盐膏层合理钻井液密度的确定

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年8月第31卷第4期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Aug．2009Vo1．31No．454盐膏层合理钻井液密度的确定朱亮，楼一珊，黄万龙(莫耋毳嘉州4。)刘瀚宇(渤海钻探大港油气合作开发公司，天津300280)梁昌健(塔里木油田分公司开发事业部轮南作业区，新疆库尔勒841000)李呈祥(胜利石油管理局黄河钻井总公司钻井四公司，山东东营257055)[摘要]在阐述盐膏层蠕变规律的基

2、础上，对某油田X区块盐膏层蠕变进行分析，利用有限差分模拟计算软件建立计算模型。通过数值模拟计算得出在不同钻井液密度下井眼缩径率随井深的变化规律，并绘制出盐膏层岩段不同缩径率下的钻井液密度图版，从而确定了顺利钻穿该区块盐膏层的合理钻井液密度。[关键词]盐膏层；蠕变；缩径；钻井液密度[中图分类号]TE254．1[文献标识码]A[文章编号]1000—9752(2009)04—0111—04我国江汉、华北、中原、塔里木和克拉玛依等油田都不同程度地分布着盐膏层，其厚度从几十米到数百米不等，而且埋藏深度大。

3、盐膏层处于较高温度和围压环境中，具有较强的蠕变性，井眼钻穿盐膏岩层后，由于岩石蠕变会发生井眼缩径，常造成井眼失稳、卡钻、固井后挤毁套管等事故¨，导致大量的人力、物力和财力的损失。钻井施工中以上复杂情况的产生都应归咎于钻井液密度不合适，未能有效抑制盐膏岩地层蠕变。因此，确定合理的钻井液密度对盐膏层井壁稳定至关重要。1盐膏层蠕变规律1．1蠕变特性．盐膏层的蠕变是指岩石材料的应力、应变随时间变化的性质。所有的岩石在受载时都要发生蠕变，但普通岩石所产生的蠕变很小，以致可以忽略不计，而盐膏层、泥岩等软岩对

4、蠕变非常敏感。典型的盐越-0蝎s鱼蓦0O501OOl50200250300050100150200250300蠕变时间／h蠕变时间／h(a)(b)图1盐膏层的蠕变曲线[收稿日期]2009～04—25[作者简介]朱亮(198o一)，男，2003年大学毕业，硕士，助教，现主要从事油气井工程方面的教学与研究工作。学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年8月膏层蠕变特性见图1(a)。蠕变要经历(A)瞬态蠕变、(B)稳态蠕变以及(C)加速蠕变3个阶段，并最终由于蠕变

5、而开始破坏。一般来说，对于脆性材料，主要表现为A、C两个阶段；而对盐膏层蠕变类材料，则主要表现为A、B两个阶段，而且B阶段持续的时间比较长引。图1(6)装示瞬态蠕变、稳态蠕变以及加速蠕变3个阶段蠕变应变率随时间的变化关系。1．2蠕变本构方程大量试验研究表明L2]，盐膏层的蠕变与最大和最小水平主地应力(。，巩)的差应力不成线性关系。考虑到温度丁和时间t，便可把蠕变的表达式写成：￡()一()·f2(丁)·厂3()(1)式中，s(￡)为盐膏岩层的蠕变应变，；、f2、厂3为其对应自变量的函数，可由试验确

6、定。由于瞬态时间较短，这里只研究盐膏层的稳态蠕变。根据前人的研究结果，盐膏层晶体蠕变的本构方程可用下式表达]：一Aexp(一)()(2)在实际计算中，可将式(2)简化为：=A'a(3)。式中，为盐膏岩地层的稳态蠕变速率，yr；Q为盐膏岩地层的激活能，kJ／tool·K；为单位应力，MPa；R为普适气体常数，一般取8．3143kJ／mol；T为试验温度，K；为应力指数。2盐膏层蠕变力学计算模型的建立盐膏层的蠕变是一个复杂的力学行为，通过解析解是很难获得其规律的，利用数值模拟则是一个有效的手段。为了

7、对盐膏层蠕变特性进行模拟研究，根据井眼形状和井眼轨迹，建立合适的力学计算模型是必须的。在建立模型时，作如下基本假设：①井眼为规则的圆柱形井筒；②盐膏层为各向同性、均匀连续的热弹性蠕变介质；③盐膏层为水平分布，无地层倾角。在一定温度和压力条件下，盐膏层具有类似流体的特性，对边界条件较为敏感。因此，盐膏图2计算模型的力学示意图层力学计算模型在纵向上不能太薄。此外，模型的横向直径必须足够大，以消除水平地应力的边界效应，而模型太大又不利于求解计算，所以必须对模型进行精简和优化，在保证一定精度的条件下，尽

8、量采用最少的单元。根据上述基本假设和基本原则，建立了盐膏层直井井壁力学计算模型，如图2所示。考虑到所研究的井壁变形是轴对称问题，选取井眼平面的1／4建立计算模型，井眼直径根据实际情况确定。在钻穿盐膏层后，原地应力场的平衡遭到破坏。此时，盐膏层井眼、井壁受到地应力和井内钻井液液柱压力的共同作用。模型计算域的上表面作用有上覆岩层压力，4个侧面作用最大、最小水平地应力，前、后、左、右4个表面均作用有法向约束，下表面受垂直于该面的竖向简支约束，井内钻井液密度对井壁变形的抑制作用转化为井内钻井液液柱压力作