钻井液对页岩力学特性及井壁稳定性的影响

钻井液长期浸泡会对层理性页岩产生影响,进而影响到页岩地层的井壁稳定性。利用川南地区龙马溪组页岩开展了不同钻井液浸泡后页岩单、三轴力学实验,分析了其力学特性及破坏形式的变化特征,并探讨了井壁失稳机理。结果表明:受层理影响,页岩力学特性具有明显的各向异性特征,且具有围压效应;油基钻井液对层理面的润滑作用增强了各向异性,页岩沿层理面发生剪切破坏,破坏形式受层理面控制;水基钻井液对页岩造成水化损伤,微裂缝扩展沟通层理,降低了各向异性,易发生复合破坏,破坏形式受基质体和层理面双重控制,井壁更易失稳;黏土矿物水化作用和孔缝毛细管效应是页岩地层井壁失稳的根本原因。该研究可为层理性页岩井壁稳定分析提供参考。     

井壁岩石流动和软化特性的力学分析

应用粘弹塑性力学和岩石力学理论,详细讨论了粘弹性岩石井眼的应力和位移。推导出不同于弹塑性岩石的力学方程式。同时,将时间和概念引入到井壁稳定的力学分析中,得出在不同的时间条件下,井壁岩石的应力状态妥生转变等结论。     

各向异性条件下岩石力学参数对井壁应力的影响

为了使井壁应力计算值更贴合井下实际工况,本文基于广义平面应变假设和连续均匀线弹性理论,建立了各项异性岩石地层的井壁应力计算模型,并使用软件Matlab编程计算不同力学参数井壁处的应力,分析不同各向异性力学参数在何种情况下可以做各向同性假设,以便更准确的确定井壁应力,使井下工作顺利开展。     

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。     

页岩水化对其力学性质和井壁稳定性的影响

在对新疆油田呼图壁地区防塌钻井液配方进行优选的基础上,进一步研究了钻井液引起的水化与泥页岩力学性质和井壁稳定性的关系。试验和计算结果表明,泥页岩水化后由于抗压强度降低,粘聚力下降,因而对钻井液安全密度窗口有显著的影响。以呼002井泥页岩为例,水化后坍塌压力所对应的钻井液密度值提高了0.23g/cm3,破裂压力所对应的钻井液密度值降低了0.15g/cm3。在相同的试验条件下,泥页岩水化程度与钻井液类型有关。在所使用的3种防塌钻井液中,KCI两性离子聚磺钻井液对泥页岩的抑制作用为最好.     

测井资料与岩石力学参数相关性及其在井壁力学稳定性计算中的应用

应用大庆头台和茂兴地区5口井的测井资料,14块岩心的室内试验数据,找出了该区块不同岩性在相应围压下的静、动态岩石弹性参数的相关性,根据线弹性理论以及岩石的破坏准则建立了井壁稳定性条件,确定了井壁破裂和坍塌的3个临界压力剖面,结合孔隙压力确定了头台和茂兴地区的安全钻井液密度剖面。     

利用超声波预测井壁岩石力学参数

介绍了井壁力学稳定性分析中利用超声波技术预测井壁岩石强度参数的原理及模型。岩石强度预测模型包括动静弹性模量、波松比、单轴抗拉和抗压强度、岩石内聚力、岩石内摩擦角等参数与超声波速度之间的关系。用人造饱和盐水泥岩岩心以及井下泥岩岩心进行了超声波测定和单轴抗压强度试验。结果表明,超声波测定资料和模型能较好地预测井下岩石强度参数,为井壁力学稳定性分析提供依据。     

钻前井壁力学稳定性研究

钻井过程中井壁稳定与否，关系到能否实现安全、快速的钻进，同时又能够尽可能的减少对储集层段的污染，减少钻井费用，所以对井壁力学稳定性的研究越来越受到重视，已经成为当今乃至将来研究的重点。通过使用地震反演的方法，将测井资料作为反演的约束条件，构建待钻井处声波和密度测井曲线，利用测井的方法计算岩石力学特性参数，计算3个压力剖面，进而预测安全钻井液密度窗口，为钻井设计提供了参考，并可指导安全钻井。通过对高石梯潜伏构造上王家1井的安全钻井液密度窗口的预测与实钻钻井液密度和录井数据的对比分析表明，利用地震反演法钻前预测的安全钻井液密度窗口是准确的，具有工程应用价值。     

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。     

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。     

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。     

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.     

孔隙压力对砂岩岩石力学特性影响试验

揭示低渗透油气藏长期注水过程中动态裂缝的成因机理,首先要搞清孔隙压力对储层岩石力学性质的影响规律。利用美国GCTS公司RTR-1500高温高压岩石力学测试综合系统进行试验,研究灰褐色油斑细砂岩、细砂岩、钙质细砂岩3种岩样在不同孔隙压力条件下岩石力学性质的变化规律,分析不同岩性的抗压强度、弹性模量、泊松比、声波变化等参数的变化趋势。研究表明:这3种岩样的抗压强度、弹性模量和纵波速度均随孔隙压力增大而减少,泊松比变化无明显规律;随着孔隙压力的增大,岩样弹性阶段减短,塑性阶段增长;二项式可以很好地拟合孔隙压力与抗压强度的关系。     

井壁力学稳定性与完井方法选择

本文简要介绍了地层流体向井内流动时,产生的对井壁附加作用应力和计算方法,以及可能由此导致的裸眼井壁的力学不稳定性问题。并结合国家“八五”科研实践,分析探讨了应用该原理解决完井方法选择中的关键性问题及所取得的初步成果和进展情况。     

考虑岩石尺寸效应的井壁稳定性分析

从岩石强度的尺寸效应出发,初步探讨了小井眼和微小井眼的井壁稳定性特点.一般情况下,当井眼尺寸减小时,坍塌压力随之降低,破裂压力随之增加.实例分析表明,小井眼钻井的地层坍塌压力所对应的钻井液密度比常规井眼钻井低1%～9%;破裂压力所对应的钻井液密度比常规井眼钻井高1%～7%.微小井眼钻井的上述两个密度比常规井眼钻井分别低9%和高7%以上.换言之,小井眼和微小井眼钻井的安全密度窗口范围增大.     

深层页岩气储层岩石力学特性及对压裂改造的影响

赋存深度对页岩储层岩石力学特性具有显著影响.研究深层页岩的形变破坏机理,获得赋存深度对岩石力学参数的影响规律,能够为页岩油气开发提供至关重要的基础参数.采用不同深度页岩岩样系统开展了岩石力学实验,分析了深层页岩的关键力学性质,得到了其强度参数及形变模量的变化规律.结果表明:深层页岩在力学强度、抗形变破坏能力、破裂方式等...     

钻井液对井壁稳定性的影响研究

在实际的钻井过程中,如果出现井壁失稳现象,单纯提高钻井液的密度使井眼重新达到稳定状态,会造成其它方面的一些钻井工程问题,如压差卡钻、降低钻进速度等,更严重的是如果已经揭开了油气层,会对油气层造成更严重的伤害。是否可以通过调节钻井液的其它性能来达到井壁稳定的目的,为此收集了大港油田北大港断裂带、唐家河断鼻、南大港断块、板北断块、舍女寺断鼻等五个区块的现场钻井液性能参数及相应井段的井径 数据,通过统计回归的方法研究了钻井液密度、粘度、API滤失量、滤饼厚度、排量与井眼扩大率之间的关系,分析了这些钻井液性能对井壁稳定的敏感性,得出钻井液的密度、API滤失量是影响井壁稳定性的敏感性因素 ,钻井液的粘度是次敏感性因素,滤饼厚度和排量是非敏感性因素的结论。
     

滤饼质量对井壁周围应力和井壁稳定性的影响

无论是过平衡钻井,还是欠平衡钻井过程,都可能导致井周围地层孔隙压力改变,这样就使通过假定地层孔隙压力恒定而得到的井壁周围应力分布和地层的安全钻井液密度范围与实际偏离。滤饼质量直接影响到井壁附近地层的孔隙压力,定量地分析了滤饼质量对井周地层径向应力、切向应力、轴向应力和剪应力的影响。结果表明:一方面随着滤饼质量的提高,井筒内钻井液液柱压力对井壁地层的支撑作用逐渐增强,井壁地层抗剪切垮塌的能力相应提高,井壁稳定性变好;另一方面,地层颗粒间的接触应力逐渐增大,岩石抵抗张性破裂的能力增强,地层的破裂压力提高,井壁稳定性变好。滤饼质量好坏对低渗透地层的影响尤其显著。     

温度和化学耦合作用对泥页岩地层井壁稳定性的影响

钻井工程中,泥页岩地层井壁失稳问题严重。由于泥页岩地层的强水化膨胀性,目前大部分研究都集中于此,从而弱化了其他因素对井壁稳定性的影响。基于热孔隙弹性理论,考虑泥页岩的半透膜效应,对钻井过程中泥页岩地层温度和化学渗流作用对井周应力和坍塌压力的影响程度进行了分析。结果表明:钻井液与地层的温差和化学渗流均会产生相应附加应力,该附加应力会造成地层坍塌压力上升。同时由于温差和化学渗流的附加应力存在,井周应力分布发生变化。井周应力的重新分布使井周失稳区域改变,近井地带岩石稳定性较差,造成扩径率增大。因此,对于泥页岩地层井壁稳定性分析,在着眼于泥页岩水化特性的同时,温度和化学渗流作用不能忽视。     

海洋大位移井井壁力学稳定性研究

大位移井的井壁稳定对海洋油气开发过程中的正常钻井十分重要。文章从大位移井井壁稳定的岩石力学机理出发,分析大位移井井壁围岩的应力状态,根据地壳岩石的特性建立了海洋大位移井井壁稳定的各向同性线弹性力学模型,并根据库仑—摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则给出了大位移井井壁坍塌、井壁破裂的条件。利用VisualBasic语言编制了Windows环境下的大位移井井壁稳定分析计算软件,利用该软件分析了影响大位移井井壁稳定性的因素,并定量计算大位移井的井壁坍塌压力。对东海某气田的实际资料进行计算处理表明,大位移井井壁坍塌压力与井斜度和井斜方位角有着直接的关系。大位移井井壁坍塌压力随井斜角与井斜方位角的变化规律主要由地层的原地应力状态决定。