非均匀应力场中井筒卸载过程井壁围岩孔隙弹性动力响应机制

传统井壁稳定理论没有考虑流体和固体的惯性作用,无法解释井筒受力变化下井壁失稳的本质。为了分析井筒卸载过程中井周应力场瞬态演化过程,揭示井壁围岩孔隙弹性动力响应机制,基于Biot饱和多孔介质弹性动力学理论,综合考虑孔隙流体、固体颗粒的压缩性及惯性、黏滞耦合作用,建立多孔弹性地层非均匀地应力场中表征井筒卸载过程井壁围岩动力响应的数学模型,通过对模型进行分解,采用Laplace变换和位移变换法,得到非轴对称井周应力解析解,分析井筒卸载过程井周应力场瞬时波动现象。研究表明:固体和流体的惯性作用导致井筒卸载早期井周孔隙压力与应力场产生波动,该现象传统理论无法揭示;井筒卸载过程中卸载速率越大,孔隙压力与应力的波动峰值越大;卸载后的井底压力越高,径向应力波动峰值越大,环向应力波动峰值越小。建立的模型为动载条件下井壁稳定力学分析提供了理论基础,并对认识钻井过程井下复杂事故具有重要工程意义。     

岩石破坏瞬间压机-岩石系统振荡特性研究

岩石的单轴压缩实验是获得岩石力学特性的通用方法。虽然单轴压缩实验在岩石力学测试中被广泛引用,但始终缺少对岩石和仪器所组成系统的动态响应的认识。本文通过对川南龙马溪组高脆性页岩的单轴压缩实验,研究了破坏瞬间岩石与压机的动态相互作用。通过提取动态破坏瞬间的实验数据,分析了压机和岩石对动态破坏的响应,建立了压机岩石的全系统振荡模型,并对模型进行了求解。同时对压机岩石系统进行颗粒流建模,得到了岩石破坏瞬间的全系统声发射响应。结果表明,离散元数值模拟方法得到的压机岩石系统对岩石破坏的动态响应与实验测得的声发射动态响应相吻合,脆性岩石破坏瞬间整个系统进行横向和纵向高频阻尼振动,压机岩石系统在岩石峰值破坏时的动态声发射响应主要来自类似拨弦振动的横向振动,振动的频域特性取决于压机岩石系统的尺寸以及力学特性。     

大尺寸真三轴水力压裂模拟与分析

采用大尺寸真三轴模拟试验系统模拟地层条件,对天然岩样和人造岩样进行水力压裂裂缝扩展机理模拟实验,并实现对裂缝扩展的实际物理过程进行监测。讨论了地应力、断裂韧性、节理和天然裂缝等因素对水压裂缝扩展的影响。     

定向射孔对水力裂缝起裂与延伸的影响

 射孔孔眼是沟通井筒和地层的通道,压裂施工中射孔参数影响施工效果。采用大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统,研究定向射孔方位角、水平应力差和微环隙对裂缝起裂、延伸、转向、破裂压力及形态的影响,并建立了射孔直井在地应力条件下产生垂直裂缝的破裂压力预测模型。实验结果表明：利用定向射孔压裂技术可以在地层中形成双翼弯曲水力裂缝;随着定向射孔方位角的增大,破裂压力越来越高,转向距离也越来越大;且水平最大主应力与水平最小主应力之间的应力差对裂缝的转向距离有很大影响;微环隙对裂缝形态及破裂压力也有影响,其使得破裂压力较从射孔孔眼起裂所需压力大幅降低,且裂缝形态与裸眼井起裂类似。结论对于实际的射孔参数优化设计和水力压裂施工具有参考意义。     

随机裂缝性储层压裂特征实验研究

模拟了裂缝性储层的天然裂缝系统,利用大尺寸真三轴实验系统,分析了天然裂缝影响下的水力裂缝形态、压力曲线特征和滤失机理.实验结果表明,在天然裂缝系统中,裂缝扩展模式分为主缝多分支缝和径向网状扩展两种形式.在同一个天然裂缝系统中,主缝多分支缝扩展模式在水平主应力压差高的条件下占优势,压力曲线波动频繁,基本符合一维滤失特征;径向网状扩展模式在水平主应力压差低的条件下占优势,压力曲线平缓,属于二维滤失.进行了小型压裂估算最小地应力模拟,定义了天然裂缝主导的误差系数,在模拟出的上述天然裂缝条件下,平均误差系数为0.2.     

含薄夹层盐岩地层套管等效应力分析

采用FLAC3D三维有限差分软件,建立了套管-水泥环-层状地层三维有限差分模型,分别研究了泥岩夹层弹性参数、厚度对含薄夹层盐岩地层界面处以及层内套管等效应力的影响。夹层厚度对上下岩层中的套管等效应力都有影响,泥岩和盐岩力学特性上的不匹配导致二者界面附近套管受力不均衡;夹层较厚时,套管等效应力相对较小;与泥岩相比,盐岩中套管等效应力较大,套管更容易发生屈服;夹层弹性参数不同时,夹层弹性模量越低,界面处以及夹层层内套管等效应力越大。该研究为含薄夹层盐岩地层套管设计和井筒安全性评价提供了理论依据。     

基于地震属性分析的地层孔隙压力钻前预测模型

钻前准确预测地层孔隙压力是进行井壁稳定状态分析的基础。基于地震和测井信息间的密切联系,提出了利用地震属性预测孔隙压力的新方法。通过神经网络建立已钻井段的井旁地震属性和声波时差测井数据之间的非线性关系模型,以此模型为基础预测未钻地层的声波速度。利用预测结果结合岩石力学模型得到垂直有效应力,最后根据有效应力原理计算地层孔隙压力。该方法有效克服了传统的地震层速度预测模型的不足之处,在油田的实际应用中取得了良好的效果,尤其适用于在勘探新区进行孔隙压力预测。     

国外页岩气井水力压裂裂缝监测技术进展

由于页岩气储层呈低渗物性特征,需要进行储层改造才能获得工业价值的天然气流。页岩气储层经过水力压裂产生的人工裂缝是页岩气产出的主要通道,通过裂缝监测手段可以确定裂缝的延伸特征,利用这些信息优化压裂设计,实现页岩气藏管理的优化。通过调研分析国外文献,可知目前国外常用的页岩气井水力压裂裂缝监测主要有直接近井筒裂缝监测、井下微地震监测方法、测斜仪监测和分布式声传感裂缝监测,对比分析了这几种裂缝监测方法的监测能力和适应性。在这些压裂监测技术中直接近井筒裂缝监测技术只作为补充技术,井下微地震裂缝监测是目前应用最广泛、最精确的方法,测斜仪裂缝监测的应用也比较广泛但无法用于深井,分布式声传感裂缝监测在2009年首次用于现场压裂监测还处于起步阶段。先进页岩气井水力压裂裂缝监测技术的应用大大增加了水力压裂增产措施的有效性和经济性。     

利用地震分形属性钻前预测安全钻井液密度范围

为了对钻井过程中的井壁失稳问题进行有效控制,根据地震和测井信息的分形性质以及它们之间的密切联系,提出了综合利用地震记录的分形属性预测测井曲线并进而在钻前预测安全钻井液密度范围的模型。首先从井旁地震记录中提取出能全面反映地震非线性特征的分形属性,运用能充分利用样本信息的CUSI神经网络,建立已钻井段地震分形属性与测井数据之间的非线性映射模型,通过该模型预测未钻地层的声波和密度测井曲线。在此基础上运用井壁稳定分析模型,计算地层的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力,从而在钻前预测安全钻井液密度范围。该方法在西部某油田的应用表明,用地震记录的分形属性钻前预测安全钻井液密度范围的方法具有良好的预测效果。该方法预测精度较高,操作简单易行。     

页岩气储层岩石力学特性及脆性评价

页岩气储层的岩石力学特性对开发影响极大,进行页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气钻井和压裂设计工作提供技术支撑。采用室内试验和测井分析相结合的方法,在黑色页岩力学特性研究的基础上,分析了其脆性破坏特征及影响因素,提出了一种利用岩石弹性参数和矿物组成综合评价页岩脆性的方法,并介绍了利用测井资料计算单井脆性剖面的流程。研究表明,页岩普遍具有脆性破坏的特征,破坏类型与页岩种类、取心深度、取心方位和加载条件相关,低围压下标准试样以劈裂式破坏为主,全应力应变曲线经历极短的塑性屈服阶段即发生破坏,高围压时多出现双剪式和单剪式破坏,页岩的脆性与试样的弹性参数和矿物组成关系密切。实例分析表明,脆性特征影响压裂效果,与压裂造缝能力和产气情况吻合良好。综合脆性评价既是储层岩石力学特性分析的重要内容,也是压裂选层的重要依据。