井眼稳定技术现状及发展思考【ppt】.ppt

2.4.岩石力学井眼稳定稳定性计算 目的：求取地层坍塌压力 （1）Mohr-Coulomb准则 （2）Drucker-Prager准则 …… 岩石破坏准则 泥岩地层水化本构方程 井壁坍塌压力计算： (Mohr-Coulomb准则） 式中: C 为岩石内聚力/MPa； K=cot2( 45°-ф/2) ; ф为内摩擦角/(°) ; H 为井深/m ; ρm 为坍塌压力当量钻井液密度/ g.cm-3；?为应力非线性修正系数;α为毕奥特系数；P p为地层孔隙压力/ MPa；бH 和 б h分别为最大、最小水平地应力/MPa。 2. 回 顾 2.5 岩石力学化学耦合的井眼稳定稳定性计算 耦合方法： 1、鉴于活度可以间接反映水化与地层膨胀能力，因此，以“活度”为耦合点，即把活度折算成一个应力，叠加到地层应力系统中，研究不同活度地层的坍塌压力。 2、鉴于水化后，地层岩石力学参数随着改变，因此，以“岩石参数”为耦合点，探讨地层在水化时间、水化程度（抑制性）等方面的坍塌压力变化。 目的：求取泥页岩地层水化后的坍塌压力 2. 回 顾 由于可以研究坍塌压力与水化时间、水化程度的关系，后者使用更普遍。 1980年---2014年 2.6 钻井液技术的发展 （1）防塌钻井液体系方面 普通水基 1.KCl-聚合物 →化学抑制 2.KCl-聚磺→化学抑制 …… 油基体系 1.柴油基→阻止水分子进入地层 2.白油基→作用机理同油基，但更环保 …… 特殊水基 1.聚胺钻井液体系→化学抑制 2.有机硅酸盐体系→化学抑制和阻止水分子进入地层 2.甲基葡萄糖苷→阻止水分子进入地层 3.胺基-铝络合物体系→化学抑制和阻止水分子进入地层 4.聚合醇体系→阻止水分子进入地层 …… 2. 回 顾 （2）钻井液处理剂方面 2.6 钻井液技术的发展 KCl、铝络合物、硅酸盐、胺基抑制剂、葡萄糖苷、有机硅酸盐等 沥青类、成膜剂等 碳酸钙、聚合醇、可变形封堵材料、纳米颗粒等等 抑制剂 防塌剂 封堵剂 2. 回 顾 1.背 景 2.回 顾 3.思 考 内 容 硬脆性页岩：水化能力弱的地层同样具有失稳能力。 裂隙发育：无论是页岩或是其他类型岩石，如火成岩，只要裂隙发育，或属破碎性地层，其失稳趋势增加明显，现场井下复杂问题突出。页岩具有代表性。 3. 思 考 3.1 问题的提出 井眼稳定技术历经几十年的研究与发展，取得了很大的成绩，特别是对裂隙不发育水敏性地层，但井眼失稳问题仍然困扰着我们的工程技术人员，原因？ 理论？ 评价方法？ 控制技术？ 应用？ 实际上，我们更关注了水化问题，特别是在机理与评价方法上。裂缝的存在让诸多问题都发生了变化，使失稳机理更加复杂（如整装油田的开发与断块油田的开发），危害性更大，裂缝条件下评价方法有很多程度的不同，研究难度大幅度增加。 3. 思 考 3.1 问题的提出 3.2 失稳机理 瓶子的启示： 土是具有很强水敏性和塑性的，烧制成陶具后？ 瓶子碎了，采用普通水溶性胶胶合后，分别盛放油和水，结果？ 地震对墙体破坏的启示：纵波、横波 3. 思 考 3.2 失稳机理 3.2.1 泥页岩地层的三大类： ①塑性泥岩地层： 含水量大、含膏、泊松比大、裂隙不发育；水化能强，具有较强的塑性变形能力和裂缝自愈合能力。 ②硬脆性页岩： 含水量小、泊松比小、裂隙易发育，自愈合能差；水化能弱，具有较强的脆性形变特征。 ③弹塑性泥页岩？：介于上述二者之间 塑性 泥岩 地层 脆性 泥页岩地层 缩径 坍塌掉块 井 眼 3. 思 考 3.2 失稳机理 对于类似特征的泥岩地层，怎么办？ 地层建模与失稳机理，建模假设如下： ① 塑性泥岩地层： ●无明显裂缝存在； ●水化以一定速度自井壁开始逐步深入； ●水化速度与外来流体的性质及泥页岩水化 能力有关； ② 硬脆性页岩： ●水化以一定速度自井壁开始逐步深入； ●水化速度与外来流体的性质及泥页岩水化 能力有关； ●有一定数量，且方向沿径向方向的裂缝； ●岩石润湿外来流体 ●外来流体沿裂缝推荐速度远远大于岩石本 身水化速度 3. 思 考 3.2 失稳机理 地层建模与失稳机理： ① 塑性泥岩地层：“浅层面失稳”：如山体滑坡，表层开始，逐层吸水膨胀，松软，直至滑落。 ② 硬脆性泥页岩：“深层体积失稳”：如“胶瓶破碎” ●一方面水化以一定速度自井壁开始逐步深入； ●另一方面外来流体沿裂缝推进后，