欠平衡井底附近岩石应力状态分析.pdfVIP

第 12卷 第21期 2012年7月 科 学 技 术 与 工 程 Vo1．12 No．21 Ju1．2012 1671— 1815(2012)21·5139-05 ScienceTechnologyandEngineering ⑥ 2012 Sci．Tech．Engrg． 石油技术 欠平衡井底附近岩石应力状态分析 李 玮 闫 铁 毕雪亮 孙仕慧 (东北石油大学 石油工程学院，大庆 163318) 摘 要 由于欠平衡钻井具有大幅度提高钻速、有效保护油气层和降低钻井成本等优点，被广泛应用于国内外各大油田。但 对欠平衡钻井井底岩石应力状态特点的相关研 究较少。以欠平衡钻井井底附近井眼为研究对象，通过分析地应力、孔隙压 力、液柱压力等对井底岩石机械力学特征变化的影响，研究欠平衡条件下非渗透性井壁和渗透性井壁岩石的破碎效率、井斜、 井壁稳定等问题。研究结果表明：井底附近岩石力学性质受地应力、孔隙压力、井眼及液柱压力等的综合作用。非渗透岩石 时，欠平衡钻井破岩效率高，机械钻速大，井壁集中力大，易井斜；渗透井壁时，随渗透率的增大，欠平衡钻井破岩效率降低，机 械钻速减小，井壁集中力减小，井斜倾向变小。 关键词 欠平衡钻井 岩石应力状态 负压差 渗透率 数值分析 中图法分类号 TE22； 文献标志码 A 在钻井过程中，钻井液液柱压力低于地层孔隙 针对欠平衡条件下井壁、井底岩石机械力学性能的 压力 ，使地层的流体有控制地进人井筒并循环到地 变化特点，通过理论模型及有限元数值模拟进行二 面的钻井技术称为欠平衡钻井 j。欠平衡钻井始 维及三维受力情况分析，深入剖析欠平衡条件下提 于2O世纪 5O年代 ，其实现方法有流钻法和人工诱 高机械钻速、井壁失稳及井斜的深层次原因。 导法两种。由于欠平衡钻井具有大幅度提高机械 2 井壁围岩应力状态及强度分析 钻速，缩短钻井周期，有效保护油气层等优点，为当 前国内外石油钻井广泛应用的一种钻井工艺 J。 井壁围岩应力状态是研究井壁稳定的重要方 欠平衡钻井可 以产生井 内负压差 ，]，改变 了 法 。为了简化问题 ，将地层 中的三维应力 问题用二 传统过平衡钻井井 内、井底岩石的应力状态和破碎 维方法来处理。 机理。井底负压差能降低井底岩石的抗破碎强度 ， 1．1 井壁 围岩应力状态 岩石易破碎、易开裂、易扩展，并减少钻井液的 “压 井壁岩石的应力状态可用径向应力 ，周向应 持效应”，促进井底岩石破碎及岩屑脱离井底[8--lo~。 力 ，垂 向应力 来表示 。设压应力为正号，拉应 力为负号。根据线弹性理论，在井壁为可渗透的情 井内负压差可进一步强化井壁岩石的 “各向压缩效 况下 ，在 时，可得井壁处的应力场为： 应”，造成井壁区域变形和强度情况趋于恶化 ¨¨。 欠平衡钻井在提高岩石破碎效率和机械钻速的同 frOr= 时，也产生井壁稳定性和井斜等伴生问题 。 lrO0=OH+roh一2(ron—roh)CO~+2叩(Pw一 )一 欠平衡条件下，井底附件岩石的力学机理是分 Io5= +2,7( 一 ) 析欠平衡钻井提速、井壁稳定和井斜的根本。本文 L =0 (1) 2012年3月21日收到，4月6日修改 (2010ZX05021-002)和国家 自然科学基金 资助 式(1)中：叼=南 。式中：r／为系数； 第一作者简介 ：