复杂煤层段钻进时的井壁失稳机理极其对策.doc

复杂煤层段钻进时的井壁失稳机理极其对策 复杂煤层段钻进时的井壁稳定性分析 郭侣俊1,王煜2,孙爱生3,唐汉林3,冯一 3 （1?延长汕00公司定边采汕厂，榆林719000； 2.新疆贝肯能源工程股份有限公司，新 疆克拉玛依834000； 3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室.西南石油人学，成 都610500）摘要：煤层段钻进过程屮极易发生井壁失稳的状况。木文从煤基岩的力学及 物理化学性质入手，分析了煤层段井壁失稳的机理，采用Hoek-Brown公式來模拟煤岩的 非连续性，并对煤层段的坍塌密度进行了实例计算，利用有限元软件对计算结果进行了验 证，研究表明采川Hoek-Brown强度准则计算煤层段的坍塌压力当量密度是安全有效的， 在仅考虑力学作用的前提下，煤层不会发生崩落坍塌的状况。最后，总结了煤层段钻进时 的技术对策。关键词：煤层；井壁稳定性；Hoek-Brown强度准则；有限元 The Wellbore Stabi1ity Mechanisms and Technical Measures in Drilling Coal Seam GUO Chang-junl, WANG Yu2, SUN Ai- sheng3, TANG Han-1in3, FENG Yi3 （1. Yanchang Oil Field Conipany Dingbian 0订 Production Plant, Yulin 719000, P?R? China; 2. Franz Energy Engineering Co. , Ltd, Karamay Xinjiang 834000, China; 3. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, P. R. China） Abstract: In the process of drilling in broken coal seam, the borehole instability-related problems is serious. This article, based on the characteristics of broken coa1 seam, systematical 1y analyzes mechanisms of wellbore instability of brokcn coal seam, and using Hock-Brown model to calculate the collapse pressure? The calculating results were verifed by finite method, which shows that the method is reasonable and practical under mechanical condition. At last, summarizes related technical measures in drilling coal seam? Keyword: coaI seam; borehole stabi1ity; Hoek-Brown Strength Criterion; finite clement 引言 日前我国所钻遇的井舉不稳定地层主要为易水化膨胀的泥页岩地层和破碎性地层［1］。 其屮破碎性地层如煤层的井壁稳定性问题一玄困扰着钻井丁程，极人地阻碍了冇油勘探开 发的发展进程。钻井作业过程小煤岩失稳可能带來两个方血的危害［2］： 1）影响钻井安 全，严重制约降低钻井速度利效率；2)井眼扩人，影响其至阻碍后续的完井作业。木文拟 从煤岩的力学特性和物理化学性质入手，分析煤层段井壁失稳的机理，结合前人的研究基 础给出确定了煤层段钻井液密度窗口的方法，并进行了实例计算。最后提出了相应的工艺 技术对策。 1 煤岩的物理化学性质 煤岩含炭量较高，质轻易脆，且自身发育人量的天然裂隙、割理，相互垂玄的面割理和 端割理将煤基岩块分割成一个个斜方体(如图1所示)。割理以及裂隙的存在使得煤岩的力 学行为表现岀非连续性，其力学性质同砂泥岩也存在着较大差异[3],见表1。 端割理 面割理 图1煤岩及割理构造表1煤与砂泥岩力学性质比较[3] 岩性 密度(g/cm3) 抗张强度(MPa) 煤砂泥岩 1. T1.8 2^2.6 0、2 5?11 抗剪强度(MPa) 2.2~5.8 13. 7~42 杨氏模量(103kg. cm3) 广3 2、5 0.3广0.42 0?2~0.3泊松比 由表1不难看出煤岩的