硬脆性泥页岩渗流-应力耦合井壁坍塌压力计算方法

硬脆性泥页岩的井壁坍塌是制约我国油气资源战略向深部地层成功转移的重要技术瓶颈。建立了裂缝渗流-应力耦合作用下孔隙压力的计算模型,选用弱面破坏准则,综合考虑各向异性、裂缝产状、井眼轨迹、地应力、渗流应力的影响建立了硬脆性泥页岩井壁坍塌压力的计算方法,分析了裂缝渗流、井眼轨迹和裂缝产状对坍塌压力的影响规律。研究发现,钻井液沿裂缝渗流导致坍塌压力升高,渗流初期坍塌压力升高较快,随时间推移,升高量逐渐逐渐减小;在高倾角裂缝中沿裂缝倾向钻进水平井坍塌压力较低。改善钻井液的封堵性、流变性和润湿性,减缓钻井液沿裂缝面的渗流,避免在坍塌压力较高的区域钻井,是该类地层安全钻井的关键。     

泥页岩井壁稳定性及钻井液密度优化

泥页岩中的井壁不稳定性会导致许多问题及严重的后果,尤其是在使用水基泥浆时,主要包括水敏页岩和硬脆性页岩井壁失稳。页岩中的井壁稳定性是一个非常复杂的现象,它需要考虑到与之相关的每一个因素。本文集中论述水基泥浆同页岩之间的液力机械作用和化学机械作用并建立了考虑渗透压在内的计算所需最小泥浆比重的解析模型。通过实例计算阐述了井壁稳定性敏感性分析的方法及步骤。     

水敏性泥页岩地层孔隙压力预测方法 研究

基于平衡压实理论的等效深度法、Eaton法是砂泥岩地层孔隙压力预测最为常用的方法之一,基于声波、密度、电阻率等测井曲线合理构建正常压实趋势线则是该类方法可靠、准确的基础与关键。但对水敏性泥岩而言,由于与水基钻井液长时间接触产生强烈的水化作用,导致测井数据不能准确反映地层的真实压实状况,从而导致地层孔隙压力测井预测难度大、精度低。鉴于此,在泥页岩组分特征测试分析基础上,实验研究了钻井液作用下水化对泥岩声波时差、电阻率以及密度的影响,进而建立了泥岩去水化方法及考虑水敏性泥岩水化作用的正常压实趋势构建方法,形成了适用于水敏性泥岩地层孔隙压力的预测方法。应用该方法对北部湾某区块部分井进行预测,与实测值吻合程度较好,具有实用性。     

破碎性煤层段钻井液安全密度窗口的确定与应用

破碎性煤层段钻进过程中井壁坍塌、掉块严重,常规模型计算所得的坍塌压力当量密度难以较好地支撑煤层段井壁。依据破碎性煤岩的特征,系统分析了破碎性煤层段井壁失稳的机理,重新界定了破碎性煤层段的钻井液安全密度窗口。计算结果表明进入破碎性煤层段后钻井液安全密度窗口明显变窄。利用该模型对D2井三开破碎性煤层段的钻井液安全密度窗口进行了预测,理论计算结果和实钻情况基本吻合,验证了模型的合理性。研究成果对类似井段的井壁稳定性研究有借鉴意义。     

泥页岩井壁坍塌周期分析

应用力学/化学耦合理论对泥页岩井壁延迟坍塌机理进行了分析.以多孔介质渗流力学为基础,建立了近井壁地层孔隙压力的计算模型,计算了不同时期的临界坍塌压力,分析了钻井液物性参数对井壁稳定性的影响,得到了近井壁地层孔隙压力及强度参数在时空域内的分布,以及一定钻井液密度下泥页岩井壁坍塌破坏的时间.算例分析表明,在同一膜效率下,随着钻井液水活度增加,坍塌周期缩短;在同一钻井液水活度下,提高膜效率可以延长坍塌周期;钻井液水活度越小,膜效率的影响越显著.现场选择钻井液时,同时考虑水活度和膜效率并根据井壁坍塌压力改变钻井液密度,效果才会更好.     

泥页岩井壁坍塌周期分析

应用力学／化学耦合理论对泥页岩井壁延迟坍塌机理进行了分析。以多孔介质渗流力学为基础，建立了近井壁地层孔隙压力的计算模型，计算了不同时期的临界坍塌压力，分析了钻井液物性参数对井壁稳定性的影响，得到了近井壁地层孔隙压力及强度参数在时空域内的分布，以及一定钻井液密度下泥页岩井壁坍塌破坏的时间。算例分析表明，在同一膜效率下，随着钻井液水活度增加，坍塌周期缩短；在同一钻井液水活度下，提高膜效率可以延长坍塌周期；钻井液水活度越小，膜效率的影响越显著。现场选择钻井液时，同时考虑水活度和膜效率并根据井壁坍塌压力改变钻井液密度，效果才会更好。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果，建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数，利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于0．3％，平均相对误差为0．11％。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明，在深水钻井中，井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度；最大钻井液密度出现在海底泥线处；井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

裂缝性地层钻井液漏失规律及堵漏对策

井漏是钻井过程中最常见的井下复杂问题,是制约井下安全、影响钻井进度的主要因素之一,而钻井液漏失模型较少考虑裂缝临界宽度、裂缝壁面粗糙度以及综合因素对漏失的影响,从而导致漏失机制对现场堵漏指导性较差.针对此问题,基于非牛顿流体力学理论,建立径向粗糙裂缝漏失模型,厘清裂缝临界宽度、裂缝粗糙度以及综合漏失因子等因素对漏失的影...     

泥页岩地层钻进封堵抑制型钻井液体系的研究

针对泥页岩地层钻进过程中的吸水膨胀引起的孔壁稳定问题,提出了采用超细惰性材料封堵泥页岩微细孔喉、降低渗透率,从而减缓水分侵入的思路。通过实验研究与微观分析相结合的方法开展了含超细惰性材料的封堵抑制型钻井液体系的研制。首先,结合常规实验与电子扫描电镜实验,探讨了超细惰性材料对基浆及聚合物钻井液体系流变性能及失水性能的影响,从微观角度分析了含超细惰性材料钻井液体系泥皮的微观形貌特征。在此基础上,通过不同配方钻井液体系的浸泡实验,研究了超细惰性材料对泥页岩吸水膨胀的封堵抑制性能。研究成果对于保障泥页岩地层的快速钻进具有重要意义,同时,在解决类似吸水膨胀地层的快速钻进方面也具有一定参考价值。     

页岩储层微小井眼钻井坍塌压力计算方法

 我国页岩储层钻探方面处于起步阶段,钻井过程中复杂情况频发,井壁坍塌问题严重.借鉴北美地区页岩气钻井经验,对比我国四川盆地与北美Haynesville的页岩气水平井井身结构,发现随井眼尺寸减小,钻井复杂情况有所降低.研究过程中,结合岩石强度的尺寸效应理论,比较不同强度尺寸模型的优缺点,优选Vutukuri模型分析微小井眼井壁围岩的强度变化规律,并根据McLamore各向异性破坏准则确定岩石单轴抗压强度随主应力与层理面法向之间夹角的关系,以此作为页岩储层强度准则;根据定向井坍塌压力计算方法分析井周应力状态,结合尺寸效应与强度准则,分别得出标准井眼和微小井眼在层理性地层中的坍塌压力随井眼轨迹的变化规律,同时探究了固定井眼方位下的坍塌压力随井斜角变化规律.对比不同井斜角下两者的差距,结果表明,不论直井或定向井,采用微小井眼均能显著降低钻井坍塌压力,降低幅度约为10%左右,研究结论揭示了小井眼减少钻井复杂的内在原因.     

考虑井眼尺寸影响的小井眼坍塌压力计算方法

针对小井眼井壁坍塌问题,基于岩石强度的尺寸效应理论,采用Hoek等人的强度尺寸效应经验公式建立了岩石单轴抗压强度与试样直径之间的关系;并对此经验公式进行了修正,考虑了黏聚力、内聚擦角等岩石强度参数与试样尺寸之间的关系,建立了考虑岩石强度尺寸效应的Mohr-Coulomb强度准则。得到了考虑井眼尺寸影响的坍塌压力计算方法,并提出了两种评价岩石强度尺寸效应的方法。研究结果表明,坍塌压力存在尺寸效应,相对于常规井眼,小井眼的坍塌压力当量密度较低;而不同性质地层岩石的强度尺寸效应是不同的,岩石的非均质性越强,裂缝越发育,小井眼钻井坍塌压力的尺寸效应越强,这为评估小井眼井壁坍塌风险提供了重要参考和依据。     

页岩气藏部分压开压裂井压力动态分析

 压裂井因为能够提高单井产量和降低成本在页岩气藏的开发过程中得到了广泛应用,然而在实际生产过程中由于页岩储层普遍厚度较大,难以被完全压开。为此,综合考虑页岩气的解吸、扩散和渗流特征,建立了页岩气藏部分压开压裂井的渗流模型,应用Laplace变换、Fourier变换和Duhamel原理,结合Stehfest数值反演对模型进行求解,绘制了相应的压力特征曲线并对其进行了流动阶段的划分,讨论了相关参数对压力动态的影响。研究表明,页岩气藏部分压开压裂井的压力特征曲线存在7个主要流动阶段;裂缝的压开程度主要影响球形流阶段表现的明显程度及压力导数曲线前期位置的高低,解吸系数主要影响压力导数曲线下凹的深度,无因次储容系数主要影响压力导数曲线下凹的宽度和深度,无因次窜流系数主要影响解吸扩散阶段出现的早晚。所获得的结果可为利用压裂井合理高效地开发页岩气藏提供理论支持。     

海上钻井井壁稳定性研究及应用——以A-1井为例

井壁的稳定性问题是一项急需解决的世界级难题,井壁失稳在世界范围内的各个油田中普遍存在。A-1井是一口位于东海某区块的直井,根据相邻已钻井复杂情况统计可知,该区块遇阻、掉块、卡钻等问题频发。将理论分析与数值模拟相结合,通过收集大量的地质、地震、钻井和测井资料,选择合适的理论模型,预测计算了A-1井的地应力、孔隙压力、破裂压力、坍塌压力等,绘制出了地层七压力剖面图,进而得到该井的安全钻井液密度窗口。经与实测点比对,孔隙压力和破裂压力的预测误差均小于5%。基于弹塑性力学理论,分析井壁围岩的应力状态,并利用ABAQUS软件对井壁稳定性进行数值模拟,分析钻井液密度对井筒稳定性的影响。结果表明：在低钻井液密度条件下,井周应变不均匀性明显,最小主应力方向上的井周应变远大于最大主应力方向上的井周应变;而在高钻井液密度下,井周应变较为均匀,没有明显的差异性。研究成果为了解目标区块井壁稳定机理提供了有力工具。     

黄土湿陷起始压力的应用

介绍了黄土湿起始压力的定义,论述了湿陷起始压力在黄土工程中的应用,指出在黄土工程应用中,必须严格确定湿陷起始压力指标。     

天然裂缝性地层钻井液漏失规律研究

天然裂缝性地层钻井中经常发生钻井液漏失,明确漏失规律对防漏堵漏十分重要。采用赫巴模式来描述钻井 液的流变性,建立了一维无限长裂缝地层中的钻井液漏失模型,研究了正压差、裂缝宽度、钻井液流变参数对漏失速率 及最终漏失量的影响。研究表明,赫巴模式钻井液的漏失速率曲线在双对数坐标下具有典型的3 段式特征,第一段和 第三段为直线,中间段为弧形;漏失速率随着压差和裂缝宽度的增加而非线性增加,随着稠度系数、流型指数和动切力 的增加而减小,但与裂缝宽度已不符合立方定律关系;最终漏失量随着压差、裂缝宽度平方的增加线性增加,随着动切 力增加线性减小,随着流型指数的增加非线性减小,而与稠度系数无关。研究对认清漏失规律及采取合理的防漏堵漏 措施具有参考意义。     

基于真三轴强度准则分析页岩斜井坍塌风险

井壁稳定性分析常采用Mohr-Coulomb（M-C）准则,由于其忽略了中间主应力（σ₂）的影响,使得结果偏于保守。为此,给出一种考虑了σ₂影响的真三轴Mogi-Coulomb（MG-C）准则,通过拟合Yuubari页岩真三轴实验数据,评价了M-C、Drucker-Prager（D-P）和MG-C准则的适用性;基于孔隙弹性斜井井壁应力分布模型,采用3种强度准则进行了斜井相对坍塌风险的分析。研究表明,MG-C准则拟合结果最好,能够准确反映σ₂对强度的影响,岩石强度随σ₂增加,先增加后下降;采用3种强度准则计算的斜井相对坍塌风险分布规律基本一致,M-C准则计算结果偏高,D-P准则计算结果偏低,而MG-C准则比较准确地考虑了σ₂的影响,其计算结果比较适中,比较适合用于井壁坍塌压力分析。MG-C准则的材料常数可通过常规三轴岩石力学参数（内聚力和内摩擦角）计算得到,使得MG-C准则使用方便,采用测井资料分析井壁稳定可得到连续坍塌压力剖面。     

基于DFN离散裂缝网络模型的裂缝性储层建模方法

针对目前裂缝性储层建模方法存在的问题, 探讨DFN离散裂缝网络模型的裂缝性储层建模的思路和方法, 提出分大尺度和中小尺度两种裂缝级别建立DFN离散裂缝模型。首先, 按照确定性建模方法, 以三维地震资料建立大尺度裂缝的空间分布模型。然后, 以岩芯观测和成像测井解释的裂缝密度、长度、倾角、方位等统计信息为基础, 在地震裂缝预测的属性体约束下, 建立全区裂缝密度分布模型, 并以该数据体为约束, 利用随机建模方法, 建立中小尺度的裂缝网络模型, 实现井间裂缝密度的约束。最后, 通过整合大尺度和中小尺度的DFN模型, 建立Z地区综合离散裂缝网络模型及其裂缝孔隙度、渗透率等属性模型。该模型反映了储层裂缝的三维空间分布特征, 为该区油藏数值模拟提供了地质基础。     

考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型二次开发及其验证

为充分研究含水裂隙岩体的力学特性,在摩尔库伦模型的基础上,充分考虑初始渗透压力的作用.对本构方程中的柔度张量进行适当的修正,生成考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型.为了增加对比性,按照同样的理论推导方法及二次开发流程,在不考虑初始渗透压力的影响下,成功地生成未考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型.在此基础上,利用C⁺⁺语言,将以上两种模型编译成可运行的动态链接库文件.为验证自定义本构模型的准确性,在FLAC3D中建立同一个50 m×50 m×1 m的圆形隧道数值模型进行对比分析.通过分别求解计算3种本构模型,分析各圆形隧道上4个对称点的位移变化情况.结果表明:将初始渗透压力直接引进本构方程中,利用C⁺⁺二次开发出来的本构模型是成功的.     

采用钢轨棚架法处理隧道通顶塌方

本文介绍了处理隧道通顶塌方的一种施工方法——钢轨棚架法，该方法利用轻轨作为主棚架，对稳定山体及保证施工安全起到了至关重要的作用