深部煤岩防塌钻井液密度的计算

《深部煤岩防塌钻井液密度的计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com第29卷第1期钻井液与完井液V_01．29No．12012年1月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDJan．2O12【理论研究与应用技术】深部煤岩防塌钻井液密度的计算陈奕廷，康毅力(油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学，成都)陈奕廷等．深部煤岩防塌钻井液密度的计算【J]．钻井液与完井液，2012，29(1)：1-4．摘要受煤阶和地应力的双重影响，深部地层煤岩井壁失稳可能与其自身岩石力学性质有关。在这种情况下，由于煤层气含量大小对煤岩变形破坏及力学

2、响应的作用和弹性力学自身的缺陷，防塌钻井液密度的计算会产生误差。研究表明，这种误差跟游离气和吸附气的双重影响有关，往往受孔隙流体压力大小的控制，压力越大，影响越明显。在深部高孔隙流体压力地层环境下，这种影响不容忽略。文中采用经典混合物理论的本构建模方法，揭示了含气煤总应力与孔隙压力、孔隙率、气体的等温吸附特征、固相煤骨架弹性模量、泊松比之间的关系，用其可以定量求出孔隙流体压力对于深部煤岩岩石力学性质的影响，继而可精确计算出钻进深部煤层防塌钻井液密度。关键词煤层气井；钻井液密度；井眼稳定；孔隙流体压力中图分类号：TE

3、254．2文献标识码：A文章编号：1001—5620(2012)0l，0001040引言气组成的饱和混合物，理论推导出含气煤的本构方程，根据此方程，可以定量求出“非力学作用”对煤层气是一种活泼流体，它的含量大小对煤岩于煤体力学性质的影响。的岩石力学性质有极大影响。目前煤炭界围绕煤层深部地层环境下(1500~2000m)，由于煤阶气孔隙压力对煤岩的变形破坏及力学响应的影响做对基质收缩性能的调节效应和地应力的影响，了大量的研究工作。Brace(1965)提出煤层气对煤根据Goodman单元理论，煤岩失稳不能简单地岩力学

4、性质的影响除了常规认为游离气作为体积力全部看成裂纹应力引发的失稳，若煤岩受力处于其作用以外，吸附气还会产生附加影响，称之为“非自身弹性极限之内(大小约等于其峰值强度的一力学作用”⋯。氏平增之(1986)用三轴试验装置半)，此时的失稳更多地由煤岩自身的岩石力学性测定了含气煤三轴抗压强度，证实了“非力学作用”质决定。深部地层环境下，由于煤层底、顶板岩的存在。姚宇平等人(1988)对原煤及模拟煤样通石透气系数较小，高地应力促使煤层保持较高孑L隙过三轴压缩试验首次得到了孔隙流体压力与煤体强流体压力¨川，“非力学作用”的存在

5、将会对煤岩度、侧向压力之间的关系回归方程式。梁冰等人本身的力学性质产生巨大影响。故当Fairhurst方程(1995)通过不同围压、不同孔隙流体压力下煤的三运用于深部煤层钻井时，往往使得计算出的防塌钻轴压缩试验结果进一步阐述了“非力学作用”对于井液密度过小，使煤层更容易产生失稳。因此计算煤体力学性质的影响。结果表明，这种影响同孔隙此类深部煤岩钻进防塌钻井液密度，仅仅从弹性力流体压力的大小有关，孔隙流体压力越大，影响越学的角度考虑是远远不够的，必须同时考虑孔隙流大⋯。姜耀东等人(2007)以混合理论的Trusdell

6、公体对于煤岩本身岩石力学性质的影响，才能进一步式为基础，认定含气煤是由固相煤、游离气和吸附接近实际[12-14]。基金项目：973计划课题“深井复杂地层漏失与井壁稳定机理预测”(2010CB226705)资助。第一作者简介：陈奕廷，在读硕士研究生，1985年生，现在从事油气井工程力学研究。电话15882445103；E—mail：goo1202@sina．corn。通讯作者：康毅力，教授，现在主要从事储层保护理论及技术、非常规天然气开发、油气田开发地质研究与教学。地址：四川成都新都区西南石油大学油井完井技术中心；邮

7、政编码610500；电话(028)83032118；E-mail：cwc~yl@vip．sina．tom。学兔兔www.xuetutu.com2钻井液与完井液2012年1月1孔隙流体压力对煤岩力学性质的影响固体组分符合封闭系统的质量守恒定律，其性质由其组分的性质决定；气体对于煤岩产生的相变不予1994年梁冰等人在相同围压(10MPa)下测试考虑，仅仅考虑吸附气和游离气之间的转换，且假了不同孔隙流体压力下煤岩轴向应力随轴向应变的定吸附解吸瞬间完成；固体组分不可压缩，气体组变化曲线(见图1)和不同孑L隙水压力下石灰岩的

8、轴分压缩满足弹性定理。向应力随轴向应变的变化曲线(见图2)⋯。根据混合物理论守恒方程，含气煤总体应力张量盯可以写为：轴向应力]MPa=Es+KVe，+(aK8(Es。+p)一’、I(E。s)式中，盯表示混合物应力总量；表示固相煤骨架3．0MPa体积分数；E为固相煤的刚性张量；s为固相煤的应变张量；表示游离气体积分数；Kv表示游-2O-lOO1O203O4O5