气体钻井井壁稳定性研究论文.doc

《气体钻井井壁稳定性研究论文.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、气体钻井井壁稳定性研究摘要：在利用气体钻井技术揭开高压气层的初期，由于低密度气体在井底产生的压力很小,远远低于气层的空隙压力，高压气层的气体在压力势差作用下由地层向井眼高速流动，导致高压气层段井壁稳定性卜•贱，易引起井卜•复杂事故。通过分析高压气层高速产气影响气体钻井井壁稳定性的作用机理，建立了一套高压气层气体钻井井壁稳定性的评价方法。结果发现：高压气层高速产气过程中，一方面导致产气层近井壁地带的空隙压力降低,形成一个高压漏斗，作用在井壁表面岩石上的有效应力增加，有利于气层的井壁稳定；另一方而由于产层孔道迂冋曲折，高压气体在快速流出地层时，在进井舉地带会产生一个附加径向应力，降低

2、了井底气体对井壁岩冇的有效支撑作川，不利于气层的井壁稳定。综合分析正、反两方面的影响因索后发现：髙压产气层被气体钻井揭开瞬间，气层井壁表面岩冇稳定性最差；随厉，井壁表面岩石空隙压力降低，井壁稳定性变好；随着产气层暴露时间的增加，气层深部位置点窩圧气体开始流动,井壁稳定性先变差后变好。关键词：气体钻井；高压气层；井壁稳定性；评价方法；空隙压力；托拽力在气体钻井过程屮，循环介质为低密度干燥气体，气体在井底产生的月艾利很小，在IMPa左右，远小于地层空隙压力。当利用气体钻井揭开高压产气层时，气体在压力势差作用下由地层高速流入井眼内，导致高压产气层段井壁稳定性下降，井壁快塌失稳。四川盆地

3、川西新场气出利用气体钻井技术钻探侏罗系沙溪庙组地层时，钻遇高圧产气层，地层短时间人量产气后，井下发生恶性理钻事故,结合现场测井资料证实为产气层段垮塌失稳造成井下埋钻事故。因此，开展高压产气层气休钻井井壁稳定性研究，对以为产层段气体钻井的顺利实施提供急速保障。1高压产气层气体钻井井壁失稳机理在利用气体钻井揭开盖亚产气层吋，地城屮的高压气体在压力势差作用下地层快速流入井眼内，一方而导致高压产气层进井準地带空隙压力降低，形成一个压降漏斗，越是靠近井壁表面地层空隙压力越小，那么作用在岩石上的有效应力越大；另一方面，产气层的孔道迂冋曲折，高压气体快速流出地层过程屮，在进井壁地带产生一个将井

4、壁表面岩石推向井眼的附加径向应力，减弱了井筒内气体对井壁的有效支撑作用。总之，高压气层高速产气导致作用在进井舉地带岩石上的有效应力分布变化，进而彩响高压产气层井壁稳定性。1.1高压产气层空隙压力变化极其对井壁稳定性的影响高压产气层被气体钻井揭开后,高压气题在压力势差作用卜•留出产层,导致进井壁地带空隙压力减小，可利川多空戒指线性单相渗流基本方程评价地层空隙压力分如T靑况。附）=仲CdpKIt（i）式中（P表示地层空隙度，%；卩表示气体黏度，MPa・s；C表示气体压缩系数。Mpa-1；K表示地层渗透率，mD；rw表示井眼半径，m；pw表示井底压力，mpa；po表示岩石地层空隙压力，

5、mpa。结合边界和初始条件，由式（1）便可得到高压气层被气体钻井揭开后，产气层近井壁地带空隙压力分布情况，如图1所示。边界条件:r=rw4>0r=co,t>0Po初始条件:PIt=o—Po从图1可以看出，高压气层一口被气体钻井揭开后进井壁地带空隙压力分布发生明显变化。井壁表面岩石空隙压力与井筒内压力相等，随着距井壁表面距离的增加，空隙压力逐渐增加，直至恢复原始地层空隙压力。髙压气层空隙压力的变化引起作用在岩石骨架上的有效应力分布发生变化，进而影响气层近井壁地带井壁稳定性发生改变。图2给出了空隙压力变化对高压产气成井壁稳定性的影响，图2中井壁稳定性值越小表明井壁稳定；反之，井壁稳定

6、性较差。图1高压产气层进井壁地带空隙压力分布情况图20—原始状态—imin——2min—3min0.3能向即离/m0.4—4min图2孔隙压力变化对产气层井壁稳定性的影响关系图一7■丄丄L丄上』0」00」50.200.250.300.350.40枪向护离/m从图2对以看出，高压产气层孔隙压力的变化对地层井壁稳定性的影响十分明显。从图2可以看出，与原始地层相比较（既地层不产气，地层孔隙压力分布保持原状态），高压气层产气厉，进井壁地带孔隙压力降低，作用在岩右骨架上的有效应力增加，但井壁稳定性变好。因此，高压气层产气引起地层孔隙压力降低有利于产气层的井壁稳定。1.2高压气体髙速流动对地

7、层有效应力分布和井壁稳定性的影响在高压气层产气过程屮，除了引起地层孔隙压力分布发生变化以外，高压气体高速流出地层时，对井壁表血岩右产生一个附加径向应力，该附加应力将井壁表血岩右向井眼内“拖拽”，引起地层孔隙压力分布发生变化以外，高压气体高速流出地层时，对井壁表面岩石产生一个附加径向应力，该附加应力将井壁表面岩石向井眼内“拖拽”，引起产气层井星垮塌掉块。这种附加作用力也称为“拖披力”，拖拽力的产生主要是由流体压差引起的，在单位渗流而积上，岩石的孔隙而积为(P(既孔隙度)，则点位长度