泥质粉砂储层欠平衡水平井井壁稳定性演化规律

摘要

以苏里格气田长7组泥质粉砂储层为对象,研究泥质粉砂储层欠平衡水平井井壁稳定演化规律。首先,开展泥质粉砂岩矿物组成、微观结构和力学性能实验,分析井壁失稳微观机理;其次,基于流固化多场耦合理论,考虑岩石吸水扩散引起的强度劣化特征,建立欠平衡水平井井壁稳定多场耦合有限元模型,并验证模型的正确性;最后,对比有限元模拟和电测井径,分析泥质粉砂储层欠平衡水平井井壁稳定演化规律。研究结果表明:考虑泥质水化模拟的井径与完井电测实际井径吻合程度高,证实了有限元模型的准确性;考虑泥质水化作用情况下,钻开地层50 h内,归一化屈服面积(AN)迅速增大,随后增速逐渐变缓,钻开地层240 h后归一化屈服面积增幅达98.72%,主要是泥质水化后岩石强度劣化所致,但AN<0.20能够满足欠平衡钻井井壁稳定的要求;随着时间推移,欠平衡与过平衡工况下的AN之比由2.73降至2.20,近平衡与过平衡工况下的AN之比由1.90降至1.50,说明井筒压力是影响井壁失稳的主导因素,但泥质水化作用的影响随着时间增加而增强;当钻井液溶质质量分数高于地层流体时,反射系数、化学膨胀系数、溶质传递系数和溶质质量分数越大,则AN越低、井壁越稳定;而岩石吸水扩散系数和渗透率越大,则AN越大、井壁越不稳定。