井壁稳定研究及在临盘地区的应用

从岩石力学和物理化学两个主要因素简要分析了井壁失稳的机理，指出泥页岩井壁失稳是由力学与化学两方面因素共同作用的结果。钻井液与泥页岩存在化学势差，并改变了井壁附近的孔隙压力，降低岩石强度。借助于井壁处有效应力的变化,将泥页岩与钻井液相互作用时页岩水化所产生的力学效应与纯力学效应结合起来，计算出任意井斜方位井眼围岩应力状态，利用测井资料求出有关岩石力学参数和Mohr Couloumb准则，计算得出防塌的临界钻井液密度。     

斜井井壁稳定的测井预测方法

从影响井壁稳定的力学因素出发,通过井壁围岩应力分析提取影响斜井井壁稳定的主应力,结合岩石破坏的强度准则建立地层坍塌压力和破裂压力的测井预测模型.针对研究工区地质情况对模型进行适当修正,建立了该区安全钻井液密度窗口.通过精细解释测井资料预测的井壁稳定情况表明,测井资料能够较好地预测井壁的稳定性,为防止井漏、井塌等工程事故...     

钻井过程中煤层井壁失稳数值模拟研究

煤岩强度低、节理发育的特性使煤岩坍塌与泥页岩坍塌在机理上有本质的区别.研究发现,当节理渗流压力小于某一定值时,煤岩节理最大位移、剪切位移呈线性变化;当节理渗流压力大干该定值时,节理位移呈级数增加.针对这一现象,应用流固耦合计算比较渗流和非渗流状态下不同钻井液密度下的煤岩节理位移,确定煤层防塌的合理钻井液密度,为煤层井壁...     

定向井井径扩大率计算模型及影响因素分析

井眼适度坍塌是缓解井壁稳定和储层保护矛盾的关键技术之一。根据弹性力学理论,建立了定向井井径扩大率计算模型,并分析了钻井液密度、井斜角和方位角对井径扩大率的影响规律。结果表明:对于任意井斜角、方位角的定向井而言,允许井壁适度坍塌,均可降低所需的钻井液密度;允许井径扩大一定程度的条件下,所需钻井液密度随井斜角增大呈增大趋势,但是随着钻井方位靠近水平最小地应力方位,此趋势逐渐改变为先减小后增大。通过该方法可得到任意井斜角、方位角井眼钻井液密度与井径扩大率的对应关系,根据钻井安全和储层保护的要求指导现场合理设计钻井液密度。     

渤海中深层井壁稳定流固耦合研究

渤海湾深部地层中存在大量的硬脆性泥页岩,易发生井壁失稳问题。鉴于此,将硬脆性泥页岩视作多孔弹性介质,探讨了流固耦合作用对井周岩石的应力和变形场的影响规律,建立了渗流-应力耦合作用下井壁稳定计算模型,在此基础上,分析了钻开时间对硬脆性泥页岩井周破坏的影响规律。研究结果表明:钻开瞬间,在最小地应力方位井壁内部附近孔压急剧升高,井周破坏首先出现在井壁内部;随着时间的延长,破坏程度呈现先降低后增长的趋势;在工程上可通过加强钻井液的封堵性或调整优化钻井液密度与流变性能,控制液柱压力向井周的扩散。所得结论一定程度上揭示了硬脆性泥页岩地层井壁失稳机理,对提高深层油气资源的勘探开发效率具有重要意义。     

页岩层理弱面对井壁坍塌影响分析

受层理特征的影响,页岩地层的井壁坍塌形状与坍塌压力不再与各向同性地层表现一致。基于Jaeger弱面强度准则计算了井壁坍塌区域分布与坍塌压力大小,结果表明:井壁坍塌是页岩基质与弱面破坏叠加的结果,且当层理弱面倾斜角增大时,井壁坍塌逐渐受层理弱面破坏主导,坍塌方位不再与水平最小地应力方位一致,即井壁坍塌区域发生偏转,井壁坍塌形状由对角破坏演变为四角破坏;各向异性地层井壁坍塌压力只沿水平最小地应力(层理面倾向)对称分布,最优钻井方位不再仅沿水平最小地应力方位,而是应结合层理弱面的倾向,尽量减小井眼轨迹与层理弱面法向夹角;考虑钻井液侵入对井周地层压力的改变与地层强度的降低,钻井液的使用应在确保井壁力学稳定性的同时提高钻井液封堵性且使用尽量小的钻井液密度。本文研究结果可为预防页岩井眼钻进过程中井壁坍塌提供参考。     

泥页岩渗透水化井壁稳定分析

钻井过程中,由于水基钻井液化学渗透作用的影响,泥页岩井壁更加不稳定。钻井液与地层水不仅存在压力差,而且还存在渗透水化,这些因素都成为控制泥页岩井壁稳定的重要考虑因素。本文建立力学-化学耦合作用下井壁周围应力分布模型,采用有限差分法求解该模型,得出井壁周围应力分布,利用破坏准则计算井壁坍塌压力,得出合理的防塌钻井液密度,研究井周应力分布和坍塌压力的时间效应,对实际钻井有一定的理论指导意义。     

超深井侧钻段泥岩井壁失稳分析

为了解决西部超深硬脆性泥岩地层侧钻过程中井壁易垮塌的难题,从矿物特征及钻井液作用下地层强度的变化规律出发,确定了井壁失稳原因,考虑了层理面产状、井眼轨迹及地应力的综合影响,根据桑塔木组井壁围岩强度破坏条件建立了造斜井段井壁失稳地质力学模型.利用提出的井壁稳定力学模型分析可得,TKX-CH井侧钻段泥岩造斜初期坍塌压力当量密度为1.22 kg/L,实钻采用钻井液密度1.12 kg/L,井下掉块严重;井斜角达到58°时,将钻井液密度降至1.11 kg/L,井下掉块即得到抑制.现场试验表明,相同井斜角和侧钻方位角条件下,随着差应力比值的增大以及泥岩裸露在钻井液中时间的增长,维持井壁稳定的钻井液密度增大.研究认为,钻井设计时应根据地应力状态优选合理的造斜方位,以有效规避地层井壁围岩坍塌失稳风险高的井段,降低安全钻进风险.      

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.