井壁稳定性解析

1、井壁稳定性解析井壁稳定研究的意义1、进步钻井成功率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，钻到达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本钱合理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可以承受的力井壁稳定强度判别准那么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？井壁稳定性分析及平安泥浆密度窗口确实定根底出砂预测研究的根底假设条件：地层均质各向同性线

2、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根据线弹性、小变形应力叠加原理对井眼受力进展分解请回忆弹性根底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程度最大地应力 所引起的井周应力分布直井井眼周围地层应力状态由程度最小地应力 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

3、什么？A井周地层应力状态Shear StressShear StrengthrEffective Compressive StressStable Stress StateqrShear StressShear StrengthrEffective Compressive StressUnstable Stress StateqrqMinStressMaxStressq井壁稳定性判别模型Mohr-coulomb准那么-剪切破坏判别准那么Mohr-coulomb准那么-剪切破坏判别准那么 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

4、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为岩石允许承载的才能，1为岩石实际承受载荷。当K1时，井眼发生塑性变形；当K1时，岩石处于极限平衡态;当K1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形式钻井合理泥浆密度确实定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、裸眼井段钻井的平安压力泥浆密度窗口：P泥泥浆柱压力 假设： P泥 P破 那么：井漏 P泥 P地 那么：井喷 P泥 P坍 那么：井塌钻井合理泥浆密度确实定平安压力

5、密度窗口：PP破 P泥 P地 (P地 P坍) P破 P泥 P坍 (P坍 P地 )P平安压力窗口钻井合理泥浆密度确实定P愈大,那么钻井愈易P愈小,那么钻井愈难钻井合理泥浆密度确实定假设P =P破- P地 P地 P坍 那么较易假设P =P破- P坍 P坍 P地 那么较难钻井合理泥浆密度确实定P破、P坍由地层的原地应力、地层岩体的力学性质、强度、地层倾角、井斜、方位因素所确定。假设P坍0，那么井壁不稳，只有用泥浆柱压力平衡；防塌必须进步泥浆密度。钻井合理泥浆密度确实定一般情况： P地 P坍； P =P破- P地；但泥浆作用将使P坍上升， P破下降，那么：P 减小：使P =P破- P坍( P坍上升并大

6、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。钻井合理泥浆密度确实定井壁稳定性分析的参数获取地应力地应力确实定方法岩石机械强度的获取(after Gaarenstroom et 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：

7、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，即最小程度主地应力。瞬时停泵压力PISIP：关泵瞬间的裂缝中的压力。它一般大于PFcp，两者之间的差异一般在7MPa之间变化，它取决压裂工艺及岩石性质。在低浸透性地层，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程度地应力方位坍塌压力、破裂压力推导！不考虑非线性修正，直井坍塌、破裂压力公式：注意各符号表示的物理意义。定向井井周地层应力状态东营组地层斜井井壁稳定性分析 最大程度地应力方位：井壁坍塌风险最高坍塌压力随井斜方位的变化东营组地层斜井井壁稳定性分析最大程度地应力方位：井壁破裂风险最高破裂压力随井斜方位的变化平安泥浆密度窗口变质岩地层裸眼完井井壁稳定性分析 套管以下太古界地层存在低强度砂岩地层，即使是钻井过程中也需较高的泥浆