坍塌压力

摘要： 松辽盆地北部陆相页岩层理发育、岩性复杂、质地硬脆,该区块页岩油水平井井壁失稳事故频繁发生,严重制约了页岩油的高效开发进程。为此,以松辽盆地北部陆相页岩为研究对象,通过XRD衍射实验分析其属于硬脆性页岩,单轴和三轴抗压强度实验测定了页岩各向异性弹性参数和强度参数,页岩基质内聚力和内摩擦角为10.0 MPa、33.0°,弱面内聚力和内摩擦角为3.0 MPa、27°;基于孔隙弹性力学,建立层理性页岩各向异性井壁稳定模型,以松辽盆地页岩油水平井G1井进行实例分析。结果表明:G1井实钻情况与预测结果基本一致,证实了模型的准确性,可用于指导层理性页岩油水平井钻井工程设计。

摘要： 断层对其周边地应力大小和方向均有较大影响,且断层破碎带作为一种岩石弱面,其力学强度较连续完整地层明显偏低,断层是钻遇/钻邻断层井井壁稳定的主控因素,对于复杂断块油田更是如此。然而长期以来,业界对于该机理认识不清,往往简单地基于连续完整地层的坍塌压力,来进行钻井液密度及防塌性能设计,井壁稳定设计未充分考虑断层因素,导致坍塌压力数值失真、相应地防塌设计效果达不到预期,钻井防塌陷入误区。本研究以FS断块油田为例,深刻分析近断层区域井壁坍塌机理,揭开当前近断层或过断层井防塌工作误区,提出两套复杂断块油田井壁稳定研究技术路线,并开展了实例研究,可为类似复杂断块钻井防塌提供参考借鉴。

摘要： 1.目的为了破解破碎性煤层气储层钻井液安全密度窗口扩大的难题,笔者研发了粘接提高煤岩强度的相关技术。其主要原理为:钻完井流体的液柱压力会使得具有粘接能力的钻完井流体进入破碎性地层的单元缝隙或者层理、割理,在封堵材料的作用下,钻完井流体静止或者流动速度降低,有可能将原来破碎的单元变成一个整体,增大了煤颗粒之间的摩擦力和黏聚力,进而提高了煤岩强度和漏失压力、降低了坍塌压力,从而达到破碎性煤层钻井不塌不漏的目的。

摘要： 文章建立了基于相场法的微裂缝扩展模型,通过数值模拟发现井壁微裂缝的起裂、扩展和转向等现象,分析了钻井液液柱压力和天然裂缝对井壁微裂缝扩展的影响规律,预测了防止微裂缝扩展的坍塌压力。结果表明,当钻井液液柱压力较小时,井壁经历了微裂缝的萌生、扩展、分支缝产生和交叉贯通等阶段;随着钻井液液柱压力趋近坍塌压力,井壁上产生的微裂缝数量减少、缝长变短、扩展速度降低;具有天然裂缝的岩石起裂所需能量比完整岩石破坏所需能量更低,微裂缝扩展速度更大,增大了井壁的坍塌压力。此外,天然裂缝位于最小水平地应力方向、夹角45°且与井壁连通时,最容易起裂和扩展,此处的井壁坍塌失稳风险最大。基于相场法理论的模型不仅能够可视化模拟井壁微裂缝扩展及坍塌过程,且坍塌压力预测结果与实钻情况相吻合。此研究为裂缝性地层井壁坍塌机理分析及防治提供了基础理论支撑。

摘要： 煤层多弱面结构会导致井眼力学稳定性更差,在钻井过程中极易发生掉块垮塌。为研究煤层井壁坍塌规律,文章基于MG-C和岩石弱面双准则建立了考虑地层产状、井眼轨迹和煤层多弱面的坍塌压力计算模型,分析了煤层多弱面对坍塌压力影响的主控因素和影响规律,并针对含砂岩和煤层的非连续煤夹层进行坍塌压力实例计算。结果表明:随着井斜角增大,影响坍塌压力的主控因素由割理面转变为层理和本体;当井眼方位与割理面互成约45°夹角时,割理面为主控因素;综合来看煤层多弱面结构对坍塌压力的影响更大,且以沿弱面发生破坏为主;随着层理倾角的增大,坍塌压力先增大后减小,在层理倾角约45°时坍塌风险最大;随着层理倾向增大,主要影响坍塌方位,对数值大小影响不大。文章研究成果可为含煤夹层在钻井过程中预防井壁垮塌提供更好的理论指导。

摘要： 以渤海油田一口大斜度深井在东二下段凝灰岩下套管遇阻,被迫就地固井的复杂情况为例,通过对施工细节、遇阻井段岩性、井眼轨迹、钻井液性能的逐一分析,确定了钻井液密度低是造成下套管遇阻的原因。依托常规井壁稳定模型计算的坍塌压力最高仅为1.40 g/cm^(3),与实际钻井密度调整至1.45 g/cm^(3)仍不能平衡地层的实际情况相差较大。在分析凝灰岩特性的基础上,建立了随时间变化的井壁稳定强度变化模型,计算出钻井时间为10 d时,坍塌压力可达到1.47 g/cm^(3),与钻井实际相吻合。为该区域解决凝灰岩地层坍塌、下套管遇阻等复杂情况提供了密度依据。研究成果也对区域内钻井解决相关复杂情况具有重要意义。

摘要： 矿场上进行井壁稳定评价时对选用强度准则缺乏理论指导和切实可行的优选方法,导致使用的钻井液密度出现偏差。对广泛应用于岩石工程中的6种强度准则所计算的坍塌压力进行了对比。结果表明,D-Pi准则计算的坍塌压力最大,M-C准则次之,H-B准则再次之,D-Pc准则最小;LAm准则和W-Cm准则计算的坍塌压力大小居中。通过现场实践,总结出一套强度准则的优选与应用方法。将优选出的强度准则应用于后期钻井的井壁稳定评价,优化钻井液密度设计和使用,既可保证井壁稳定,又有利于提高钻井速度和油气发现。该方法在准噶尔盆地部分区块和地层进行了应用,取得了良好效果,具有推广应用价值。

摘要： 弱面的存在会导致岩石易沿弱面发生剪切破坏产生井壁坍塌、卡钻、埋钻,甚至井眼报废等事故造成巨大经济损失。弱面对井壁稳定性影响的研究目前已经从早期单弱面、单一力学因素发展到考虑力学、渗流、温度、化学等物理场全耦合和多弱面条件下,力学、渗流、化学耦合弱面井壁稳定性研究,对弱面井壁稳定性的预测精度在不断提高,适用性也越来越强,但在单弱面条件下,多物理场全耦合模型求解难度大,未考虑弹性各向异性的影响;同时多弱面条件下,多物理场耦合研究较少,因此,在热流固化全耦合单弱面模型基础上,进一步考虑弹性参数各向异性对井壁稳定性的影响,同时寻求该模型高效求解方法和建立热流固化全耦合多弱面井壁稳定模型将是解决弱面井壁失稳问题的有效途径。

摘要： 硬脆性泥页岩地层内部裂缝、微裂缝等弱面结构发育,表现较强的非均质性和各向异性,常规坍塌压力的计算方法不能准确反映硬脆性泥页岩的破坏规律。基于弱面破坏准则,考虑弱面产状、各向异性、井眼轨迹的影响,建立硬脆性泥页岩坍塌压力的计算模型,分析不同地应力状态下的地层力学各向异性对坍塌压力的影响,确定钻井的安全及危险分布区域。结果表明:当水平地应力为均匀地应力时,地层各向异性对坍塌压力的影响较小,坍塌压力差异程度小于5.00%,基本可以忽略;其他应力条件下,需综合考虑地层力学各向异性和弱面对坍塌压力的影响,确定地层坍塌压力。井斜角与弱面角接近时(井斜角为45°~75°),沿任何方位钻进的定向井井壁失稳风险较高。该结果对硬脆性泥页岩地层钻井具有指导意义,为现场采取合理的工程对策解决井壁失稳问题提供依据。

摘要： 针对渤海油田断层附近与区域地应力场差异较大,以区域应力场分析井壁稳定必然带来误差的问题,该文运用几何分解的数学方法对井眼受力及区域应力场进行分析,建立过断层井段坍塌和漏失压力计算新模型。分析模型认为断层面所受正应力与流体压力相等时断层重新张开井下则发生漏失;井壁岩石基质发生剪切破坏或断层发生错动时井下则发生坍塌。新模型应用于渤海油田A井过断层段井壁稳定分析,计算结果表明:(1)相比于常规计算模型,由于断层更易发生剪切错动,坍塌压力增大,坍塌风险增高。(2)断层面法向应力比最小水平地应力更大导致漏失压力也增大。(3)坍塌压力与漏失压力计算值分别为1.53 g/cm^(3)和2.02 g/cm^(3),且计算值与断层面产状有直接关系。研究结果与现场实钻情况对比更为吻合,对渤海过断层井段安全钻井具有较好的指导意义,可为过断层井眼轨迹设计提供理论参考。

摘要： 基于统一强度理论弱面准则,结合水平井井壁应力状态分析了层理性地层弱面产状和准则中参数b对水平井井壁稳定的影响规律.研究结果表明,水平井钻进方位、弱面倾角和走向与坍塌压力当量钻井液密度密切相关,弱面倾角在60.～90°时,沿着特定方向钻进井壁稳定性较好;除弱面走向为0°外,危险钻进方位均在为0°和180°.随着b值升高,当量钻井液密度逐渐降低,当b=0时所计算当量钻井液密度最高,当b=1时所计算当量钻井液密度最低,最高和最低当量钻井液密度差异可达到0.759g/cm3,在不同b值时水平井安全钻进方位虽存在略微差异但大体上相近,与b=0时的Mohr-Coulomb弱面准则相比所计算结果更接近实际.分析结果表明基于统一强度理论的弱面准则可用于分析层理性地层水平井井壁稳定分析、钻进方位和钻井液密度的优化设计.

摘要： 在层理性泥页岩钻井过程中经常出现井壁失稳,影响钻井的顺利进行.考虑层理性泥页岩的岩块和层理特性,采用层理岩石单元和层理面单元的组合模型描述层理性地层的破坏模式.利用有限差分数值模拟软件FLAC3D建立层理性泥页岩井眼的有限差分计算模型,模拟了实际钻井过程.和均质地层对比,分析了层理性泥页岩井眼的塑性区分布、井眼位移和次生应力分布特点.数值模拟再现了层理面的变形破坏现象,描述了层理面的滑移特征.利用FLAC3D数值计算特性,提出了层理性泥页岩地层中井眼坍塌压力的三维弹塑性计算方法,进一步探索了允许井壁发生一定坍塌破坏条件下的坍塌压力确定方法.计算结果和层理性泥页岩地层的实钻现象相吻合,对页岩气的钻井施工具有指导意义.

摘要： 由均质各向同性地层井壁力学稳定性分析理论出发,引入地层岩石破碎程度指数Bd来定量地描述地层岩石破碎程度对井壁围岩有效应力状态的影响,并根据Mohr-Coulomb准则建立了破碎性地层坍塌压力计算式,实例计算表明所建立的模型计算结果与工程实际吻合。

摘要： 控压钻井技术在应对窄密度窗口、高温高压及易漏等复杂地层取得良好应用效果,可有效降低钻井液密度,减少涌漏塌卡等井下复杂,实现了储层保护,提高了钻井综合效率,但在完井固井阶段研究与应用还处在初级阶段.目前国际上仅威德福、哈里伯顿公司开展了相关工作,取得显著的成效.常规钻井技术在完井固井阶段,需逐步提高地层的承压能力,最终往往采用高密度钻井液、固井水泥浆实现固井作业,易导致压漏地层,因此固井环节是最关键也是风险最大的工序.而采用控压钻井相关技术与装备可以更好把握地层压力、稳定性条件,监控作业过程流量的微小变化,实现安全、可靠完井固井作业.其中,控压固井技术是控压完井固井技术的核心,因此本文重点研究控压固井技术原理与应用方法.通过建立环空水力模型,精确描述多种流体条件下环空压耗、井底压力变化等因素的变化关系,实施多梯度的井底压力控制策略,保障井底压力在地层破裂压力与坍塌压力之间,实现控压固井作业精确设计和可靠施工,有效提升在复杂压力体系下的固井施工的成功率和质量.

摘要： 硬脆性泥页岩地层裂缝、微裂缝发育,易造成钻井过程中井壁失稳问题.选择弱面破坏准则,综合考虑该类地层的构造特征和力学特性,建立了硬脆性泥页岩坍塌压力的分析模型,定量评价地层力学各向异性对坍塌压力的影响程度.结果表明:弱面结构的存在造成坍塌压力分布复杂,不再存在单调递增或递减变化的井斜方位;沿着近σH方位钻进时,井斜角处于50°～60°时坍塌风险最大,小井斜或者大井斜相对安全;沿着近σh方位钻井较为安全,该方位的小斜度井和大斜度井(水平井)最为安全;井斜角和地层弱面角近乎相同时,地层各向异性对坍塌压力影响显著;研究结论对硬脆性地层安全钻井具有指导意义.

摘要： 硬脆性泥页岩地层裂缝、微裂缝发育,易造成钻井过程中井壁失稳问题.利用室内实验对该类地层的组构特征和力学特性进行分析,并对钻井液的抑制剂和封堵剂及复配效果优选评价,基于弱面准则探讨了钻井液对坍塌压力的影响规律.结果表明:甲酸钾和超细碳酸钙有效提高了钻井液的抑制性和封堵性,提出一种适用于渤海深度硬脆性泥页岩地层的低水活度强封堵型无固相钻井液体系配方:海水+0.2％NaOH+0.3％Na2CO3+5％氯化钾+10％～15％甲酸钾+0.8％VIS+2％Flocat+不同配比的超细碳酸钙粉加重剂.钻井液侵入地层促使坍塌压力升高,不同井眼轨迹对应的坍塌压力值存在差异,应在钻进过程中适时调整钻井液密度,进而维持硬脆性泥页岩地层的井壁稳定.研究结论对硬脆性泥页岩地层安全钻井具有指导意义.

摘要： 针对大港油田致密油藏井壁坍塌等问题,开展了致密油井壁失稳潜在影响因素分析,利用力—化学耦合井壁坍塌压力预测技术,结合岩心实测岩石力学及地应力参数,校正了地层压力预测模型,建立了致密油强水敏地层随井眼轨迹变化的坍塌周期图版,制定出合理的钻井液密度范围,为致密油勘探开发创造良好的条件.

摘要： 石油天然气钻井、地热钻井和大陆科学钻探实践表明,井眼稳定问题是决定深部钻探成败的关键因素之一,其分析方法包括解析方法、FEM、DEM和FDM等,而采用边界元方法(BEM)分析井眼稳定问题的文献却未见报道.为此,基于连续介质弹性力学建立了深部地层井眼稳定平面应变问题的基本微分方程,采用边界元理论推导了井周应力和位移的边界元求解方法;通过建立井眼稳定物理模型、划分边界单元,并将求解出井周应力结果与解析解进行了对比;最后,分析了四川某油田深部地层井眼的稳定性情况.结果表明:BEM求解应力分布与解析解吻合较好,其误差小于0.82％;实例井2500～3500m井段井眼稳定性分析结果与实际情况基本一致,实际钻井液密度低于坍塌压力当量密度,导致井眼扩大率普遍达到20％以上,适当提高钻井液密度能够维持井眼稳定,进一步验证了BEM方法的准确性.因此,本文方法为井眼稳定分析提供了一种新的手段和方法.

摘要： 鄂尔多斯东部某致密气田同时存在地层低压特征、浅部零散钻遇高压及井壁垮塌等情况.利用声波时差和密度曲线等测井资料建立了地层正常压实的双趋势线,并在此基础上采用伊顿法计算了地层孔隙压力,并通过基于测井曲线的地层压实上的表现解释了存在浅层高压风险地层深度.并通过对比沿深度基于测井曲线得到的岩石力学参数与井径曲线,发现岩石内聚力的降低是导致井眼扩径的主要岩石强度因素.同时对该区域水平井沿井深的的坍塌压力进行了计算分析.

摘要： 目前确定石油工程中地应力的方法均存在各自的局限性,为了得到直接反应地应力大小和方向的信息,提出一种基于实钻资料确定地应力的新方法,不将井眼看作理想的圆筒,而是通过力学分析建立井壁围岩的变形程度与岩石物理力学性质、地应力、孔隙压力及钻井液密度的关系,在此基础上由钻井液录井和常规测井,反演出地应力及孔隙压力,并进一步计算井壁坍塌和破裂压力.研究发现,破裂压力计算值与实测值符合较好,而反演得到的孔隙压力与实用钻井液密度符合,说明该方法合理可行.若结合随钻测量,该方法可实现地应力及井壁稳定的实时预测,应用前景广阔.

摘要： IV类压力容器具有改进的渗透气体管理。该压力容器包括内聚合物内衬、布置在内衬上的透气层、以及布置在透气层上的外复合壳体结构。透气层是可透气的、不可渗透液体的，并且为由透气层收集的透过内衬壁的气体提供流动通路。外复合壳体由一层或更多层的第一纤维类型的纤维和树脂形成。从内衬的内部空间渗透的气体由透气层接收并且导向在压力容器上的预定的出口位置。

摘要： 本发明公开了一种地层坍塌及破裂压力不确定性定量表征方法，包括：步骤一、地层坍塌及破裂压力定量计算；步骤二、地层坍塌及破裂压力不确定性来源分析；步骤三、地应力与岩石力学参数不确定性描述；步骤四、地层坍塌及破裂压力不确定性定量表征。在本方案中，具有如下有益效果：本方案建立和完善了现有深层页岩气地层坍塌及破裂压力计算模型，并对地应力与岩石力学参数进行不确定性描述，建立了基于蒙特卡洛模拟的地层坍塌及破裂压力不确定性定量表征方法，其结果不再是单一的压力曲线，而是具有概率信息的压力区间剖面，这样作对于复杂地质环境下的钻井来说更具有实际意义。

摘要： 本发明提供一种随钻预测钻头底下地层坍塌压力和破裂压力的方法。包括：提取一待钻井和一与该待钻井相邻的已钻井旁若干道地震记录，作加权处理获得该待钻井和已钻井的地震记录；对已钻井进行声波时差和密度测井，获得该已钻井的不同层段地层的测井数据；利用该测井数据和地震记录，建立利用地震记录预测地层声波速度、波阻抗的分层模型；预测该待钻井钻头底下地层的测井曲线；结合并壁稳定力学测井解释模型预测该待钻井钻头底下地层的坍塌压力和破裂压力。本发明通过找出同一井眼中不同层系地层的已钻井段测井结果与地震记录的关联，并根据地质分层随钻预测坍塌压力和破裂压力，这样，有效阻止井壁坍塌、防止井下复杂情况的发生。

摘要： 一种利用地震层速度钻前预测坍塌压力与破裂压力的方法包括下列步骤：1)将待钻井与多个相邻已钻井的地震层速度进行数据相关分析，并确定相关系数大于0.75的已钻井为待钻进具有相似构造的已钻井；2)利用声波时差、自然伽玛、密度等测井数据序列，对已钻井全井段进行分层，求出每一层用于表征一定厚度且岩性相似地层的平均声波速度、自然伽玛和地层密度；3)利用每一层的平均声波速度、自然伽玛和地层密度来确定已钻井的坍塌压力与破裂压力；4)根据已钻井的坍塌压力与破裂压力和测井分层速度建立测井模型；5)建立已钻井的层速度钻前预测模型；6)将待钻井的地震层速度代入5)步骤中的模型，获得待钻井的坍塌压力与破裂压力。

摘要： 一种利用地震记录预测井眼待钻井段坍塌压力和破裂压力的方法，包括：针对新构造待钻井眼，提取该井及相邻若干道井道地震记录，作加权处理获得该井的地震记录；对井道进行部分钻井，获得二开井段，并进行声波时差、自然伽玛、井径和中子密度测井，获得相应的测井数据；建立二开井段的地震记录与测井数据间的关系，即利用地震记录构建所述二开井段的测井曲线模型；利用待钻井段的地震记录预测待钻井段的测井数据，构建待钻井段的声波测井和密度测井曲线；利用地层破裂试验数据确定测试点地应力；利用待钻井段的声波测井和密度测井曲线，预测待钻井将钻遇地层的弹性参数和强度；计算待钻井将钻遇地层的地应力；预测待钻井段的坍塌压力和破裂压力。

摘要： 本发明提供一种随钻预测钻头底下地层坍塌压力和破裂压力的方法。包括：提取一待钻井和一与该待钻井相邻的已钻井旁若干道地震记录，作加权处理获得该待钻井和已钻井的地震记录；对已钻井进行声波时差和密度测井，获得该已钻井的不同层段地层的测井数据；利用该测井数据和地震记录，建立利用地震记录预测地层声波速度、波阻抗的分层模型；预测该待钻井钻头底下地层的测井曲线；结合井壁稳定力学测井解释模型预测该待钻井钻头底下地层的坍塌压力和破裂压力。本发明通过找出同一井眼中不同层系地层的已钻井段测井结果与地震记录的关联，并根据地质分层随钻预测坍塌压力和破裂压力，这样，有效阻止井壁坍塌、防止井下复杂情况的发生。

摘要： 一种利用地震层速度钻前预测坍塌压力与破裂压力的方法包括下列步骤：1)将待钻井与多个相邻已钻井的地震层速度进行数据相关分析，并确定相关系数大于0.75的已钻井为待钻进具有相似构造的已钻井；2)利用声波时差、自然伽玛、密度等测井数据序列，对已钻井全井段进行分层，求出每一层用于表征一定厚度且岩性相似地层的平均声波速度、自然伽玛和地层密度；3)利用每一层的平均声波速度、自然伽玛和地层密度来确定已钻井的坍塌压力与破裂压力；4)根据已钻井的坍塌压力与破裂压力和测井分层速度建立测井模型；5)建立已钻井的层速度钻前预测模型；6)将待钻井的地震层速度代入5)步骤中的模型，获得待钻井的坍塌压力与破裂压力。

摘要： 一种利用地震记录预测待钻井段坍塌压力和破裂压力的方法，包括：针对新构造待钻井眼，提取该井及相邻若干道地震记录，作加权处理获得该井的地震记录；对二开井段进行钻井，并进行声波时差、自然伽玛、井径和中子密度测井，获得相应的测井数据；建立二开井段的地震记录与测井数据间的关系，即利用地震记录构建所述二开井段的测井曲线模型；利用待钻井段的地震记录预测待钻井段的测井数据，构建待钻井段的声波测井和密度测井曲线；利用地层破裂试验数据确定测试点地应力；利用待钻井段的声波测井和密度测井曲线，预测待钻井将钻遇地层的弹性参数和强度；计算待钻井将钻遇地层的地应力；预测待钻井段的坍塌压力和破裂压力。

摘要： 本发明涉及一种基于自吸‑本构模型的页岩地层坍塌压力预测方法，包括：基于损伤力学理论，结合页岩动态自吸方程、损伤下的页岩本构方程，构建水化损伤下的页岩自吸‑本构模型；对页岩岩心开展三轴力学实验获得原状页岩力学参数；对页岩岩心开展自吸实验，基于页岩动态自吸方程，计算出页岩平均吸水长度；获取井壁岩石主应力分布；基于井壁岩石主应力分布、原状页岩力学参数、页岩平均吸水长度，采用所述页岩自吸‑本构模型，实现钻井过程中的页岩地层坍塌压力预测。本发明结合页岩自吸特征与本构特征，构建了一种新的坍塌压力预测方法，可为现场确定安全钻井液密度提供科学依据。

摘要： 本发明提供一种地层坍塌压力预测方法、存储介质和计算机设备。该方法包括：根据地震数据，通过反演得到目标储层的泥质含量、波阻抗、弹性参数和裂缝岩石物理参数；确定目标储层的抗压强度，确定目标储层的体积模量，根据目标储层的抗压强度和体积模量确定目标储层的内聚力；根据密度确定目标储层的上覆岩层压力和静水压力，基于地层压力预测模型，确定目标储层的地层压力；基于胡克定律，构建地应力预测模型；确定目标储层的法向柔度，基于地应力预测模型，确定目标储层的最大水平地应力及最小水平地应力；利用基于Mohr‑Coulomb准则的坍塌压力预测模型，确定目标储层的地层坍塌压力。本发明能够准确预测地层坍塌压力，为钻井施工和井壁稳定性分析提供依据。