井壁穩(wěn)定性解析課件

1、井壁穩(wěn)定性研究井壁穩(wěn)定性研究井壁穩(wěn)定研究的意義1、提高鉆井成功率2、確保井眼按設(shè)計要求，按時、保質(zhì)地完成鉆穿和鉆達設(shè)計要求的所有目的層，鉆達到設(shè)計井深和層位按時完成鉆井完井任務(wù)井身質(zhì)量好，滿足各種測試要求鉆井成本合理3、有助于取全、取準(zhǔn)所要求的各種資料；4、減小和防止油層損害，以利于發(fā)現(xiàn)和評價油氣層井壁穩(wěn)定研究的意義1、提高鉆井成功率井壁失穩(wěn)的表現(xiàn)形式泥巖水化膨脹鹽巖蠕變剪切破壞張性破裂井眼周圍巖石所受載荷不平衡引起井壁失穩(wěn)的表現(xiàn)形式泥巖水化膨脹鹽巖蠕變剪切破壞張性破裂井眼周井壁穩(wěn)定性原理井眼周圍地層的受力狀態(tài)井眼周圍地層能夠承受的力井壁穩(wěn)定強度判別準(zhǔn)則原地應(yīng)力狀態(tài)力學(xué)本構(gòu)方程巖石的強度井壁穩(wěn)

2、定性原理井眼周圍地層的受力狀態(tài)井眼周圍地層能夠承受的力井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)意義？井壁穩(wěn)定性分析及安全泥漿密度窗口的確定基礎(chǔ)出砂預(yù)測研究的基礎(chǔ)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)意義？假設(shè)條件：地層均質(zhì)各向同性線形彈性，小變形軸向平面應(yīng)力或平面應(yīng)變井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題假設(shè)條件：井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)h二維平面應(yīng)變模型r直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)h二維平面應(yīng)變模型r直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)依據(jù)線彈性、小變形應(yīng)力疊加原理對井眼受力進行分解請回憶彈性基礎(chǔ)中厚壁筒及小孔應(yīng)力集中直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)依據(jù)線彈性、小變形應(yīng)力疊加原理對井眼由鉆井液柱壓力P引起

3、的應(yīng)力 直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)無剪應(yīng)力，只與井眼半徑R和地層的矢徑r有關(guān)由鉆井液柱壓力P引起的應(yīng)力 直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)無剪應(yīng)力直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)由水平最大地應(yīng)力 所引起的井周應(yīng)力分布直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)由水平最大地應(yīng)力 所引起的井周應(yīng)直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)由水平最小地應(yīng)力 所引起的井周應(yīng)力分布直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)由水平最小地應(yīng)力 所引起的井周應(yīng)直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)鉆井液滲流效應(yīng)直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)鉆井液滲流效應(yīng)直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井壁穩(wěn)定性解析課件井壁穩(wěn)定性解析課件直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井壁應(yīng)力狀態(tài)：直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井壁應(yīng)力

4、狀態(tài)：直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)直井井眼周圍應(yīng)力分布的特點是什么？直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)直井井眼周圍應(yīng)力分布的特點是什么？井壁穩(wěn)定性解析課件井壁穩(wěn)定性解析課件A井周地層應(yīng)力狀態(tài)A井周地層應(yīng)力狀態(tài)Shear StressShear StrengthrEffective Compressive StressStable Stress StateqrShear StressShear StrengthrEffective Compressive StressUnstable Stress StateqrqMinStressMaxStressq井壁穩(wěn)定性判別模型Mohr-coulomb準(zhǔn)則-剪切破壞判

5、別準(zhǔn)則Shear StressShear StrengthrEMohr-coulomb準(zhǔn)則-剪切破壞判別準(zhǔn)則 其中，c、分別為內(nèi)摩力和內(nèi)摩擦角，Co為巖石的單軸抗壓強度。坍塌壓力極限（P坍）: 保證井壁不發(fā)生剪切變形的鉆井液柱壓力極限五、井壁穩(wěn)定性判別模型Mohr-coulomb準(zhǔn)則-剪切破壞判別準(zhǔn)則 其中，c令則井壁穩(wěn)定性系數(shù)： c為巖石允許承載的能力，1為巖石實際承受載荷。當(dāng)K1時，井眼發(fā)生塑性變形；當(dāng)K1時，巖石處于極限平衡態(tài);當(dāng)K1時，井壁穩(wěn)定。五、井壁穩(wěn)定性判別模型令則井壁穩(wěn)定性系數(shù)： c為巖石允許承載的能力，1由井壁3個主應(yīng)力分量的有效應(yīng)力表達式，可以得到以下3種可能的關(guān)系：對應(yīng)的

6、Mohr-Coulomb表達式：井壁穩(wěn)定性判別模型由井壁3個主應(yīng)力分量的有效應(yīng)力表達式，可以得到以下3種可能的井壁失穩(wěn)常見力學(xué)模式井壁失穩(wěn)常見力學(xué)模式鉆井合理泥漿密度的確定1、裸眼井段的三個壓力剖面P破地層破裂壓力P地地層壓力P坍地層坍塌壓力鉆井合理泥漿密度的確定1、裸眼井段的三個壓力剖面2、裸眼井段鉆井的安全壓力（泥漿密度）窗口：P泥泥漿柱壓力 若： P泥 P破 則：井漏 P泥 P地 則：井噴 P泥 P坍 則：井塌鉆井合理泥漿密度的確定2、裸眼井段鉆井的安全壓力（泥漿密度）窗口：鉆井合理泥漿密度安全壓力（密度）窗口：PP破 P泥 P地 (P地 P坍) P破 P泥 P坍 (P坍 P地 )P安全

7、壓力窗口鉆井合理泥漿密度的確定安全壓力（密度）窗口：P鉆井合理泥漿密度的確定P愈大,則鉆井愈易P愈小,則鉆井愈難鉆井合理泥漿密度的確定P愈大,則鉆井愈易鉆井合理泥漿密度的確定若P =P破- P地 （ P地 P坍） 則較易若P =P破- P坍 （ P坍 P地） 則較難鉆井合理泥漿密度的確定若P =P破- P地 （ P地 P坍） 則較易鉆井合理P破、P坍由地層的原地應(yīng)力、地層巖體的力學(xué)性質(zhì)、強度、地層傾角、井斜、方位因素所確定。若P坍0，則井壁不穩(wěn)，只有用泥漿柱壓力平衡；防塌必須提高泥漿密度。鉆井合理泥漿密度的確定P破、P坍由地層的原地應(yīng)力、地層巖體的力學(xué)性質(zhì)、強度、地層傾一般情況： P地 P坍；

8、 P =P破- P地；但泥漿作用將使P坍上升， P破下降，則：P 減?。菏筆 =P破- P坍( P坍上升并大于P地），從而引發(fā)一系列問題，所以，合理確定泥漿密度，必須充分考慮泥漿的物理-化學(xué)作用：即從巖石力學(xué)與流體力學(xué)和化學(xué)的耦合作用綜合考慮。鉆井合理泥漿密度的確定一般情況： P地 P坍； P =P破- P地；鉆井合理泥井壁穩(wěn)定性分析的參數(shù)獲取地應(yīng)力地應(yīng)力的確定方法巖石機械強度的獲取井壁穩(wěn)定性分析的參數(shù)獲取地應(yīng)力(after Gaarenstroom et al., 1993)volume監(jiān)測裂縫擴展和關(guān)井后的壓力，準(zhǔn)確確定最小主應(yīng)力典型的水力壓裂試驗曲線(after Gaarenstroom

9、 et al., 19典型的水力壓裂試驗曲線出現(xiàn)剪切裂縫破裂漏失停泵裂縫閉合裂縫重張時間井口壓力典型的水力壓裂試驗曲線出現(xiàn)剪切裂縫破裂漏失停泵裂縫閉合裂縫重利用水力壓裂試驗數(shù)據(jù)計算地應(yīng)力：地層破裂壓力（Pf）：地層破裂產(chǎn)生流體漏失時的井底壓力裂縫延伸壓力（Pr）：使一個已存在的裂縫延伸擴展時的井底壓力裂縫閉合壓力（PFcp）：使一個存在的裂縫保持張開時的最小井底壓力，它等于作用在巖體上垂直裂縫面的法向應(yīng)力，即最小水平主地應(yīng)力。瞬時停泵壓力（PISIP）：關(guān)泵瞬間的裂縫中的壓力。它一般大于PFcp，兩者之間的差別一般在0.17MPa之間變化，它取決壓裂工藝及巖石性質(zhì)。在低滲透性地層，兩者近似相等

10、利用水力壓裂試驗數(shù)據(jù)計算地應(yīng)力：地層破裂壓力（Pf）：地層破利用水力壓裂試驗數(shù)據(jù)計算地應(yīng)力：利用水力壓裂試驗數(shù)據(jù)計算地應(yīng)力：地層傾角測井確定地應(yīng)力方位主地應(yīng)力方向泥漿密度低，井壁坍塌橢圓井眼長軸在最小水平地應(yīng)力方位地層傾角測井確定地應(yīng)力方位主地應(yīng)力方向泥漿密度低，井壁坍塌橢坍塌壓力、破裂壓力推導(dǎo)！不考慮非線性修正，直井坍塌、破裂壓力公式：注意各符號表示的物理意義。坍塌壓力、破裂壓力推導(dǎo)！不考慮非線性修正，直井坍塌、破裂壓力定向井井周地層應(yīng)力狀態(tài)定向井井周地層應(yīng)力狀態(tài)東營組地層斜井井壁穩(wěn)定性分析 最大水平地應(yīng)力方位：井壁坍塌風(fēng)險最高坍塌壓力隨井斜方位的變化東營組地層斜井井壁穩(wěn)定性分析 最大水平地應(yīng)力方位：井壁坍塌風(fēng)東營組地層斜井井壁穩(wěn)定性分析最大水平地應(yīng)力方位：井壁破裂風(fēng)險最高破裂壓力隨井斜方位的變化東營組地層斜井井壁穩(wěn)定性分析最大水平地應(yīng)力方位：井壁破裂風(fēng)險安全泥漿密度窗口安全泥漿密度窗口變質(zhì)巖地層裸眼完井井壁穩(wěn)定性分析 244.5mm套管以下太古界地層存在低強度砂巖地層，即使是鉆井過程中也需較高的泥漿密度來維持井壁穩(wěn)定