深部地层压力和转速对刮刀钻头钻井强度的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.coml7)；敬峭^专3I■固匿圜蕾国外钻井挠术131深部地层压力和转速对刮刀钻头钻井强度的影响L，．J．Kdle著了了王镇泉L／译朱德一校tournay和Atkhnson指出孔隙流体空化会在引言刮刀钻头剪切非渗透岩石的过程中发生。在这Warren和Smith指出：在相同压差下，现种情况下，局部封闭压力等于井眼压力，造成场钻速的降低比室内钻进试验的大得多。他们钻井强度显著增加。页岩占油气勘探和生产所还指出：在低渗透率岩石中靠近井底表层的应钻地层的75以上，因此，上述现象造成深井力会引起体积弹性膨胀，显著增加静

2、压差他钻速的极大下降。们的结论是：井深对转速的影响在非渗透岩石刮刀钻头齿前的一维膨胀硬化模式由中最严重。然而，对钻头齿前孔隙压力的研究Kolle描述。这一动态封闭模式考虑岩石多孔已表明：即使在低渗透率的页岩中，在离井底弹性、强度和扩散的影响，预测中硬岩石中有表面1mm的范围内压力也能迅速平衡。由于相似的影响。切深一般小于1ram，孔隙弹性松弛不可能影在此描述验证动态封闭模式预测准确性响刮头钻头的切削作用。的试验程序。单齿试验仪器用于研究在页岩、ⅥnLhngen在室内对低渗透率岩石在常大理岩、自云岩、Coton砂岩和Berea砂岩的剪压和适当静压条件下

3、进行了钻进试验。压力增切载荷。试验齿为3mm的TSD，试验压力达加到10MPa，他观察到尽管在低转速下没有到70MPa(约为7000m井深)。所选的五种岩影响，但在高转速下切削速度却要下降。他把石覆盖了渗透率、强度和孔隙率值的较大范卜一t这种现象归因于随着切削齿从井底移去岩屑，围。岩石性能、压力传递速度对切削齿载荷的动态岩屑压持压力会增加。然而这种机理没有影响与动态封闭模式预测比较。切深对切削力考虑压力在叶塑性地层中对岩石剪切连续过程的影响用于计算膨胀载荷指数，该指数是压力的影响。的函数。这些数据可用Glowka提供的分析Brace和Martin在三

4、轴高压试验中观察(方法)评估深部地层中转速和钻压对TSD齿到岩石膨胀引起与钻速有关的硬化现象。膨胀磨损的影响。引起有效的封闭压力，这种封闭压力也会导致动态封闭模式从脆性到韧性破坏的转化。与速度有关的膨胀硬化和韧性提高可在高压环境下无页岩夹层当膨胀非弹性体积应变量大于压缩弹性中的三轴压入强度试验中观察到。对于低渗透应变时，动态封闭压力增加。轴向和径向应变岩石，例如页岩，孔隙体积膨胀会引起孔隙流曲线均通过五类岩石单轴压入强度试验获得，体的空化，造成封闭压力等于静水压力。De-例如在Colton页岩中，标称应力应变、总的体维普资讯http://www.cq

5、vip.com14国外钻井技术第十三卷1998年第1期积应变和体积应变的非弹性部分。在变形初体积应变量。模式预测：弹性压缩控制高强度期，岩石弹性应变和体积应变是压缩(负值)，岩石的反映，例如BonneTerre白云岩。约在最大应力的一半处岩石开始承受巨大的动态封闭压力将引起硬化并提高岩石韧膨胀应变。由于岩石中的矿物不可能有较大的性，引起平均钻头齿载荷增加，并降低钻头齿体积应变，所有的体积应变本质上均起因于地的振动幅度。根据实际经验，当封闭压力约为层微观破裂产生的孔隙体积膨胀。体积应变包封闭压入强度的1／3时，岩石转化为全面韧括压缩多孔弹性部分和非弹性

6、部分。性，发生无限塑性应变。据此，大理岩、页岩和计算最大封闭压力时，假定岩石是非渗透两种砂岩脆性一韧性的转化压力应在2O～性的。用根据岩石渗透率、切削速度和切深得30MPa。自云岩的转化压力大于50MPa，在试到的扩散常数计算极限扩散动态封闭压力。最验压力下这种岩石不可能表现出很大的韧性。后，计算动态封闭与非封闭岩石强度的比率。表3预测的弹性和非弹性压力变化、最大封嗣表1列出了获得动态封闭压力所需的岩压力、渗透牢、极限扩散封嗣压力和膨胀石性能。所有试验的其它参数相同(见表2)，硬化(占=O．3mm，H=3m／s)包括与孔跋压力和平均应力有关的Skep

7、ton岩石类类A尸．．∞，Pc，／。MPaMPaMMPa相关系数和用于计算封闭岩石强度的内摩擦系数。一系列的计算压力见表3，每一种岩石Be~ea砂岩，68—9527l12．1试验都假定标称切削速度为3m／s、切深Cohoa砂岩184—27995764．40．3mm。表中同时列出岩石强度的最大增量。Carthage大理岩305—4671621525．1表1五种沉积岩的机械与水力性质BonneTerre白云岩35一耵一I4—13O，8Manrc*页岩103一14845432．4岩石种类口∞，E．％’．MPaGPa咀dBerea砂岩19591140．31—

8、0．55超气压试验仪器Cohon砂岩1l6986026—0．9O3超气压单齿试验设备的性能由上述动态C=th