井壁稳定性解析课件.ppt

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1、井壁稳定性研究井壁稳定研究的意义1、提高钻井成功率2、确保井眼按设计要求，按时、保质地完成钻穿和钻达设计要求的所有目的层，钻达到设计井深和层位按时完成钻井完井任务井身质量好，满足各种测试要求钻井成本合理3、有助于取全、取准所要求的各种资料；4、减小和防止油层损害，以利于发现和评价油气层井壁失稳的表现形式泥岩水化膨胀盐岩蠕变剪切破坏张性破裂井眼周围岩石所受载荷不平衡引起井壁稳定性原理井眼周围地层的受力状态井眼周围地层能够承受的力井壁稳定强度判别准则原地应力状态力学本构方程岩石的强度井眼周围地层应力状态意义？井壁稳定性分析及安全泥浆密度窗口的

2、确定基础出砂预测研究的基础……假设条件：地层均质各向同性线形弹性，小变形轴向——平面应力或平面应变井眼周围地层应力状态三维问题转化为二维问题直井井眼周围地层应力状态h二维平面应变模型r直井井眼周围地层应力状态依据线弹性、小变形应力叠加原理对井眼受力进行分解请回忆弹性基础中厚壁筒及小孔应力集中由钻井液柱压力P引起的应力直井井眼周围地层应力状态无剪应力，只与井眼半径R和地层的矢径r有关直井井眼周围地层应力状态由水平最大地应力所引起的井周应力分布直井井眼周围地层应力状态由水平最小地应力所引起的井周应力分布直井井眼周围地层应力状态钻井液渗流效

3、应直井井眼周围地层应力状态直井井眼周围地层应力状态井壁应力状态：直井井眼周围地层应力状态直井井眼周围应力分布的特点是什么？A井周地层应力状态ShearStressShearStrengthr´EffectiveCompressiveStressStableStressStateq´r´ShearStressShearStrengthr´EffectiveCompressiveStressUnstableStressStateq´r´q´MinStressMaxStressq´井壁稳定性判别模型Mohr-coulomb准则-

4、-剪切破坏判别准则Mohr-coulomb准则--剪切破坏判别准则其中，c、分别为内摩力和内摩擦角，Co为岩石的单轴抗压强度。坍塌压力极限（P坍）:保证井壁不发生剪切变形的钻井液柱压力极限五、井壁稳定性判别模型令则井壁稳定性系数：[c]为岩石允许承载的能力，[1]为岩石实际承受载荷。当K>1时，井眼发生塑性变形；当K＝1时，岩石处于极限平衡态;当K1时，井壁稳定。五、井壁稳定性判别模型由井壁3个主应力分量的有效应力表达式，可以得到以下3种可能的关系：对应的Mohr-Coulomb表达式：井壁稳定性判别模型井壁失稳常见力学模式钻井合

5、理泥浆密度的确定1、裸眼井段的三个压力剖面P破——地层破裂压力P地——地层压力P坍——地层坍塌压力2、裸眼井段钻井的安全压力（泥浆密度）窗口：P泥——泥浆柱压力若：P泥＞P破则：井漏P泥＜P地则：井喷P泥＜P坍则：井塌钻井合理泥浆密度的确定安全压力（密度）窗口：ΔPP破＞P泥＞P地(P地＞P坍)P破＞P泥＞P坍(P坍＞P地)ΔP—安全压力窗口钻井合理泥浆密度的确定ΔP愈大,则钻井愈易ΔP愈小,则钻井愈难钻井合理泥浆密度的确定若ΔP=P破-P地（P地＞P坍）则较易若ΔP=P破-P坍（P坍＞P地）则较难钻井合理泥浆密度的确定P破、P坍由地层的

6、原地应力、地层岩体的力学性质、强度、地层倾角、井斜、方位……因素所确定。若P坍＞0，则井壁不稳，只有用泥浆柱压力平衡；防塌必须提高泥浆密度。钻井合理泥浆密度的确定一般情况：P地＞P坍；ΔP=P破-P地；但泥浆作用将使P坍上升，P破下降，则：ΔP减小：使ΔP=P破-P坍(P坍上升并大于P地），从而引发一系列问题，所以，合理确定泥浆密度，必须充分考虑泥浆的物理-化学作用：即从岩石力学与流体力学和化学的耦合作用综合考虑。钻井合理泥浆密度的确定井壁稳定性分析的参数获取地应力地应力的确定方法岩石机械强度的获取(afterGaarenstroomet

7、al.,1993)volume监测裂缝扩展和关井后的压力，准确确定最小主应力典型的水力压裂试验曲线典型的水力压裂试验曲线出现剪切裂缝破裂漏失停泵裂缝闭合裂缝重张时间井口压力利用水力压裂试验数据计算地应力：地层破裂压力（Pf）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力裂缝延伸压力（Pr）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底压力裂缝闭合压力（PFcp）：使一个存在的裂缝保持张开时的最小井底压力，它等于作用在岩体上垂直裂缝面的法向应力，即最小水平主地应力。瞬时停泵压力（PISIP）：关泵瞬间的裂缝中的压力。它一般大于PFcp，两者之间的差别一般在0.1

8、～7MPa之间变化，它取决压裂工艺及岩石性质。在低渗透性地层，两者近似相等利用水力压裂试验数据计算地应力：地层倾角测井确定地应力方位主地应力方向泥浆密度低，井壁坍塌椭圆井眼长轴在最小水平地应力