普光地区安全钻井液密度窗口的测井方法研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第25卷第6期钻井液与完井液Vo1．25NO．62008年11月DRILLINGFLUID&COMPLET10NFLUIDNOV．2008文章编号：1001—5620(2008)06—0058-04普光地区安全钻井液密度窗口的测井方法研究罗庆范翔宇夏宏泉刘旭春。王磊(1．中原油田分公司采油工程技术研究院，河南濮阳；2．西南石油大学石油工程测井实验室，四川成都；3．西部钻探测井公司，新疆克拉玛依；4．青海油田采油二厂，青海花土沟)摘要根据井壁围岩应力分布规律和强度破坏准则全面分析了井壁岩石的所有可能的破裂情况，在此基础上提出了利用测井资料确定安全钻井

2、液密度窗口上下限的方法，并利用普光2井的资料对该方法进行了实例验证。结果表明，利用测井资料能较准确地确定安全钻井液密度窗口上限和下限，为钻井设计和实钻过程中采用合理的钻井液密度提供科学依据。关键词钻井液密度井眼稳定地层坍塌压力地层破裂压力中图分类号：TE254．1文献标识码：A在钻井施工中，井眼周围产生应力集中，若钻井一P一aPp液密度不能有效地平衡井壁应力，则会出现井壁失一(all+)一2(oH一)cos20一P一aP稳现象。井壁不稳定分为2种：一是钻井液密度过一一(一)COS~--aPp(1)低、井内钻井液液柱压力过低，井壁发生剪切破坏，式中，为上覆岩层压力，MPa；和分别为水引

3、起地层坍塌；二是钻井液密度过高、井内钻井液液平最大和最小地应力，MPa；P为井内液柱压力，柱压力过高，井壁发生张性破坏，压裂地层。另外，MPa；为岩石泊松比；0为井壁上某点与水平最大当地层孔隙压力远高于钻井液液柱压力时，会发生地应力在逆时针方向上的夹角；为径向应力，O'0井喷和溢流。为周向应力，以为垂向应力，MPa；n为有效应力系钻井液密度是否合理是衡量钻井过程中井壁稳数；P为地层孔隙压力，MPa。定的关键因素之一。为此，根据井壁围岩应力分布2安全钻井液密度窗口下限的确定规律和强度破坏准则全面分析了井壁岩石的所有可能的破裂情况，在此基础上提出了利用测井资料确根据井眼围岩应力分布规律及

4、剪切破坏准则，定安全钻井液密度窗口上下限的方法，并进行了实考虑到地层岩石是非线性弹性体的实际情况，将式例验证。结果表明，利用此方法能较准确地求得合(1)修正为非均匀地应力下井壁应力计算公式。理的安全钻井液密度窗口，为钻井工程提供了科学一P一aPp，依据。{I广]I国一】7f(+)一2(OH一)COS20--P一p—1井壁处应力分布力学模型一一(all一)cos2~一aPp(2)井壁围岩处于平面应变状态，即在无限大平面式中，为应力非线性修正系数，一／。上，一圆孑L受均匀内压，而在这个平面的无限远处受0"of一一P2个水平地应力的作用，其垂直方向上受上覆岩层压力。以压应力为正，拉应力为负

5、，根据弹性力学理一一论，并考虑到地层压力的影响，可得井壁处有效应力分布力学模型如下。式中，O'o和分别为均匀地应力下周向应力的线性第一作者简介：罗庆，在读硕士研究生，主要从事测井在石油工程中的应用研究。地址：河南省濮阳市中原油田分公司采油工程技术研究院；邮政编码457001；电话15928049897；E-mail：luoq6626@yahoo．corn．cn。学兔兔www.xuetutu.com第25卷第6期罗庆等：普光地区安全钻井液密度窗口的测井方法研究59弹性解和非线性弹性解，MPa；0-为水平主应力的平PF一30"h—dH—aP。+S(7)均应力，MPa；为待定系数，通常取0

6、．1。式中，PF为地层破裂压力，MPa。此外，随着井底井眼形成后，井壁周围的岩石将产生应力集中，液柱压力的增大，若满足一定的条件，井壁岩石也将当井壁围岩所受的周向应力0-o和径向应力0-，的差发生剪切破坏。这种情况下0"o为最小主应力，。、达到一定数值后，将形成剪切破坏，造成井眼坍塌。或为最大主应力。。由式(1)可知，无论或从式(2)可以看出，当一90。或270。时，0-0和，之差为最大主应力，一∞值在一0或丌时最大，该处最大，最容易产生井壁坍塌。此时，井壁上的主应力最容易发生剪切破裂。此时，井壁上主应力为：为：一P3==：一P一aP一30"^一H—P===7(3ah一H—P)一aP

7、一一2(H一0"h)(8)一一2F(aH一0-h)cos20一aP(3)：根据最常用的Mohr—Coulomb准则：由摩尔一库仑强度准则得知，当岩石所受应力满足式r一0"ntgT+C0(9)(4)时，岩石产生坍塌破坏。将(3)式代入(4)式，可以求得保持井壁稳定所需的钻井液密度式(5)。式中，为正应力，MPa：为剪应力，MPa。和r用最大主应力和最小主应力表示为：≥ctg[一导]0"3-F2Coctg[一导](4)一一T一一丁isinn(1o)Lu一器产㈣