井周應(yīng)力與井壁失穩(wěn)-課件

井周應(yīng)力與井壁失穩(wěn)-PPT文檔井周應(yīng)力與井壁失穩(wěn)-PPT文檔井周應(yīng)力與井壁失穩(wěn)-PPT文檔一、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(cè)研究的基礎(chǔ)……Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.2一、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(cè)研究的基礎(chǔ)……Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.2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)變一、井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.3直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)h二維平面應(yīng)變模型rEvaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.4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(duì)井眼受力進(jìn)行分解請(qǐng)回憶彈性基礎(chǔ)中厚壁筒及小孔應(yīng)力集中Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.5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，只與井眼半徑R和地層的矢徑r有關(guān)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.6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Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.7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Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.8直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)鉆井液滲流效應(yīng)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.9直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.10直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井壁應(yīng)力狀態(tài)：Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.11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(diǎn)是什么？Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.12Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.13Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.14Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.15Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.16利用水力壓裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算地應(yīng)力：Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.17坍塌壓力、破裂壓力Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.18定向井井周地層應(yīng)力狀態(tài)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.19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(xiǎn)最高坍塌壓力隨井斜方位的變化Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.20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(xiǎn)最高破裂壓力隨井斜方位的變化Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.21安全泥漿密度窗口Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.22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(qiáng)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，預(yù)實(shí)現(xiàn)裸眼完井開采，應(yīng)調(diào)整套管下入深度Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.23井壁失穩(wěn)機(jī)理研究的基本力學(xué)方法：以孔隙彈塑性力學(xué)為基礎(chǔ)的均質(zhì)地層井壁穩(wěn)定性分析理論和計(jì)算方法基本成熟地應(yīng)力本構(gòu)模型給定的泥漿密度井周應(yīng)力應(yīng)變破壞準(zhǔn)則提高泥漿密度結(jié)束穩(wěn)定失穩(wěn)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.24泥頁巖水化坍塌問題Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.25不同泥漿體系下泥巖吸水特性不同泥漿體系下泥巖膨脹特性Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.26含水量對(duì)泊松比的影響含水量對(duì)內(nèi)摩擦角的影響含水量對(duì)粘聚力的影響含水量對(duì)彈性模量的影響Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.27改進(jìn)的聚璜泥漿硅酸鹽泥漿Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.28具有顯著“結(jié)構(gòu)性（層理、裂縫）”的泥頁巖地層井壁失穩(wěn)問題難以像均質(zhì)地層一樣通過提高鉆井液密度有效解決，是目前研究的難點(diǎn)（Crook，2019）Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.29霍003井安集海河組泥頁巖地層坍塌掉塊層理Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.30潿西南油田群，在層理發(fā)育的潿二段、流二段泥頁巖地層中鉆進(jìn)定向井時(shí)，井壁坍塌卡鉆等井下復(fù)雜時(shí)有發(fā)生潿二段泥頁巖地層（泡水前）潿二段泥頁巖地層（泡水后）Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.31潿二段泥頁巖潿二段地層坍塌掉塊Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.32層理性地層井壁穩(wěn)定性問題Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.33層理性泥頁巖力學(xué)特點(diǎn)之一：各向異性試驗(yàn)表明，層理性泥頁巖力學(xué)性質(zhì)及強(qiáng)度具有顯著各向異性，若軸線與層理面的夾角在20～30之間，巖心強(qiáng)度與垂直層理面強(qiáng)度相比降低了40%，平行層理面的抗拉強(qiáng)度低于垂直層理面的抗拉強(qiáng)度（Chenevert，1965）依據(jù)統(tǒng)計(jì)，只有10％的地層為各向同性，30％地層彈性模量各向異性比大于1.5。因此井壁穩(wěn)定性分析中考慮地層各向異性的影響更接近實(shí)際情況的（Ong，1994）Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.34層理性泥頁力學(xué)特點(diǎn)之二：滲透性鉆井液及其濾液沿層理面的滲流使泥頁巖地層強(qiáng)度逐步降低是引起井下復(fù)雜的主要原因之一（Mclellan，2019）BoreholeStabilityinFissileShaleinNortheasternBritishColumbiaMountainRangeEvaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.35層理性泥頁巖力學(xué)特點(diǎn)之三：層理面非線性數(shù)值模擬研究表明：沿層理面的非線性剪切位移是造成井壁失穩(wěn)的主要原因之一，層理性地層井眼軌跡的優(yōu)化與均質(zhì)地層井眼軌跡的優(yōu)化方案不同，必須考慮層理面因素的影響（K.Yamamoto，2019）Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.36層理性泥頁巖地層強(qiáng)度特性地層力學(xué)性質(zhì)具有明顯的各向異性，軸向與層理面法線夾角在45～75度之間時(shí)強(qiáng)度最低，約為垂直層理面強(qiáng)度的1/5～1/6。層理面的粘聚力、內(nèi)摩擦角遠(yuǎn)低于巖石基體的粘聚力、內(nèi)摩擦角，高傾角下的破壞多為沿層理面的剪切破壞。取心方式Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.37層理性泥頁巖地層滲透特性試驗(yàn)設(shè)備平行層理面和垂直層理面測(cè)試—層理面可能為高滲面Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.38問題的難點(diǎn)考慮因素傳統(tǒng)模型層理性泥頁巖問題地層本構(gòu)模型各向同性體各向異性體滲流方式Darcy滲流各向異性滲流滲流對(duì)強(qiáng)度的影響無有泥頁巖吸水影響強(qiáng)度無沿層吸水層理、裂縫面無有復(fù)雜的力學(xué)、化學(xué)、水動(dòng)力學(xué)耦合問題沒有解析解，必須數(shù)值求解Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.39計(jì)算模型：考慮地層各向異性、滲流等因素的綜合影響計(jì)算結(jié)果之一：井眼周圍位移場(chǎng)分布規(guī)律Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.40層理性地層井壁破壞點(diǎn)分析定義層理面破壞比最大水平地應(yīng)力南北方向，破壞點(diǎn)最大值不在最小地應(yīng)力方位，在應(yīng)用井壁崩落橢圓法確定水平地應(yīng)力方位時(shí)應(yīng)當(dāng)引起注意破壞比大于1，失穩(wěn)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.41地層走向?qū)永硇阅囗搸r坍塌壓力的影響與地層傾角相比較，走向?qū)μ鷫毫Φ挠绊戄^小Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.42定向井井眼軌跡對(duì)坍塌壓力的影響鉆進(jìn)定向井最有利的井斜方位范圍以霍爾果斯構(gòu)造安集海河組高陡層理性泥頁巖地層為例，地層南傾，地層傾角500，水平最大地應(yīng)力近南北走向以近垂直層理面的方位井斜鉆定向井，使坍塌壓力大幅降低，有利于井壁穩(wěn)定Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.43定向井井眼軌跡對(duì)坍塌壓力的影響井斜過大，坍塌壓力迅速增高近似水平層理以潿12-1北油田潿二段層理性泥頁巖地層為例水平最大地應(yīng)力方位N50E方位角井斜角Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.44高陡層理性地層井眼縮徑規(guī)律研究隨井眼鉆開時(shí)間的增長，井壁最大縮徑量經(jīng)歷緩慢、快速平緩增長三個(gè)階段起鉆時(shí)鉆頭對(duì)縮徑的地層產(chǎn)生向上的拉力，地層坍塌Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.45高陡層理性地層井眼縮徑規(guī)律研究提高泥漿密度只在短期內(nèi)有利于控制井眼縮徑井壁滲流速度越大井眼穩(wěn)定周期越短Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.46計(jì)算結(jié)果之二：井眼變形前后的對(duì)比計(jì)算結(jié)果之三：井眼最大位移量隨井眼鉆開時(shí)間的變化規(guī)律Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.47BP公司2019年，BP美國公司在墨西哥灣遇到鉆井中井壁穩(wěn)定問題。井眼與地層層理面夾角不同（井斜角不同），井壁垮塌程度、垮塌巖石大小、形狀不同。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.48Dusseault研究破碎性地層井壁穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)井壁是否穩(wěn)定與井眼尺寸有關(guān)，井眼尺寸越大井壁越不穩(wěn)定。在研究層理發(fā)育的各向異性地層井壁穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)井壁穩(wěn)定性與井眼軸線和地層層理面的夾角有關(guān)，認(rèn)為應(yīng)盡可能以垂直于層理面的方式進(jìn)入地層，才能保持井壁穩(wěn)定性。裂縫發(fā)育的破碎性地層層理發(fā)育的各向異性地層各向異性地層加拿大科學(xué)家的研究結(jié)果Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.49破碎性地層的穩(wěn)定性的研究方法破碎性地層的力學(xué)特性由于結(jié)構(gòu)面的存在，破碎性地層的力學(xué)性質(zhì)主要受結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的影響與完整地層相比，結(jié)構(gòu)面是高滲面，必須考慮滲流影響破碎性地層穩(wěn)定性問題，沒有解析解，必須進(jìn)行數(shù)值求解有限元方法：節(jié)理面有限元模型（有限結(jié)構(gòu)面）、當(dāng)量連續(xù)體模型（多組結(jié)構(gòu)面或隨機(jī)結(jié)構(gòu)面）離散元方法：塊體平衡理論，目前只能進(jìn)行二維分析Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.50破碎性地層的失穩(wěn)形式結(jié)構(gòu)面的破壞有兩類：一是沿著結(jié)構(gòu)面的剪切破壞，二是垂直于節(jié)理面的拉張破壞；支撐不夠的時(shí)候發(fā)生沿著結(jié)構(gòu)面的剪切破壞，大塊坍塌，封堵不好，無法有效遏制滲流，導(dǎo)致垂直于結(jié)構(gòu)面的拉張破壞，也是大塊坍塌。Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.51破碎性地層井壁失穩(wěn)規(guī)律的數(shù)值模擬井眼未鉆開前的地層巖體模型井眼組開時(shí)井周巖體應(yīng)力狀態(tài)Evaluationonly.CreatedwithAspose.Slidesfor.NET3.5ClientPro.Copyright2019-2019AsposePtyLtd.52破碎性地層井壁失穩(wěn)規(guī)律的數(shù)值模擬井眼鉆開25小時(shí)后井周巖體孔隙壓力分布規(guī)律井眼鉆開