不同岩石介质下欠平衡钻水平井井壁失稳机理研究

发布时间：2017-11-17 09:22

  本文关键词：不同岩石介质下欠平衡钻水平井井壁失稳机理研究

  更多相关文章： 欠平衡钻水平井 孔隙性介质 裂缝性介质 井壁稳定 影响因素分析

【摘要】：随着钻井技术水平的提高及其应用范围的拓展,欠平衡钻水平井技术在国内外石油钻井市场上已得到迅速发展和应用,然而在欠平衡钻水平井过程中,井壁失稳一直是该项技术推广应用过程中亟待解决的问题。由于在欠平衡钻水平井过程中,井筒内的有效液柱压力低于地层孔隙压力,因此不同岩石介质中的地层流体会不断地流入井筒,从而造成井周的地层孔隙压力和岩石受力状态的变化,而在以往的欠平衡钻水平井井壁失稳分析过程中,地层流体的作用往往被忽略,从而对分析结果造成一定的误差。因此有必要对欠平衡钻水平井过程中的井壁失稳问题进行相关的基础理论研究,从而为优质、安全、高效、快速钻井提供理论支撑。本文在国家自然科学基金面上项目的支持下,以理论研究、数值分析和实例计算为研究手段,主要开展的研究工作有：(1)以原地应力状态下以及液柱压力和地层孔隙压力共同作用下的井周应力分析为基础,结合孔隙性介质和裂缝性介质下的地层孔隙压力变化情况,建立了考虑渗流和不考虑渗流作用下的欠平衡钻水平井井周应力解析模型,并在有效应力条件下对井周应力的变化规律进行了详细分析。(2)结合欠平衡钻水平井的井周应力解析模型,对于孔隙性介质而言,分析了其井壁处的主应力,并运用Mohr-Coulomb准则建立了考虑渗流和不考虑渗流作用时的井壁坍塌压力计算模型和井周坍塌破坏系数分析模型；对于裂缝性介质,在主应力分析的基础上,详细分析了最大主应力方向与裂缝面法线方向之间的关系,并结合弱面强度理论建立了相应的井壁坍塌压力计算模型和井周坍塌破坏系数分析模型；在此基础上,对井壁失稳分析过程中所需参数的确定方法进行了广泛的调研分析。(3)以建立的井壁失稳分析模型为基础,列出了欠平衡钻水平井井壁失稳影响因素分析的具体流程,由此分析了井眼轨迹(井斜角和井斜方位角)、地应力(地应力机制和水平地应力非均质系数)、岩石力学参数、裂缝面产状(倾角和倾向)和力学参数、井径等因素对两种岩石介质下井壁稳定的影响。(4)结合国外Estreito区块、Pedernales区块和Gulfask区块实际井的基本数据和工况,对两种岩石介质下考虑渗流和不考虑渗流作用时的井壁失稳分析模型进行了相关验证分析,由此对不同岩石介质下的欠平衡钻水平井井壁失稳情况进行说明分析。整体研究结果表明,模型的分析结果能够在一定程度上反映现场的实际情况；且欠平衡钻水平井过程中的地层流体渗流作用会加剧井壁失稳的情况,因此在欠平衡钻水平井井壁失稳分析过程中需要考虑地层流体渗流的影响；同时裂缝面的存在也会对井眼轨迹设计和井壁失稳产生较大的影响。本论文的研究成果丰富了井壁稳定和欠平衡钻井相关基础理论的研究内容,对促进欠平衡钻水平井的应用具有一定的实际意义,对后续相关研究课题的开展具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE28

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本文编号：1195564