气体钻井突发性井壁失稳动力演化机理及试验研究

从致密砂岩损伤破坏的角度出发，综合考虑致密砂岩的物理力学性质、地应力、裂缝圈闭高压等因素，在分析孔隙压力、地应力、裂缝圈闭高压在突发性井壁失稳过程中所起的作用基础上，将气体钻井突发性井壁失稳具有强烈时间效应的动态力学过程分为孕育、突变、井筒运移和终止4个阶段。对裂缝圈闭高压、地应力作用下致密砂岩的加速损伤演化引起的突发性井壁失稳机理进行了阐述，裂缝圈闭高压是突发性井壁失稳的主要动力源，地应力对突发性井壁失稳起辅助作用。通过模拟实验表明，受地应力破坏后的致密砂岩岩体在有裂缝情况下，卸压初始时刻释放的能量是无裂缝时的5～10倍，且该能量与动力学失稳密切相关。

QL1井井底突发性岩爆动力学机理及动态演化过程

氮气钻井钻遇致密砂岩高压裂缝圈闭导致井底岩爆是四川盆地西部白马庙构造QL1井恶性井喷事故的根本诱因。利用研究井壁失稳的理论方法来进行井底岩爆的动力学机理分析,并借助Visual Basic语言和Matlab软件编程,进行了岩爆的动态演化模拟。研究认为,当井底逐渐接近高压裂缝圈闭的过程中,裂缝面周向应力和径向应力差值逐渐增大,主应力之间的差值所引起的剪应力增长使裂缝面产生压剪破坏及压剪-拉伸复合破坏,直至破坏区连通井筒,高压气体携带大量碎屑喷入井内,释放大量能量,产生井底岩爆。该研究成果系统解释了QL1井录井监测参数的异常变化,其研究结果不仅可为岩爆的防治提供理论基础,而且在石油工程领域为深部岩体动力学失稳研究提供了一个新的视角。