温度-应力耦合作用下深部盐岩蠕变损伤模型

随着我国盐岩储库工程的兴建,浅部适宜矿床逐渐利用殆尽,盐岩储库向深部发展成为必然趋势。为了研究深部盐岩储库实际运营过程中,围岩在三向地应力和温度耦合作用下的蠕变损伤特征,进行了不同温度和应力耦合作用下深部盐岩的三轴蠕变试验。考虑温度和应力对深部盐岩蠕变损伤的影响,认为温度损伤伴随蠕变全过程,所处应力状态达到屈服极限时应力损伤开始发挥作用,且温度和应力与损伤变量之间分别满足Weibull分布和负指数函数的关系。引入分数阶Abel黏壶改进西原正夫模型,建立了一种新的考虑温度-应力耦合效应的黏弹塑性蠕变损伤模型。该模型不仅形式简单,且每个参数都有明确的物理意义,方便模型在数值计算和工程实践中的应用。结果表明:深部盐岩的稳态蠕变率是偏应力和温度的函数,拟合出稳态蠕变应变率本构方程中材料参数A=32.39 MPa-4.83/h、激活自由能Q=7.84×10^(4) kJ/mol、蠕变应力指数n=4.83;不同温度和应力下的黏弹塑性蠕变损伤模型的理论解析解与对应试验数据有良好的吻合度,验证了模型的正确性和精确度。通过蠕变损伤模型各力学元件拟合参数结果验证了温度和应力对岩石蠕变性能的影响规律,证明了所建模型的合理性。所建模型不仅可以精确表征岩石的衰减和稳态蠕变阶段,也能较好地描述加速蠕变阶段的变形特性。

超深地层盐岩蠕变试验及储气库长期稳定性研究

为了研究宁晋超深地层盐岩的蠕变特性和长期稳定性,采用岩石伺服三轴流变试验机对盐岩进行三轴蠕变试验分析,分析围压、偏应力、时间对蠕变的影响;通过FLAC3D软件对不同循环内压下运行30 a后腔周塑性区范围、腔周位移进行长期稳定性分析。通过三轴蠕变试验表明:围压的变化能够使蠕变三阶段重新发生;随着偏应力的增大,稳态蠕变率增加;偏应力对蠕变的影响要大于围压对蠕变的影响;宁晋超深储气库石盐矿层蠕变参数为:A=1.55×10-10,n=3.961。长期稳定性模拟研究表明:塑性区位置、最大腔周位移都出现在腔体中部位置;随着流变时间的增加,塑性区范围、腔周位移都逐渐变大;内压越高,塑性区范围、腔周位移越小,运行过程中要避免低压长期运行。

考虑盐岩层蠕变的井身结构设计研究

合理井身结构设计是钻井工程设计的重要组成部分。对于复杂地质条件下的深井、超深井 ,盐岩层的影响是国际性的难题。塔里木盆地的轮南、哈里哈塘地区石炭系和英买力地区第三系都埋藏着两套很厚的含膏盐岩层。在钻井过程中 ,经常发生盐岩层遇阻卡钻 ,钻井完井后 ,盐岩层的粘塑性流动又造成深井套管在短期内被挤坏。井身结构设计常规方法已显得力不胜任。在常规井身结构设计的基础上 ,针对塔里木深井、超深井盐岩层的具体情况 ,首次建立了一套适合于深井、超深井考虑盐岩蠕变的合理井身结构设计方法 ,并研制了考虑盐岩蠕变的井身结构设计软件 ,完成了 7口井的井身结构设计。实践证明 。

复合岩盐层井眼蠕变缩径的数值模拟

盐岩在深部高温高压环境下具有很强的蠕变特性,在岩盐层钻井经常出现井眼缩径、卡钻等复杂事故。目前关于岩盐层井段安全钻进泥浆密度的计算方法主要适用于均匀地应力的情况,难以在非均匀地应力条件下应用。为此研究建立了三向地应力作用下盐岩和砂泥岩相互交错的复合岩盐层井眼蠕变缩径的三维有限元模型,并以塔里木油田羊塔克地区深井为例,研究了非均匀地应力条件下,复合岩盐层井眼随时间变化的蠕变缩径规律,得出了一定泥浆密度下岩盐层井眼在不同时刻的井径值。计算结果表明,安全泥浆密度有限元模拟值与羊塔克地区岩盐层井段实际采用的安全泥浆密度非常接近,验证了所建数值模型的合理性和计算结果的可靠性,研究成果为岩盐层井段的安全钻进提供了技术支撑。

高温高压超深探井钻井技术在费尔干纳盆地的研究与应用

2009年中国石油首次在该地区成功的钻成了井深6596m的中亚地区第一口最深的超深探井,并在5800-6596m发现了重要的油气层。该井的油气层地下温度为147℃以上、压力为135Mpa,钻井使用的泥浆密度高达2.43g/cm3。该井在钻井中解决了:(1)高温、高压下,盐膏层塑性流动引起的卡钻难题;(2)压力系数为2.35-2.36的盐水层的钻井安全问题;(3)147℃高温(5703m)、134-135Mpa高压(5841m)条件下2.29-2.43g/cm3高密度水基泥浆的稳定性维护;(4)5″尾管悬挂器与7″套管小间隙条件下下入与座挂安全;(5)超深井小井眼段使用钻头偏心扩眼问题;(6)高温、高压小井眼条件下测井;(7)小井眼、小井段、小间隙、超深条件下的固井等7项世界级工程难题,对于高温、高压、超深井钻探技术的发展,对于该地区高温、高压、超深环境下的油气藏的地质研究和开发都有十分重大的意义。

石膏含量对盐膏层蠕变速率影响的研究

针对深部盐膏岩地层岩芯获取难度大的难题,依据现场岩屑的矿物组分,人工压制盐膏岩试验试样,蠕变试验表明,相同组分的天然岩芯和人造岩芯具有相似的蠕变规律。据此,通过对人造岩芯进行不同围压和相同温度下的蠕变试验,得到各种矿物组分含量对其蠕变的影响。结果表明:在相同应力和温度条件下,盐含量多的复合盐岩的稳态蠕变速率较高,膏含量多的复合盐岩的稳态蠕变速率较低。同时,对滨里海盆地的天然岩芯进行理化性能分析,同样验证了以上的结论。试验结果在塔里木克深区块的超深井得到验证,并指导钻井液密度的合理确定。

塔里木盆地玉科区块超深井膏盐层段套管损坏机理与防治措施

塔里木盆地塔北隆起轮南低凸起哈得逊鼻状隆起东翼的玉科区块超深井在钻井过程中出现了严重的膏盐层段套管损坏问题,导致卡钻频发甚至被迫回填侧钻,极大地影响了该区块新井的顺利钻进和后续油气开发进程,造成了较大的损失。为此,在分析该地区几口套管损坏井现状的基础上,利用GMI和WELLCAT等软件对造成套管损坏的地质因素和工程因素进行了分析,初步地揭示了该地区膏盐层段套管损坏的机理,认为膏盐层蠕变引发的非均匀载荷因素和膏盐层段套管不居中、水泥浆顶替效率差等固井质量因素是导致套管损坏的主要原因。进而提出了在盐层厚度大于40 m的地区一系列预防套管损坏措施:(1)井身结构优化调整为四开井身结构;(2)调整钻井液性能,推荐使用饱和盐水钻井液或油基钻井液,并将盐层段钻井液密度上限提高至1.70 g/cm^3;(3)提高固井质量,形成规则井眼,增大套管与地层的环空间隙,适当增加泵排量,提高顶替效率。

接头管施工拔管力确定的理论分析与监测验证

接头管拔管力的大小对防渗墙施工质量和施工进度有重要影响,但实际施工中拔管力的确定主要依赖于工程经验。为定量分析拔管力的大小,以西藏旁多水利枢纽150 m超深防渗墙施工为研究对象,采用强度参数与时间相关的混凝土蠕变模型和动接触算法,对不同拔管时机、不同孔斜下的拔管力进行了数值分析,并进行了现场试验验证。结果表明:拔管力的大小受诸多因素影响,接头管与混凝土之间的接触特性和孔斜是主要原因;随着拔管时机延后和孔斜的增加,拔管力增加明显。

濮阳3286m岩盐勘探深井高密度钻井液工艺

濮阳岩盐普查项目ZK0401孔设计孔深3280 m。在该孔钻探取心施工中,结合地层水敏性、地层压力及地温特点,试验采用了耐高温、高密度饱和盐水钻井液,并配以适宜取心钻探工艺,成功地实施了连续岩盐取心,实际终孔孔深3286 m,收到了良好的效果。重点介绍了钻井液体系配方的优选及钻井液工艺技术措施。