隨著煤礦、煤層氣勘探開發(fā)的進(jìn)一步深入,煤礦區(qū)鉆探過程中鉆遇地層愈加復(fù)雜,在鉆進(jìn)至破碎、裂縫發(fā)育地層時(shí),漏失問題尤其是裂縫性漏失問題突出。在裂縫內(nèi)建立穩(wěn)定封堵隔墻,阻斷鉆井液漏失通道,提高地層承壓能力是解決井漏問題的關(guān)鍵。論文圍繞如何在裂縫內(nèi)部形成穩(wěn)定封堵隔墻這一核心問題,在對黔西煤礦區(qū)煤層氣井鉆遇漏失地層特性及裂縫性漏失規(guī)律分析的基礎(chǔ)上,以封堵材料進(jìn)入裂縫、堆積形成封堵隔墻及封堵隔墻穩(wěn)定性分析為主線,應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬與相似模擬相結(jié)合的方法,開展了封堵隔墻形成過程與承壓能力理論研究,優(yōu)化形成了不同破壞形式下封堵隔墻承壓能力預(yù)測模型,研究了封堵隔墻承壓能力影響因素與強(qiáng)化方法,研究形成了高濃度橋塞復(fù)合堵漏技術(shù)與配套機(jī)具。取得如下成果:（1）研究提出了橋塞堵漏材料粒徑設(shè)計(jì)方法。根據(jù)牛頓流體N-S方程,建立了基于漏失量和裂縫內(nèi)壓力梯度的裂縫力學(xué)開度計(jì)算方法;利用數(shù)值模擬、相似模擬與灰色關(guān)聯(lián)分析方法,明確了架橋顆粒特征粒徑D₅₀和D₉₀對封堵隔墻起始位置密切相關(guān);結(jié)合顆粒沉降試驗(yàn),采用數(shù)據(jù)擬合方法,得出了實(shí)驗(yàn)條件下固相顆粒拖曳力系數(shù)與顆粒雷諾數(shù)的對... 

【文章來源】：煤炭科學(xué)研究總院北京市

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

MI-SWACO裂縫封堵實(shí)驗(yàn)裂縫單元示意圖

2煤礦區(qū)裂縫性地層漏失特征15表2.2不同類型漏失次數(shù)統(tǒng)計(jì)Table2.2Statisticsofleakagetimesofdifferenttypes漏速/m3/h≤55～1515～3030～50≥50井漏類型微漏小漏中漏大漏嚴(yán)重漏失次數(shù)11561389占比/%8.874.034.8410.4871.77依據(jù)已統(tǒng)計(jì)井資料，從表2.2可知，黔西地區(qū)大漏和嚴(yán)重漏失比例高，占總漏失次數(shù)的82.26%；漏失問題嚴(yán)重，推高鉆井成本，在一定程度上已成為制約該區(qū)域煤層氣勘探開發(fā)的制約因素。（4）漏失工況統(tǒng)計(jì)圖2.2黔西地區(qū)漏失工況分析Fig.2.2Theanalysisonworkingconditionwhilelostcirculation發(fā)生漏失的工況統(tǒng)計(jì)如圖2.3所示，該區(qū)域漏失工況多發(fā)生在鉆進(jìn)過程，占比為61.3%，這與主要漏失層位于井眼中上部有關(guān)；堵漏過程發(fā)生的漏失占比為26.6%，反映漏失發(fā)生后，堵漏難度大，封堵層易重開，其中牛4井飛仙關(guān)組某漏層共通過橋塞、投水泥球、可控膠凝、復(fù)合堵漏等方法，共計(jì)封堵8次方封堵成功；固井前承壓試驗(yàn)漏失占比7.3%，說明封堵層承壓能力較低，不能滿足承壓試驗(yàn)要求，同時(shí)，該區(qū)域部分井水泥返高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，水泥返高位于漏失層以下，說明煤層承壓能力較低，能滿足鉆進(jìn)要求，但不能滿足固井要求。綜上分析，黔西地區(qū)井漏具有漏失層段多、漏失概率高、漏失嚴(yán)重等特點(diǎn)。2.1.2裂縫性漏失特點(diǎn)與分類2.1.2.1裂縫性漏失特點(diǎn)裂縫在地層中的成因多樣，分布和發(fā)育不均勻，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地應(yīng)力、地層巖性、填充狀態(tài)等影響，裂縫開度、延伸狀態(tài)、裂縫面的粗糙程度等呈現(xiàn)較強(qiáng)的不均勻性。鉆井61.3%堵漏26.6%承壓試驗(yàn)7.3%取心1.6%固井2.4%循環(huán)0.8%

,123]，尤其是永寧鎮(zhèn)組、茅草鋪組裂縫區(qū)域發(fā)育較大溶洞，導(dǎo)致封堵困難甚至由于無法封堵而棄井。砂泥巖等易風(fēng)化地層，巖石較為疏松，裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，易出現(xiàn)高角度裂縫。煤礦區(qū)砂泥巖互層較多，上部地層分界面附近，由于風(fēng)化程度不同，易產(chǎn)生橫向漏失性裂縫。鄂爾多斯盆地東緣漏失最頻繁的三疊系劉家溝組、二疊系上石盒子組、下石盒子組漏失主要是由于風(fēng)化裂隙及地層界面裂縫導(dǎo)致[104,124]。在構(gòu)造應(yīng)力、井筒壓力等作用下，裂縫有向縱深方向延伸的趨勢。裂縫在延伸過程中與其它裂縫相交形成“Z”型、“T”型乃至網(wǎng)狀裂縫，如圖2.3所示。網(wǎng)狀裂縫的存在使漏失過程復(fù)雜化，封堵難度增加，需要在近井地帶完成封堵。圖2.3網(wǎng)狀裂縫露頭[125]Fig.2.3Fracturenetworkinanoutcroprock2.1.2.2裂縫性漏失類型依據(jù)漏失速度的不同，鉆井行業(yè)將漏失分為微漏、小漏、中漏、大漏及嚴(yán)重漏失5個(gè)等級，國內(nèi)外對分級用漏失量略有差異，該分類是國內(nèi)外鉆井施工漏失的一種主要分類方法[125,126]。從反映井下漏失通道基本形態(tài)角度考慮[13,54]，按裂縫成因分類，能夠有效指導(dǎo)防漏堵漏工作進(jìn)行。依據(jù)堵漏工作實(shí)踐，將煤礦區(qū)裂縫性漏失分為：天然裂縫漏失、誘導(dǎo)裂縫漏失、采空采動(dòng)裂縫漏失及復(fù)合性漏失。

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本文編號：3536605