超深裂缝性地层井壁失稳机理研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylmny
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超深裂缝性地层岩石所赋存的地质条件十分复杂,具有天然裂缝广泛发育、井底温度高、储层基质渗透率低、构造应力差值较大、高孔隙压力等特点,当钻遇此类层段时井壁失稳事故频发,极大的制约了超深裂缝性储层的高效开发。传统的井壁稳定模型中虽然考了温度、弱面等对井壁稳定性的影响,但是未能深入的考虑裂缝类型和井筒温度的动态变化情况,也没有考虑温度和压力对钻井液性能的影响,不能有效的地描述超深裂缝性储层中的井筒失稳问题。鉴于此,本文利用数值方法求解钻井过程中井筒周围温度场的动态分布情况,求取了钻井液性能参数随温度和压力的变化情况;确定裂缝性地层岩石的强度破坏准则;最后通过建立采用时变温度边界的热-流-固耦合模型,分析不同裂缝类型对井眼稳定性的影响。具体研究内容如下:1)超深井井筒温度场计算方法基于非稳态温度场理论,建立了考虑摩擦损失与复杂井身结构的井筒温度模型,分别求解了钻井液循环和停钻后井筒周围温度场的动态变化情况,分析了井身结构和施工参数对井筒温度的影响规律,探究了钻井液性能随着温度和压力的变化情况。发现钻井液排量和密度等施工参数对钻井液温度影响要大于井身结构,停钻后不同井身结构对温度回升影响较大;钻井液的密度、粘度与温度变化趋势相反,与压力变化趋势一致。2)含裂缝岩样的力学性质分析通过RTR1500高温高压岩石力学实验机来开展裂缝性砂岩岩样的实验研究,分析了不同围压、温度、裂缝倾角和裂缝充填方式对岩石强度和破坏模式的影响规律,结合实验结果探究含裂缝岩样的破坏准则,给出岩样不同破坏模式下的判定依据,并为第四章井壁稳定模型提供相关参数。发现裂缝倾角是影响破坏模式和抗压强度的最主要因素,斜交缝岩样破坏模式为沿裂缝面的滑移,随裂缝倾角增加,抗压强度先减小后增加,存在最小值;高温高压耦合会使岩石本体更易破碎,岩样由脆性向塑性转变,并且围压增大会抑制裂缝倾角的作用效果。3)考虑裂缝作用的热-流-固多场耦合井壁稳定模型通过杜哈梅原理将井壁温度随时间变化的边界条件耦合进温度-应力场中,建立采用时变温度边界的热-流-固耦合井壁稳定模型;提出了不同裂缝充填条件时的井壁稳定模型计算方法,分析了井眼钻开瞬时不同渗透边界下的地层孔隙弹性力学响应机制;求出不同温度边界时温度变化所诱发的附加应力;探究不同裂缝充填条件下的井壁坍塌状况。最后,以克深区块为例,使用该模型分析了超深裂缝性砂岩储层中的井壁坍塌状况,并提出相应解决对策。
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