基于霍克–布朗准则评价页岩气井井壁稳定性

井壁稳定是实现页岩气水平井低成本、安全、高效钻井的核心技术之一,科学的井壁稳定性评价理论及方法是保障井壁稳定的前提与基础。页岩储层力学性能取决于结构面的发育程度、几何形态、组合特征及其力学性质等因素;受结构面产状及其力学参数获取困难的制约,目前普遍采用的弱面理论与莫尔–库仑准则相结合的井壁稳定性评价方法,仅局限于理论研究,尚未得到有效工程应用。鉴于此,开展了基于霍克–布朗强度理论的页岩地层井壁稳定性评价研究。通过构建含有不同裂隙的数值模型,进行不同围压下的三轴压缩数值仿真模拟,分析了参数mb、S与岩体结构的关系,建立了基于结构面发育指数J的mb、S量化方法。分析表明:基于该理论所得地层坍塌压力与实钻井垮塌失稳导致的井眼不规则具有较好的一致性,评价结果可靠,为页岩气井的井壁稳定性科学评价提供了新方法。     

基于尖点位移突变模型的井壁稳定性分析

引入基于广义Hoek-Brown准则的有限元强度折减法,考虑井壁不同位置的水平方向位移与强度折减系数的非唯一相关性,以及井壁失稳破坏时岩体变形的瞬时突变性,建立了井壁最大水平方向位移与强度折减系数的井壁稳定性尖点位移突变模型。利用上述模型研究了井眼直径与井筒压力对井壁稳定性影响规律,结果表明,随着井眼直径的增加,井壁稳定性安全系数降低速度越快;随着井筒压力的增大,井壁稳定性安全系数增加速度越快。     

深部地质环境对井壁稳定性的影响

井壁失稳是制约深井、超深井快速钻进的重要因素,在综合考虑深部井周应力、井周温度扰动以及孔隙压力等因素的条件下,建立了深部地质环境条件下的井壁稳定性力学评价模型。基于该评价模型,定量分析了深部复杂地质条件下地应力状态、地层温度及地层孔隙压力对井壁稳定性的影响。结果表明：（1）原地应力状态对井壁稳定性有决定性的影响,原地三个主应力差异增大,将加剧井壁失稳;（2）井壁温度升高将加剧井壁的剪切破坏失稳,而有利于减弱破裂失稳;相反,井壁温度降低,将有利于抑制井壁剪切失稳,而增大井壁张性破坏的可能性。（3）其他条件相同的情况下,地层孔隙压力升高将加剧井壁失稳。     

地面预制钻井井壁结构的概率极限状态设计法研究

本文根据钻井井壁结构可靠性分析结果,参照《建筑结构设计统一标准》和有关设计规范,确定了地面预制钻井井壁结构的概率极限状态设计实用表达式和分项系数,建立了该种井壁结构的概率极限状态设计法.并给出了该设计法的设计程序和应用结果.     

纳米材料提高水基钻井液页岩稳定性研究进展

维持井壁稳定一直是油气钻探过程中的技术难题。由于页岩微纳米孔缝与层理发育、水敏性高,井壁失稳问题在页岩层尤为突出。提高钻井液的性能是减少井壁失稳的重要途径。纳米材料因其独特的尺度和性质,可作为水基钻井液添加剂以提高页岩的稳定性。通过对国内外技术的跟踪与分析,阐述纳米材料提高页岩稳定性的评价方法、纳米材料类型及其作用机制。开展纳米材料在非均质地层的基础理论研究,开发在高温高压及高盐环境下稳定有效的新型纳米材料,建立纳米材料提高页岩稳定性的微观评价方法,是纳米材料的重要发展方向。     

基于风险分析—可靠度混合法的基坑失稳风险评估

基坑失稳风险评价对于基坑工程至关重要。首先研究失稳风险事件及其相关因素,建立风险分析模型和评判准则;然后考虑不同失稳形式的力学机理并基于可靠性理论确定基坑的风险概率;最后通过具体事例分析表明该方法的合理性和可行性。     

侧钻分支井分叉段井壁稳定分析

老井侧钻可有效开发老井未受控面积内的储油和死角残油并有效提高产能。而分支井眼连接井段的稳定性是成功完井的关键。采用三维有限元方法对侧钻短半径水平井井壁稳定进行弹塑性分析。分析结果表明:侧钻井眼在与主井眼连接处存在应力集中,容易发生井壁失稳。随井间距的增加两井眼中间单元应力逐渐减小,两者互相影响减小。两井眼间距为主井眼尺寸的2倍时,两井眼之间的影响可以忽略。适当的增加造斜率,让侧钻井眼快速的脱离主井眼,可以降低连接段的长度,降低井壁失稳的风险。适当增加泥浆密度,可以降低连接井段井壁失稳的风险。     

层理性泥页岩大斜度井井壁稳定性研究

层理性泥页岩的井壁失稳是制约深部油气钻井成功的关键问题之一。由于强度的各向异性,钻进大斜度井时更容易发生严重的井壁失稳问题。根据多孔介质弹性力学理论,建立了大斜度井井周应力状态,采用双重坐标转换,得到了井周集中应力在层理面上的分布。层理弱面和岩石基体均采用莫尔-库仑破坏准则,建立了层理性泥页岩大斜度井井壁稳定分析方法,综合考虑了层理面产状、井斜方位和地应力等因素的影响。研究结果表明,对特定产状的层理面而言,井斜角和方位角对井壁稳定性有重要影响。当井斜角超过一定角度后,坍塌压力急剧升高,井壁失稳风险增大,维持井壁稳定需要的钻井液密度较高,向水平最大主应力方向钻进大斜度井时坍塌压力最高,井壁失稳风险最大,应尽量避免井眼方位与水平最大主应力方向一致。     

库车北部构造侏罗系煤层井壁稳定对策研究

为解决塔里木盆地库车北部构造带侏罗系煤系地层井段井壁稳定问题，采用X射线衍射、扫描电镜等方法对煤岩理化性能和微观结构进行分析，明确了煤系地层井壁失稳机理；建立考虑多割理面影响的煤层井段坍塌压力模型，评价了煤系地层地质力学参数和井壁稳定性，并优化了煤系层段井眼轨迹；根据煤岩微观结构特征，开展了钻井液封堵材料优选，形成煤层段水平井井壁稳定对策。结果表明，煤系地层主要为力学失稳，推荐煤层沿最大主应力方位、井斜45°～80°钻井，钻井液密度1.70～1.74 g/cm³，钻井液封堵复配体系为3%磺化沥青+3%乳化沥青+3%超细钙；应用发现煤系层段定向钻井无复杂事故，煤层斜井段井壁稳定防治效果好。研究成果对塔里木盆地库车北部构造带侏罗系油气安全高效开发具有重要指导作用。     

基于可靠度理论的井壁稳定性定量评价方法

非常规深层油气资源勘探开发是目前的热点，由于钻井地质环境复杂、井壁稳定性差，导致钻井复杂及故障频发，严重制约了油气资源勘探的安全高效开发。针对该问题，本文开展了相关研究，建立了一种井壁稳定性定量评价方法。首先分析和完善了现有地层坍塌及破裂压力计算模型；在此基础之上，建立了地层坍塌及破裂压力不确定性定量表征方法；同时，综合考虑高温高压环境、井径不规则、排量不稳定等不确定性因素对ECD计算结果的影响，基于不确定度理论建立了ECD不确定性定量表征方法；在上述两方面研究的基础上，建立了定量评估井壁稳定性的分析模型，解决了井壁失稳的识别难题，实现了井壁稳定性的定量评价，可以有效降低井下复杂发生率、提高钻井效率、缩短钻井周期，为钻井施工降本提速提供技术支持。     

泡沫钻井流体稳定井壁机理分析与评价技术探索

采用泡沫流体钻进过程中,容易发生井壁失稳,但性能良好的泡沫流体对稳定井壁仍具有一定的积极作用。目前,针对泡沫钻井流体井壁稳定性的评价手段较为匮乏。通过对泡沫钻井流体的抑制性能和封堵性能进行实验评价,形成一套井壁稳定性评价方法,可以为评价泡沫钻井流体稳定井壁性能提供一定的技术参考。结果表明,所研究的泡沫钻井流体具有良好的抑制性和封堵性,化学抑制和物理封堵相结合,形成一定的稳定井壁性能。最后,对泡沫钻井流体稳定井壁机理进行阐述。     

塔里木盆地井壁稳定性测井评价初探

针对塔里木盆地部分地区井壁不稳定问题,开展井壁稳定性测井评价研究,主要从岩石力学的角度出发,利用测井信息计算地层岩石机械特性参数、地层孔隙压力、地应力分布、破裂压力等     

大数据中网络节点拓扑不稳定性的评估模型设计

大数据中网络节点拓扑结构复杂且具有明显的不稳定性,当前网络节点拓扑不稳定性评估模型大多依据社会网络分析方法理论,从不同角度表示具有不同拓扑结构特性的网络元件,获取的评估结果不充分、不可靠。为此,提出一种新的大数据中网络节点拓扑不稳定性评估模型,通过节点收缩法对大数据中网络节点重要性进行评估。针对大数据中网络节点拓扑不稳定性的评估,结合风险函数丰富熵的内涵,将事件的风险函数在效用系数空间中的平均值看作网络的效用风险熵,依据得到的效用风险熵对效用风险熵权重进行计算。将节点收缩法和效用风险熵权重结合在一起,重新考虑权重的影响,给出新的大数据中网络凝聚度,得到大数据中网络节点拓扑不稳定性评估模型。实验结果表明,所提方法评估可靠性很高。     

弱面地层斜井井壁稳定性分析

建立了弱面地层数学模型,分析了斜井井壁岩石应力状态,推导出了井壁岩石最大主应力与低强度地层（弱面地层）法向夹角的计算公式,建立了用于大倾角地层钻井液密度安全下限的力学模型,详细分析了倾斜地层的倾角和走向对井壁稳定性的影响。研究结果表明,弱面地层的存在易使井壁失稳。对斜井来说,地层走向、地层倾角、井斜方位和井斜角不同,其井壁稳定性也不同。将打直井改为斜井,可以提高井壁的稳定性,也有利于安全钻进     

乌参1井四开复杂地层钻井液技术

为确保乌参1井钻探成功,研发了密度从1.20g/cm3到1.80g/cm3的抗高温封堵防塌钻井液体系,该体系抗温性、沉降稳定性、抑制性、封堵性好,抗粘土污染能力强.该体系在乌参1井四开井段进行了应用,取得了良好的应用效果,解决了复杂地层井壁失稳及超深井钻井液高温稳定性的问题,完成了设计目的和地质任务,并为深化研究乌伦古地区成藏条件及下步勘探部署提供了基础资料.     

川西彭州地区雷四段地层区域应力场分布规律及应用

由于对川西彭州地区雷四段地应力分布规律认识不足，井壁失稳问题频发。基于地震解释成果建立了区域三维地质模型，采用室内实验和测井资料确定了模型的岩石力学参数，运用有限元方法模拟了研究区目的层地应力场。结果表明，最小水平主应力为87.30~136.43MPa，最大水平主应力为122~190.57MPa；高应力主要集中在研究区西南部和背斜两翼，由于断层应力得到释放，应力最小，而断层周围因岩石变形但未破碎，表现为应力集中；断层区域的地应力方向发生了偏转，断层走向越接近地应力方向，应力方向偏转程度越小。以7-1D井为例，结合地应力预测结果，绘制了该井坍塌压力方位变化图，为井壁稳定性评价提供参考。研究成果能为川西彭州地区雷四段地层的井壁失稳防治和施工提供有效指导。     

分支井连接段有限元建模与分析

分支井作为一种能够更加有效地开采油气藏的钻井技术,在国内外已经得到普遍推广。然而在应用该技术的实践中也遇到了一些新的难题,井壁稳定性就是其中之一。在前人研究的基础上,采用有限元方法建立分支井连接段的三维模型,综合考虑各向异性地应力,流体对岩石骨架的影响和方位角、倾角变化等,得出连接段附近的应力–应变和渗流场分布规律。并根据摩尔–库仑准则,利用有限元后处理程序图形化了井壁稳定的预测情况。分析结果表明：当支井方位角为90◦,即与最大水平主应力平行时连接段井壁最稳定;井眼直径和连接段位置深度对井壁稳定性影响较小;后期生产压差过大也会增大裸眼完井井壁失稳的可能性。     

原位钻孔剪切试验在优化边坡稳定性评价中的应用

岩土边坡结构的复杂性一直影响工程建设中对边坡稳定性的准确评价,反之,边坡稳定性评价结果准确与否制约工程建设。基于极限平衡理论,根据原位钻孔剪切试验特征,运用slope/w对传统计算模型进行探讨、优化,最终得出:(1)原位钻孔剪切试验反映出坡体结构中岩土体的各向异性,数值水平高于室内实验值;(2)传统计算模型+室内试验参数方案计算结果偏于保守,传统计算模型+单一原位参数计算结果存在偏大或偏小的可能性;(3)优化分层计算模型+分层原位参数方案切实可行,提高边坡稳定性评价的准确性,对工程边坡评价意义重大。