井壁稳定性解析课件

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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,井壁稳定性研究,井壁稳定性研究,井壁稳定研究的意义,1,、提高钻井成功率,2,、确保井眼按设计要求，按时、保质地完成,钻穿和钻达设计要求的所有目的层，钻达到设计井深和层位,按时完成钻井完井任务,井身质量好，满足各种测试要求,钻井成本合理,3,、有助于取全、取准所要求的各种资料；,4,、减小和防止油层损害，以利于发现和评价油气层,井壁稳定研究的意义1、提高钻井成功率,井壁失稳的表现形式,泥岩水化膨胀,盐岩蠕变,剪切破坏,张性破裂,井眼周围岩石所受载荷不平衡引起,井壁失稳的表现形式泥岩水化膨胀盐岩蠕变剪切破坏张性破裂井眼周,井壁稳定性原理,井眼周围地层的受力状态,井眼周围地层能够承受的力,井壁稳定,强度判别准则,原地应力状态,力学本构方程,岩石的强度,井壁稳定性原理井眼周围地层的受力状态井眼周围地层能够承受的力,井眼周围地层应力状态,意义？,井壁稳定性分析及安全泥浆密度窗口的确定基础,出砂预测研究的基础,井眼周围地层应力状态意义？,假设条件：,地层均质各向同性,线形弹性，小变形,轴向,平面应力或平面应变,井眼周围地层应力状态,三维问题转化为二维问题,假设条件：井眼周围地层应力状态三维问题转化为二维问题,直井,井眼周围地层应力状态,h,二维平面应变模型,r,直井井眼周围地层应力状态h二维平面应变模型r,直井,井眼周围地层应力状态,依据线弹性、小变形应力叠加原理对井眼受力进行分解,请回忆弹性基础中厚壁筒及小孔应力集中,直井井眼周围地层应力状态依据线弹性、小变形应力叠加原理对井眼,由钻井液柱压力,P,引起的应力,直井,井眼周围地层应力状态,无剪应力，只与井眼半径,R,和地层的矢径,r,有关,由钻井液柱压力P引起的应力 直井井眼周围地层应力状态无剪应力,直井,井眼周围地层应力状态,由水平最大地应力 所引起的井周应力分布,直井井眼周围地层应力状态由水平最大地应力 所引起的井周应,直井,井眼周围地层应力状态,由水平最小地应力,所引起的井周应力分布,直井井眼周围地层应力状态由水平最小地应力 所引起的井周应,直井,井眼周围地层应力状态,钻井液渗流效应,直井井眼周围地层应力状态钻井液渗流效应,直井,井眼周围地层应力状态,直井井眼周围地层应力状态,井壁稳定性解析课件,井壁稳定性解析课件,直井,井眼周围地层应力状态,井壁应力状态：,直井井眼周围地层应力状态井壁应力状态：,直井井眼周围地层应力状态,直井井眼周围应力分布的特点是什么？,直井井眼周围地层应力状态直井井眼周围应力分布的特点是什么？,井壁稳定性解析课件,井壁稳定性解析课件,A,井周地层应力状态,A井周地层应力状态,Shear Stress,Shear Strength,r,Effective Compressive Stress,Stable,Stress State,q,r,Shear Stress,Shear Strength,r,Effective Compressive Stress,Unstable,Stress State,q,r,q,Min,Stress,Max,Stress,q,井壁稳定性判别模型,Mohr-coulomb,准则,-,剪切破坏判别准则,Shear StressShear StrengthrE,Mohr-coulomb,准则,-,剪切破坏判别准则,其中，,c,、,分别为内摩力和内摩擦角，,C,o,为岩石的单轴抗压强度。,坍塌压力极限,（,P,坍,）,:,保证井壁不发生剪切变形的钻井液柱压力极限,五、井壁稳定性判别模型,Mohr-coulomb准则-剪切破坏判别准则 其中，c,令,则井壁稳定性系数：,c,为岩石允许承载的能力，,1,为岩石实际承受载荷。,当,K1,时，井眼发生塑性变形；,当,K,1,时，岩石处于极限平衡态,;,当,K,1,时，井壁稳定。,五、井壁稳定性判别模型,令则井壁稳定性系数：c为岩石允许承载的能力，1,由井壁,3,个主应力分量的有效应力表达式，可以得到以下,3,种可能的关系：,对应的,Mohr-Coulomb,表达式：,井壁稳定性判别模型,由井壁3个主应力分量的有效应力表达式，可以得到以下3种可能的,井壁失稳常见力学模式,井壁失稳常见力学模式,钻井合理泥浆密度的确定,1,、裸眼井段的三个压力剖面,P,破,地层破裂压力,P,地,地层压力,P,坍,地层坍塌压力,钻井合理泥浆密度的确定1、裸眼井段的三个压力剖面,2,、裸眼井段钻井的安全压力（泥浆密度）窗口：,P,泥,泥浆柱压力,若：,P,泥,P,破,则：井漏,P,泥,P,地,则：井喷,P,泥,P,坍,则：井塌,钻井合理泥浆密度的确定,2、裸眼井段钻井的安全压力（泥浆密度）窗口：钻井合理泥浆密度,安全压力（密度）窗口：,P,P,破,P,泥,P,地,(P,地,P,坍,),P,破,P,泥,P,坍,(P,坍,P,地,),P,安全压力窗口,钻井合理泥浆密度的确定,安全压力（密度）窗口：P钻井合理泥浆密度的确定,P,愈大,则钻井愈易,P,愈小,则钻井愈难,钻井合理泥浆密度的确定,P愈大,则钻井愈易钻井合理泥浆密度的确定,若,P=P,破,-P,地,（,P,地,P,坍,）则较易,若,P=P,破,-P,坍,（,P,坍,P,地,）则较难,钻井合理泥浆密度的确定,若P=P破-P地 （P地 P坍）则较易钻井合理,P,破、,P,坍,由地层的原地应力、地层岩体的力学性质、强度、地层倾角、井斜、方位,因素所确定。,若,P,坍,0,，则井壁不稳，只有用泥浆柱压力平衡；,防塌必须提高泥浆密度。,钻井合理泥浆密度的确定,P破、P坍由地层的原地应力、地层岩体的力学性质、强度、地层倾,一般情况：,P,地,P,坍；,P=P,破,-P,地；,但泥浆作用将使,P,坍,上升，,P,破,下降，则：,P,减小：,使,P=P,破,-P,坍,(P,坍,上升并大于,P,地,），从而引发一系列问题，所以，合理确定泥浆密度，必须充分考虑泥浆的物理,-,化学作用：即从岩石力学与流体力学和化学的耦合作用综合考虑。,钻井合理泥浆密度的确定,一般情况：P地 P坍；P=P破-P地；钻井合理泥,井壁稳定性分析的参数获取,地应力,地应力的确定方法,岩石机械强度的获取,井壁稳定性分析的参数获取地应力,(after Gaarenstroom et al.,1993),volume,监测裂缝扩展和关井后的压力，准确确定最小主应力,典型的水力压裂试验曲线,(after Gaarenstroom et al.,19,典型的水力压裂试验曲线,出现剪切裂缝,破裂漏失,停泵,裂缝闭合,裂缝重张,时间,井口压力,典型的水力压裂试验曲线出现剪切裂缝破裂漏失停泵裂缝闭合裂缝重,利用水力压裂试验数据计算地应力：,地层破裂压力（,P,f,）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力,裂缝延伸压力（,P,r,）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底压力,裂缝闭合压力（,P,Fcp,）：使一个存在的裂缝保持张开时的最小井底压力，它等于作用在岩体上垂直裂缝面的法向应力，即最小水平主地应力。,瞬时停泵压力（,P,ISIP,）：关泵瞬间的裂缝中的压力。它一般大于,P,Fcp,，两者之间的差别一般在,0.1,7MPa,之间变化，它取决压裂工艺及岩石性质。在低渗透性地层，两者近似相等,利用水力压裂试验数据计算地应力：地层破裂压力（Pf）：地层破,利用水力压裂试验数据计算地应力：,利用水力压裂试验数据计算地应力：,地层倾角测井确定地应力方位,主地应力方向,泥浆密度低，井壁坍塌椭圆井眼长轴在最小水平地应力方位,地层倾角测井确定地应力方位主地应力方向泥浆密度低，井壁坍塌椭,坍塌压力、破裂压力,推导！,不考虑非线性修正，直井坍塌、破裂压力公式：,注意各符号表示的物理意义。,坍塌压力、破裂压力推导！不考虑非线性修正，直井坍塌、破裂压力,定向井井周地层应力状态,定向井井周地层应力状态,东营组地层斜井井壁稳定性分析,最大水平地应力方位：井壁坍塌风险最高,坍塌压力随井斜方位的变化,东营组地层斜井井壁稳定性分析 最大水平地应力方位：井壁坍塌风,东营组地层斜井井壁稳定性分析,最大水平地应力方位：井壁破裂风险最高,破裂压力随井斜方位的变化,东营组地层斜井井壁稳定性分析最大水平地应力方位：井壁破裂风险,安全泥浆密度窗口,安全泥浆密度窗口,变质岩地层裸眼完井井壁稳定性分析,244.5mm,套管以下太古界地层存在低强度砂岩地层，即使是钻井过程中也需较高的泥浆密度来维持井壁稳定，预实现裸眼完井开采，应调整套管下入深度,变质岩地层裸眼完井井壁稳定性分析 244.5mm套管以下太古,井壁失稳机理研究的基本力学方法：,以孔隙弹塑性力学为基础的均质地层井壁稳定性分析理论和计算方法基本成熟,地应力,本构模型,给定的泥浆密度,井周应力应变,破坏准则,提高泥浆密度,结束,稳定,失稳,井壁失稳机理研究的基本力学方法：地应力本构模型给定的泥浆密度,