欠平衡钻井避免储层应力敏感损害的井底压力设计方法

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1、学兔兔www.xuetutu.com第27卷第5期钻井液与完井液Vlo1．27NO．52010年9月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDSept．2010文章编号：10015620(2010)05—0022—03欠平衡钻井避免储层应力敏感损害的井底压力设计方法杨虎(新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依)摘要对于应力敏感性较强的储层，井底压力设计值的下限应以避免储层应力敏感损害为基准。对储层井周应力进行弹性分析，在应力敏感损害机理的基础上，引入岩石破坏程度(破坏比)，通过岩心渗透率测试，建立渗透率与破坏比的数学回9-J模型，依据实践经验和试

2、验数据确定岩石临界破坏比，结合井周应力模型，得出欠平衡钻井避免储层应力损害的井底压力下限。通过对呼3井储层模拟计算，充分证实欠平衡钻井避免应力敏感损害的极限井底压力设计方法的科学性。关键词欠平衡钻井；应力敏感损害；岩石破坏比；井底压力；实例中图分类号：TE249．6文献标识码：A欠平衡钻井多应用于油气储层。由于储层流体所饱和的岩石受上覆压力、构造应力及流体压力的作用[1】，且欠平衡钻井过程中，储层流体流入井眼，使孔隙压力降低，井壁岩石骨架上的有效应力增大，井壁岩石原有的应力状态受到扰动，使岩石孔隙结构发生破坏，渗透率降低，造成储层的应力敏感损害。研究表明，对欠平衡

3、钻井，当钻进应力敏感性较强的储层时，井底压力设计值的下限应以避免储图1井壁岩石受力的柱坐标系示意图层应力敏感损害为基准。对储层井周应力进行弹性根据多孔弹性介质力学理论，考虑欠平衡钻井分析，在应力敏感损害机理的基础上，引人岩石破流体的滤失量很小且基本无泥饼存在，而井壁附近坏程度(破坏比)，通过岩心渗透率测试，建立渗透的地层流体由于井底负压的存在将无阻碍地渗入井率与破坏比的数学回归模型，依据实践经验和试验筒。该渗流过程符合达西定律，应考虑地层孔隙中数据确定岩石临界破坏比，结合井周应力模型，得径向渗流对井壁周围所产生的附加应力场【2]。因此，出欠平衡钻井避免储层应力损害

4、的井底压力下限。井周应力的表达式见式(1)。式中：c『r为径向应力，MPa；为周向应力，MPa；为垂向应力，MPa；1井周应力的线弹性分析Pm为钻井流体液柱压力，MPa；、分别为最大、假设：水平主应力各向不等；岩石具有渗透l生；最小水平主地应力，MPa；v为泊松比，无因次；岩石破坏符合摩尔．库仑准则。岩石受力如图1所为油藏孔隙压力，MPa；R为井眼半径，mm；示，将直角坐标系的应力分布公式转换成柱坐标下为距井眼中心线的距离，mm；0为与最大水平主地的应力分布式，柱坐标系中井壁周围岩石的应力状应力的夹角，(。)；为有效应力系数(Boit系数)；态可用3个主应力(cr

5、r，O"o，az)表示。为地层孔隙率，；为井壁渗透系数，0≤≤1；基金项目：中国石油股份公司2009年科技攻关项目“裂缝性储层欠平衡钻井配套技术研究”。第一作者简介：杨虎，博士，高级工程师，现在主要从事钻井提速、水平分支井、欠平衡钻井和储层保护等技术的研究工作。地址：新疆克拉玛依市勘探开发研究院；邮政编码834000；电话(0990)6869144；E—mail：yanghu@petrochina．com．cn。学兔兔www.xuetutu.com第27卷第5期杨虎：欠平衡钻井避免储层应力敏感损害的井底压力设计方法23欠平衡钻井时=1。法评价井壁岩石实际应力状态与

6、渗透率问的具体关系。因此引人岩石破坏比，该变量既考虑岩石所受等华f·一升[+×应力状况，也包含岩石本身的物理性质，是岩石的综合性变量。研究认为：岩石破坏比在井底条件下cosz⋯『)与实验室条件下具有直接的对等性。根据摩尔．库每+(+升[+等】cos2⋯，仑岩石强度准则，井壁岩石破坏比的定义式为：X：—————————————了———————————(3)【3)『H_P)min[，仃，]ctgf45。詈l+2CctgI45。一等I式中：为内摩擦角，(。)；C为储层胶结强度，MPa。啦F}1式(3)可知，将破坏比X定义为岩石在不同应力状态下的破坏程度，其取值范围为0～

7、1。当X=12储层应力敏感性的实验规律时，岩石剪切破坏；当0时，岩石的有效应力孔隙型岩石渗透率的实验室测量可利用岩心强为零，处于孔隙压力的“悬浮”状态；当0

8、，由渗透率