横观各向同性层理地层热孔弹性井壁稳定研究

发布时间：2018-10-22 11:19

【摘要】：随着页岩气勘探开发的迅速发展,层理性页岩地层的井壁稳定备受关注,对具有明显的层理性和各向异性的地层,基于各向同性假设的常规均质模型不能真实地反映其井壁失稳规律,而横观各向同性假设更接近层理性地层特征。本文基于横观各向同性假设,考虑钻井液循环等因素导致的地层温度扰动所产生的热效应,井筒和地层压力差导致的渗流效应,开展了热孔弹性井壁稳定方面的理论研究。开展的主要研究工作有:(1)研究了热孔弹性条件下完全各向同性均质地层和横观各向同性层理地层中井壁或井周应力分布规律,对横观各向同性层理地层,还分析了弹性常数(弹性模量和泊松比)各向异性的影响以及层理面产状的影响;(2)推导了针对水平井的各向异性渗流模型,给出了各向异性渗流下渗流应力的计算方法,利用各向同性模型验证了本文模型的正确性,并以欠平衡水平井为例,分析了井周各向异性渗流应力分布规律;(3)建立了水平井井筒-地层温度场模型,并通过全隐式有限差分法对其进行求解,分析了水平井钻井过程考虑循环压耗和机械摩擦热源项的水平井井筒温度场,同时也得到地层中温度分布规律,并以此求得地层中热应力分布。(4)同时分析了各向同性均质地层以及横观各向同性层理地层中考虑热效应和渗流效应的热孔弹性井壁稳定。在各向同性均质地层井壁稳定分析中,计算了分别基于Mohr-Coulomb准则和Mogi-Coulomb准则的坍塌压力;在横观各向同性地层中,还考虑了层理地层弹性常数各向异性、层理产状、层理弱面效应、层理强度以及渗流和热效应的影响。本文研究成果为准确分析层理性地层中考虑渗流和热效应的热孔弹性井壁稳定奠定了一定的理论基础,对现场钻井优化具有一定的指导意义。
[Abstract]:With the rapid development of shale gas exploration and development, the wellbore stability of stratified shale formation has attracted much attention. The conventional homogenization model based on isotropic hypothesis can not truly reflect the wellbore instability law, while the transversely isotropic hypothesis is closer to the formation characteristics of formation rationality. Based on the transversely isotropic hypothesis, the thermal effect of formation temperature disturbance caused by drilling fluid circulation and the percolation effect caused by pressure difference between wellbore and formation are considered in this paper. The main research works are as follows: (1) the distribution of borehole stress in completely isotropic homogeneous formation and transversely isotropic stratigraphic formation under the condition of thermal pore elasticity is studied. The influence of anisotropy of elastic constant (modulus of elasticity and Poisson's ratio) and the effect of stratification surface occurrence are also analyzed. (2) the anisotropic percolation model for horizontal well is derived, and the calculation method of seepage stress under anisotropic seepage is given. The validity of the model is verified by isotropic model, and the distribution of anisotropic percolation stress around the well is analyzed by taking the underbalanced horizontal well as an example. (3) the wellbore temperature field model of horizontal well is established. The temperature field of horizontal wellbore considering circulation pressure consumption and mechanical friction heat source during horizontal well drilling is analyzed by means of fully implicit finite difference method. At the same time, the temperature distribution law in formation is obtained. The thermal stress distribution in the formation is obtained. (4) at the same time, the stability of the elastic wellbore in the isotropic homogeneous formation and transversely isotropic stratified formation considering the thermal effect and percolation effect is analyzed. In the analysis of wellbore stability in isotropic homogeneous formation, the collapse pressure based on Mohr-Coulomb criterion and Mogi-Coulomb criterion is calculated, and in transversely isotropic formation, the anisotropy of elastic constant, stratigraphic occurrence and weak plane effect of bedding are also considered. The influence of bedding strength, seepage and thermal effect. The research results in this paper have laid a certain theoretical foundation for the accurate analysis of the stability of the elastic wellbore of hot hole considering seepage and thermal effects in the stratigraphic rational formation, and have certain guiding significance for the field drilling optimization.
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE21

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本文编号：2287008