井壁稳定性调研课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,PPT课件,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,石油工程岩石力学,井壁稳定性,调研汇报,西南石油大学石油与天然气工程学院,汇报小组成员：陈睿飏 申鑫,2016,年,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,12,月,13,日,1,PPT课件,石油工程岩石力学井壁稳定性西南石油大学石油与天然气工程学院汇,目 录,参考文献,存在问题,发展历史,研究现状,实例分析,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,2,PPT课件,目 录参考文献存在问题发展历史研究现状实例分析Southwe,参考文献展示,PART 1,参考文献,3,PPT课件,参考文献展示PART 1参考文献3PPT课件,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,4,PPT课件,Southwest petroleum university,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,5,PPT课件,Southwest petroleum university,PART 2,发展历史,6,PPT课件,PART 2发展历史6PPT课件,预测井周应力分布的本构模型,判断井壁岩石稳定性的强度判别准则,纯力学研究,65%,钻井液,化学研究,力学与化学,耦合研究,井壁稳定力学研究,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,发展历史,Development History,7,PPT课件,预测井周应力分布的本构模型判断井壁岩石稳定性的强度判别准则纯,发展历程,Development History,没考虑井筒液注压力直井井周弹塑性应力分布的数学描述,着重于选择合适的,破坏准则,以确定,安全的钻井液密度,考虑井筒液注压力,与各方向应力差异,考虑,地层各向异性,分析定向井的井壁稳定问题,Westgard,1940,Willis,1957,Fairhurst,1964,Mclean,1990,Aadony,1987,JCRoegier,1993,Abousl,eiman,1998,金衍,1999,假设地层均匀各项同性,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,8,PPT课件,发展历程Development History没考虑井筒液注,发展历程,Development History,研究软弱,结构面,对井壁稳定性的影响,着重于研究泥页岩的井壁稳定性,刘向君,2002,谭强,2010,赵凯,2013,袁俊亮,2013,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,z,屈平,2016,z,赵新波,2014,煤层气井壁稳定性研究,9,PPT课件,发展历程Development History研究软弱结构面,PART 3,研究现状,10,PPT课件,PART 3研究现状10PPT课件,失稳机理,岩石组成,微观结构,理化特征,1,钻井液研发,地层特征,体系设计,化学性能,室内评价,效果分析,现场应用,2,力,-,化,-,温度,耦合模型,极限平衡法,等效孔隙压力,热比拟法,三维离线元法,3,研究现况,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,11,PPT课件,失稳机理1钻井液研发地层特征2力-化-温度耦合模型3研究现况,失稳机理,从基础物性、矿物组成、微观结构、理化特征、到力学特征对煤层、页岩进行系统研究，总结提炼煤层、页岩岩石物理和力学共性特征,钻井液研发,针对,水基,钻井液，应进一步研究钻井液密度控制；针对,油基,钻井液，应进一步研究封堵性能好的变形粒子。同时，因钻井过程中井壁稳定具有极强的时效性,所以应研究如何实时地对当前钻头处地层的井壁稳定性进行评价,力,-,化,-,温度,-,耦合模型,由力学,-,化学耦合向力学，化学，电势，热力等多场耦合方向发展,发展趋势,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,12,PPT课件,失稳机理发展趋势Southwest petroleum un,PART 4,实例分析,13,PPT课件,PART 4实例分析13PPT课件,煤层气井壁稳定性,研究方法,1,页岩气井壁稳定性研究方法,2,案例,分析,14,PPT课件,煤层气井壁稳定性1页岩气井壁稳定性研究方法2案例 分析14P,假设条件,假设井眼附近围岩为,拟连续体,，采用连续介质理论和岩石断裂力学获取了井壁附近的应力场分布，并借助,极限平衡理论,分析和,Mohr,Coulomb,准则，推导了块体滑落作为煤层井壁坍塌条件的解析判据公式,稳定性模型,假设煤层井眼的,轴向变形为,0,即不考虑轴向应变的变化，此时的煤层井眼可简化为平面应变问题,建立思路,考虑煤层割理、裂隙随机分布及近井壁被切割成块体的特点，建立非均匀地应力和钻井液压力共同作用下的煤层井眼稳定性解析模型,模型检验,以块体滑落方位和,滑落面积,作为验证条件,利用,PFC,离散元软件,验证了解析模型的准确性,煤层气井壁稳定性,极限平衡法,15,PPT课件,假设条件假设井眼附近围岩为拟连续体，采用连续介质理论和岩石断,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,煤层气井壁稳定性,极限平衡法,近井壁围岩应力分析,井壁围岩为,连续体,割理,引起的诱导应力分析,考虑,多条割理分布,的煤层应力场分析,16,PPT课件,Southwest petroleum university,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,煤层气井壁稳定性,极限平衡法,实例拟合及应用,1,、基础资料,以沁水盆地郑庄区块沁,12,10,70,X,井为例，该井为,直井,，煤层段割理裂隙极度发育，造成井在,966.7,969.20m,段处发生了,严重的,井壁坍塌事故。,根据各块体的滑落条件计算结果，,III,型块体,最易滑落,钻井液压力在某个区间范围内，,井壁坍塌程度最低,增大或减小钻井液压力都使得井壁坍塌加剧,17,PPT课件,Southwest petroleum university,研究目的,阐明煤层中,端割理和面割理,等不连续面对井壁稳定的影响,建模假设,煤岩块体用可变形块体来模拟,本构方程选用摩尔,-,库伦模型。,面割理和端割理的本构模型,选用摩尔,-,库伦节理模型,优点,在于能,真实地,对地层中的裂纹、断层、褶皱等宏观或微观地质构造进行三维建模,同时在计算过程中能自动处理不连续面间的接触问题,建模思路,在充分、真实反映煤岩割理特性的基础上,对煤层水平井进行了井壁稳定数值模拟分析。提出了,虚拟节理,和,内外双层建模技术,虚拟节理技术可实现节理在各个方向的随机分布和动态的断裂分析,煤层气井壁稳定性研究方法,三维离线元法,18,PPT课件,研究目的阐明煤层中端割理和面割理等不连续面对井壁稳定的影响建,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,实例拟合,19,PPT课件,Southwest petroleum university,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,敏感性分析,井眼走向,：,面割理走向与井眼走向平行时,井壁稳定性更差,割理密度,：,割理密度越小,需要保持井壁稳定的井底压力就越小,井壁的破坏主要出现在割理面,井径：,井径越大,井眼切割的割理数就越多保持井壁稳定所需的井底,压力就越大,井底压力：,井底压力越大,井壁越稳定,20,PPT课件,Southwest petroleum university,煤层气井壁稳定性研究方法,1,页岩气井壁稳定性研究方法,2,案例,分析,21,PPT课件,煤层气井壁稳定性研究方法1页岩气井壁稳定性研究方法2案例 分,影响因素,层理面产状、经验轨迹、层理面强度弱化,理论方法,孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,页岩水平井井壁稳定性分析,层理性页岩,研究结论,1,、页岩层理面产状和,层理面强度弱化,是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素,层理面倾角为,030,时，沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,层理面倾角为,3090,时，沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,2,、层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达,0.45 g/cm3,，而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约,0.54 g/cm3,3,、钻井液在渗透作用下,沿层理面,侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低，使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,22,PPT课件,影响因素层理面产状、经验轨迹、层理面强度弱化理论方法孔隙弹性,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,实例分析,四川东南部威远构造,第一口,页岩气水平井,W201-H1,井,设计井深,3032m,，水平段长度,1200m,，实钻井深为,2823.48m,，最终水平段长度为,991.48m,。,在该井设计过程中，采用了,常规井壁稳定分析模型,进行密度设计。因此，由于水平段发生井壁坍塌失稳问题，处理井下复杂事故耗时,37.66 d,，处理井下复杂事故的时间达到了整口井的,52.26%,。,23,PPT课件,Southwest petroleum university,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,建议在,直井段,页岩地层按照常规井壁稳定分析方法设计钻井液密度，而在,水平段页岩地层,推荐采用考虑层理及其弱化影响的井壁坍塌失稳分析方法设计钻井液密度，从而降低井壁坍塌失稳的风险，确保安全快速钻井。,24,PPT课件,Southwest petroleum university,研究线索,以,页岩气水平井现场测井资料,为基础，通过分析不同地应力类型区块的页岩气水平井岩石力学测井解释成果，得到了,地应力类型,对页岩气水平井井壁稳定性的影响规律。,页岩气水平井井壁稳定性分析,地应力类型,研究结论,1,、水平段沿着地层,最小地应力,的方向前进时，后期,水力压裂的裂缝,沿着最大水平地应力延伸得更远,2,、水平井水平段沿,最大地应力方向,钻进时，有利于保持井壁稳定。,3,、正常地应力和反转地应力条件下，随着井斜角的增加，井壁稳定性逐渐变差，即直井较水平井井壁,稳定性好。,4,、走滑地应力类型条件下，随着井斜角的增加，井壁稳定性逐渐变强，即水平井井壁稳定性最好。,5,、水平井钻井最优方位与最大水平地应力方向夹角对应正常地应力、走滑地应力、反转地应力类型分,别为,90,、,45,和,0,。,25,PPT课件,研究线索以页岩气水平井现场测井资料为基础，通过分析不同地应力,理论依据,基于,热孔隙弹性理论,，考虑,泥页岩的半透膜效应,，对钻井过程中泥页岩地层温度和化学渗流作用对井周应力和坍塌压力的影响程度进行了分析,页岩气水平井井壁稳定性分析,温度和化学耦合作用,主要诱因,泥页岩的,强水化膨胀性,（随着温度和化学渗流的扩散，井周应力重新分布，尤其会对井周附近岩石的受力状态产生影响，使得近井地带岩石的稳定性发生改变）,26,PPT课件,理论依据基于热孔隙弹性理论，考虑泥页岩的半透膜效应，对钻井过,井周热应力表达式：,井周渗力场变化表达式,：,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,井周应力场分析,27,PPT课件,井周热应力表达式：井周渗力场变化表达式：Southwest,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,实例分析,采用中国北部某油田,X,井数据资料,28,PPT课件,Southwest petroleum university,PART 5,存在问题,29,PPT课件,PART 5存在问题29PPT课件,热力场及化学稳定性,井斜角方位角,钻具振动,三轴实验,存在问题,Southwest petroleum university institute of petroleum engineering,岩石力学与井壁稳定性调研,30,PPT课件,热力场及化学稳定性井斜角方位角钻具振动三轴实验存在问题Sou,欢迎老师同学们批评指正,汇报结束,THANKS,31,PPT课件,欢迎老师同学们批评指正汇报结束THANKS31PPT课件,