新场须五地层井壁稳定性分析

摘要

川西新场地区须家河组须五地层天然气资源丰富，勘探开发潜力巨大。由于新场须五地层地质条件复杂，如砂泥岩岩性交替变化、裂缝及微裂缝发育等，这些复杂因素在钻井过程中都会影响井壁的稳定性。本论文的分析成果和钻井对策对高效、安全施工具有一定的指导意义。
　　论文首先在了解研究区基础地质特征的基础上，建立须五地层的岩石力学参数测井计算模型和岩石力学剖面，明确不同岩性的岩石力学参数特征:除泊松比为泥页岩＞砂质泥岩＞泥质砂岩＞砂岩外;其它弹性模量、抗压强度、抗张强度、内聚力、内摩擦角都是砂岩＞泥质砂岩＞砂质泥岩＞泥页岩;须五各亚段岩石力学参数差异不大，力学参数特征受泥质含量影响大。通过模型计算及成像测井、古地磁测试等方法明确新场须五地层地应力大小及方向，须五地层最大水平地应力方向以近东西向为主，最大水平地应力方位角主体分布区间为88°～105°;垂向、水平最大、水平最小地应力梯度分别为2.40MPa/100m～2.43MPa/100m、2.58MPa/100m～3.33MPa/100m和2.22MPa/100m～2.36MPa/100m;另外还运用ANSYS有限元数值模拟技术模拟地应力场中地应力的影响因素分析，如岩性变化界面、断层等复杂因素，模拟显示:在河道砂体岩性变化带，地应力大小和方向会发生轻微的变化，方向偏转小于11°，大小变化小于10％且两种相邻岩性的变化伴随产生;，断层侧翼区域地应力方向会向断层面方向偏转且偏转角度较大，断层侧翼地应力大小会降低，端部升高，改变也比较明显。
　　本论文在收集新场须五地层测井资料、岩心基础实验资料的基础上，结合工程地质情况来分析新场须五地层的井壁问题，根据现有资料统计新场须五地层井壁稳定性状况，统计显示须五地层的破裂压力较高，地层不易破裂，井壁主要以坍塌破坏为主，因此坍塌压力的确定及影响至关重要，另外，研究区直井井壁的稳定性普遍较好，但是大斜度井水平井井眼斜度大，钻具不居中，环空净化效果不好，易于造成岩屑堆积，因此大斜度井、水平井施工对井壁稳定性要求较高，所以本论文主要以坍塌压力分析为主，形成了一套大斜度井、水平井井壁稳定性分析方法。论文首先在优选岩石破坏准则的基础上，建立了新场须五段地层井壁稳定性特征剖面，得出坍塌压力及破裂压力特征。并分析了层理性弱面、近井地层压力渗透、钻井液密度、钻井液活度、井筒温度变化、岩性变化等因素对井壁稳定性状态的影响，充分认识了新场须五地层大斜度定向井、水平井井壁稳定性的影响因素。
　　研究结果表明，新场须五地层大斜度及水平井井壁稳定性具有明显的方位差异，最小水平地应力方位上的泥页岩及煤层段井壁稳定性最差，是井壁稳定控制的重点对象。岩石弱结构面和（微）裂缝条件下钻井液压力渗透是影响新场须五地层稳定性的主要因素，井壁温度变化和钻井液活度差异对井壁稳定性影响小。通过模拟岩性变化对井壁稳定影响的得出:纯泥岩地层坍塌压力约为1.84g/cm3，邻近砂岩的泥岩地层坍塌压力约为1.8g/cm3，砂泥岩界面地层坍塌压力约为1.89g/cm3，砂岩中的薄泥层坍塌压力约为1.85g/cm3。可见，砂泥岩交界对井壁稳定有一定的影响，砂泥岩界面处地层坍塌压力比纯泥岩地层还高0.05g/cm3。
　　因此，增强钻井液封堵性能，减少井壁压力渗透;以及采用油基钻井液，减少井壁岩石强度软化，避免钻遇砂泥岩交界面等都有利于维护新场须五泥页岩地层井壁稳定。本论文最终形成了一套适用于新场须五砂地层的井壁稳定性分析的技术方法并且对类似复杂地质条件的井壁稳定性研究及钻井工程方案优化也将具有一定的借鉴作用。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 主要研究内容

1．4 研究思路及技术路线

1．5 主要成果及认识

1．6 论文完成工作量

第2章 研究区基础地质特征

2．1 区域构造

2．2 地层特征

2．3 储层岩石学特征

2．4 储层物性特征

2．5 裂缝发育特征

2．6 储层敏感性特征

2．7 有机碳含量特征

2．8 温度压力

2．8．1 温度

2．8．2 地层压力

2．9 地层流体性质

第3章 岩石力学及地应力特征

3．1 岩石力学参数特征

3．1．1 频谱法计算声波衰减因子

3．1．2 横波时差提取

3．1．3 岩石抗压强度测井解释

3．1．4 岩石抗张强度测井解释

3．1．5 岩石内聚力和内摩擦角测井解释

3．1．6 其它岩石弹性参数测井解释

3．1．7 动静弹性参数转换关系

3．1．8 岩石力学特征

3．2 新场须五地层孔隙压力特征

3．2．1 孔隙压力预测模型

3．2．2 孔隙压力剖面建立

3．2．3 孔隙压力分布特征

3．3 地应力特征

3．3．1 地应力方向分析

3．3．2 地应力剖面特征

3．3．3 地应力主要影响因素数值模拟分析

3．4 岩石力学及地应力参数实例分析

3．4．1 X502井实例

3．4．2 X503井实例

第4章 井壁稳定性分析

4．1 新场地区井壁稳定性概况

4．2 岩石破坏准则优选

4．3 直井井壁稳定分析

4．3．1 井璧坍塌压力研究的理论基础

4．3．2 井壁破裂压力研究的理论基础

4．3．3 坍塌及破裂压力计算

4．4 大斜度定向井水平井井壁稳定分析

4．4．1 井壁应力计算模型

4．4．2 新场须五大斜度井水平井井壁稳定性特征

4．5 层理裂缝类弱面结构对井壁稳定性影响

4．5．1 弱面结构强度特征

4．5．2 新场须五层理弱面参数

4．5．3 弱结构面对新场须五地层井壁稳定性影响

4．6 钻井液对井壁稳定性影响

4．6．1 近井压力渗透对井壁稳定性影响

4．6．2 钻井液密度对井璧稳定性影响

4．6．3 钻井液活度特征对井璧稳定性影响

4．6．4 钻井液循环导致井壁温度变化对井壁稳定性影响

4．7 岩性变化对井壁稳定性的影响

4．7．1 岩性变化状态的井璧稳定分析目的与方法

4．7．2 岩性变化地层井璧稳定数值模拟

第5章 钻井对策及应用

5．1 钻井液技术方案

5．2 井身结构方案

5．3 现场应用

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的成果