多弱面地层水平井裸眼井壁垮塌量计算模型

针对裂缝性地层水平井试油过程中井壁垮塌的问题,建立了多弱面地层水平井裸眼井壁垮塌量计算模型,采用该模型分析了水平井裸眼井壁垮塌量的影响因素,并通过现场应用将其与单弱面模型进行对比分析。分析裂缝产状、井眼方位、地层应力各向异性、弱面数量及井内液体密度对井壁垮塌量的影响后发现:裂缝倾角较小时,井壁垮塌量较大,井壁稳定性差,裂缝倾角较大时,井壁垮塌量波动较大,井壁稳定性随井眼方位及裂缝倾向的变化而变化;裂缝倾向不同垮塌量极大值出现时井眼方位不同;地应力差越大井壁垮塌量越大;井壁垮塌量随井内液体密度的增加而减小,当井内液体密度在孔隙压力当量密度附近时垮塌量对井内液体密度的变化较敏感。现场应用结果表明:与单弱面模型相比,大多数情况下采用多弱面模型计算的井壁垮塌量更大,能更可靠地评估井壁垮塌风险。

考虑多弱面的非连续煤夹层井壁坍塌模型与规律分析

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。

顺北油气田奥陶系破碎性地层井壁失稳影响因素分析

针对顺北油气田奥陶系破碎性地层井壁失稳频发的技术难题,通过开展X射线衍射、扫描电子显微镜和滚动回收率等室内实验,建立了考虑多弱面效应和力化耦合作用的井壁失稳模型,分析了井壁失稳机理及影响因素。研究表明:奥陶系破碎性地层以方解石为主,黏土矿物质量分数低,水化分散能力弱,多尺度非连续破碎结构和非黏土水化型水岩损伤作用是井壁失稳的关键因素;随弱面组数的增加,岩石强度的各向异性愈发显著,坍塌压力增大,安全钻井的优势方位角与倾角选择减少;随着弱面倾角由0°增大到90°,坍塌压力呈现先增加、后平稳、再逐渐减小的趋势;坍塌压力随弱面内聚力、内摩擦角的增大而显著降低,且内摩擦角的影响更显著,但随弱面胶结强度的升高,坍塌压力的降低率具有一定的极限。