完井工程---第2章---钻开生产层.ppt

第二章 钻开生产层 内容概述： 钻开生产层是完井生产环节中的第一步，它是钻井中的重要环节，也是完井中的重要环节； 关系到生产层岩石受到污染和变形的严重程度，它关系到一口井的产能和使用寿命，并关系到生产层的改造方法； 关系到钻井中的复杂与事故。 在钻开生产层中最重要的是选择优良的钻井液和使用平衡压力钻井工艺。 第二章 钻开生产层 一、近井壁岩石力学性质的变化 岩石受三向应力（三个主应力）： 在垂直方向是上部的岩石基质的重力和岩石中所含流体的重力之和，称为上覆岩层压力； 在水平方向受侧向的挤压力．称为围压，有上覆岩层压力的重力引起； 在水平的各个方向上尚有因地质因素造成的构造地应力 。 第二章 钻开生产层 一、近井壁岩石力学性质的变化 1．近井壁岩石的应力分布 第二章 钻开生产层 地应力的基本概念： 作用在地壳内岩体上的各种相互平衡的外力使岩体内部产生内力，它的效应是引起岩体形变。这种内力就是地应力，它是岩体内部相邻质点间沿分界面的相互作用力，以作用在单位面积上的力来量度。 地应力可分解为两个部分，作用在界面法线方向的称为正应力；沿界面方向的称为剪应力。 第二章 钻开生产层 第二章 钻开生产层 地应力张量： 相互平衡的诸外力作用在岩体上时，岩体内部任意方向的无数界面上都有地应力产生，它们同时产生同时消失，不同空间方位的界面的应力各不相同，但各界面的应力值之间有一定的关系，组成一个整体，这个整体称为地应力张量，也称为地应力状态。 包括：重力应力、构造应力、孔隙压力，热应力等。 第二章 钻开生产层 重力应力：是上覆载荷及下伏地层阻止岩体下落的反作用这一对相互平衡的外力在岩体内部引起的应力张量。重力应力也称上覆岩层压力。 第二章 钻开生产层 重力应力 侧向的挤压力 构造地应力：是由地质运动所产生的。岩石在地质运动中的升降、扭曲、褶曲、旋转等都会给岩石一个构造力。 构造地应力在水平的两个方向上是不均匀的,使钻开的井眼不呈圆形，而是椭圆的引起卡钻或井壁坍塌； 在地应力大的方向上射孔，易引起地层的出砂；在该方向上压裂，也易产生裂缝。 第二章 钻开生产层 钻成井筒后的岩石应力图 第二章 钻开生产层 在钻井过程中，井壁岩石在上覆岩层压力、流体静压力和动压力的作用下，处于复杂应力状态，受到轴向、径向和周向的应力。 当井筒压力下降，且径向应力也下降时，周向应力增大，这时岩石的压缩变形和剪切变形就大，会使岩石进一步被压实，岩石的渗透率降低，会使地层流体流入井筒的阻力变大。在钻开弱岩层时，还会引起岩石的稳定性降低，岩石被压碎破坏，形成洞穴。 第二章 钻开生产层 第二章 钻开生产层 第二章 钻开生产层 井壁围岩应力场分布为： 第二章 钻开生产层 根据有效应力定律，在坐标系Oxyz中，垂直井眼周围地层远场应力为： 第二章 钻开生产层 地应力与完井工程的关系： 1．地应力为完井方法选择提供依据 钻井后井壁岩石的应力状态，特别是井壁岩石在生产过程中所受的最大切向应力和最大剪应力与井壁岩石的张性破坏和剪切破坏有关，从而可直接确定选用的完井方法。 2．地应力为完井工程设计提供依据 在高温高压、非构造应力作用下，岩层井壁岩石的应力状态会产生蠕变、塑性流动，在套管设计时要特殊考虑。在大斜度井、水平井以及定向井完井设计时，要尽量使井眼方向与最小主应力方向平行，这样有利于安全快速钻井和完井。 3．地应力为优化压裂设计提供依据 了解一个地区的地应力以及最大、最小主应力有利于优化压裂设计，提高压裂效果。一般来说，平行于最大水平主应力方向进行射孔和压裂，有利于降低起裂压力，增加裂缝长度和形成单一主裂缝。 第二章 钻开生产层 一、近井壁岩石力学性质的变化 2．井筒液柱压力的作用 液柱压力起抵消岩石侧向变形的作用, 液柱压力超过岩石的破裂压力强度，井壁的裂缝，造成井漏 对裂缝性的储层，适当地加大洗井液的密度，可防止裂缝的闭合引起的岩石渗透性下降。 第二章 钻开生产层 一、近井壁岩石力学性质的变化 2．井筒液柱压力的作用 井筒液柱压力的确定： 液柱压力大于地层压力 液柱压力小于地层破裂压力 第二章 钻开生产层 一、近井壁岩石力学性质的变化 3．近井壁地带岩石力学性质的变化对钻井完井的影响 钻井中的井径缩小 ，钻井时卡钻 ，下套管固井后，使套管挤扁、断裂，使井报废 。 侧向的挤压力也会引起井壁的坍塌。 注水时，则会引起岩石的吸水膨胀，增大侧向的挤压作用，岩石蠕变，引发套管事故 。 岩石的变形使裂缝性储层的裂缝闭合，产能下降。 岩石的变形对砂岩储层岩石的骨架受力加大，容易引起井的出砂。 第二章 钻开生产层 在钻井过程中，井壁岩石总要与井筒中的液体接触，