本文關(guān)鍵詞： 頁巖 卸載 井壁穩(wěn)定性 安全鉆井　出處：《西南石油大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和對環(huán)境保護(hù)需求呼聲的日益高漲,我國對天然氣的需求量越來越大,對外依存度呈逐年快速攀升趨勢。我國的頁巖氣勘探開發(fā)還處于起步階段,面臨的問題還有很多。其中如何安全鉆成長井段規(guī)則水平井就是頁巖氣開發(fā)過程中必須首先解決的關(guān)鍵工程技術(shù)問題之一,而如何保持井壁的穩(wěn)定性又是其中最為核心的一個(gè)環(huán)節(jié)。頁巖氣層的井壁穩(wěn)定性受其巖石力學(xué)特性、地應(yīng)力環(huán)境及施工工藝環(huán)節(jié)等多因素影響和制約。已有研究表明,頁巖氣層巖石具有較強(qiáng)的脆性,脆性巖石在鉆井過程中極易因鉆井應(yīng)力擾動(dòng)和卸載而誘發(fā)應(yīng)力卸載縫,引起井周地層巖石結(jié)構(gòu)破壞。而目前國內(nèi)外對此研究還極為不足,因此.解決頁巖地層井眼穩(wěn)定問題,系統(tǒng)深入地研究卸載條件下硬脆性頁巖的破壞機(jī)理,對科學(xué)有效地解決井壁失穩(wěn)問題,實(shí)現(xiàn)頁巖氣藏安全高效開發(fā),具有重要的工程實(shí)際意義。 本文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1262209),以龍馬溪組頁巖氣層巖石為研究對象,室內(nèi)加、卸載巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合地層坍塌壓力計(jì)算,研究了頁巖氣層鉆井卸載對井周地層巖石力學(xué)行為的影響及卸載破壞對井眼穩(wěn)定性的影響,獲得以下認(rèn)識和結(jié)論： (1)單、三軸巖石抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)表明,研究選區(qū)的頁巖具有較高強(qiáng)度和明顯脆性特征,其黏土礦物含量較低,石英等脆性礦物含量較高,單軸壓縮破壞呈現(xiàn)典型的脆性劈裂破壞特征。加載條件下,巖樣的抗壓強(qiáng)度隨著圍壓的增高而增大,塑性有所顯現(xiàn),巖樣破壞模式由劈裂破壞逐漸變?yōu)閱渭羝茐摹?(2)卸載力學(xué)實(shí)驗(yàn)說明,頁巖巖樣在卸載過程中表現(xiàn)出了與加載過程中不同的變形和破壞特征。卸載導(dǎo)致頁巖產(chǎn)生的擴(kuò)容比加載過程更劇烈,巖樣顯示出了更強(qiáng)的脆性。低圍壓下巖樣對卸載更加敏感,更易產(chǎn)生張性破壞。在卸荷作用下,頁巖力學(xué)強(qiáng)度降低,剪切強(qiáng)度參數(shù)表現(xiàn)為內(nèi)聚力少許增大,內(nèi)摩擦角顯著降低。隨卸載速率的增大,巖樣破壞時(shí)的劇烈程度先增大后減小。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)(卸載速率0.2MPa/s至1.OMPa/s),可能存在一個(gè)卸載速率使巖樣破壞最劇烈,即在鉆井過程中隨鉆速增大,巖石受應(yīng)力卸載而發(fā)生破壞的程度不是單調(diào)增大的,可能存在某一鉆速對井壁巖石產(chǎn)生最大破壞。 (3)卸載速率、卸載幅度對致密硬脆性巖石破壞特征和強(qiáng)度有明顯影響。不同幅度的卸載實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨卸載幅度增大,巖樣破壞程度呈先減小后增大趨勢。圍壓卸載程度越大,對巖樣的破壞越大,巖樣的破壞程度越劇烈。大幅卸載將加劇致密脆性巖石的損傷演化及破壞。對該類地層的安全鉆井,應(yīng)在充分認(rèn)識其他地質(zhì)力學(xué)環(huán)境、結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上,優(yōu)化鉆速及鉆井液密度,盡量減小鉆井卸載引起的井周巖石破壞和失穩(wěn)。 (4)基于實(shí)際工區(qū)地質(zhì)力學(xué)參數(shù)資料,研究了卸載對井壁地層坍塌壓力的影響。結(jié)果表明,考慮卸載影響后得到的井壁地層坍塌壓力明顯增大。運(yùn)用巖石加載力學(xué)特性分析得到的井周巖石穩(wěn)定性較實(shí)際偏大,特別是在高地應(yīng)力、高地層壓力和高欠壓值鉆井情況下。并基于卸載力學(xué)參數(shù)分析對比Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則和Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則對地層坍塌壓力的影響,結(jié)合目前頁巖氣鉆井工程實(shí)際表現(xiàn)認(rèn)為,基于Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則考慮卸載影響計(jì)算得出的坍塌壓力更能準(zhǔn)確反映地層的真實(shí)情況。
[Abstract]:With the rapid development of national economy and the increasing demand for environmental protection , China ' s demand for natural gas is increasing and its external dependence has been increasing year by year . Based on the national natural science fund project ( U1262209 ) , the influence of the shale gas layer drilling unloading on the rock mechanics behavior and the influence of unloading failure on the borehole stability are studied based on the research object , the indoor addition and unloading rock mechanics experiment of the Longmaxi Formation shale gas layer rock , and the following understandings and conclusions are obtained : ( 1 ) The compressive strength of single - and tri - axial rock shows that the shale in the study area has higher strength and obvious brittle characteristics , the content of clay minerals is low , the content of brittle minerals such as quartz is high , and the uniaxial compression damage presents typical brittle fracture damage characteristics . The compressive strength of rock samples increases with the increase of confining pressure and the plasticity appears , and the rock sample failure mode gradually becomes single shear failure by splitting failure . ( 2 ) The mechanics experiment shows that the shale rock sample shows different deformation and destruction characteristics during unloading . The unloading results in more severe expansion than the loading process . The rock sample shows stronger brittleness . Under the action of unloading , the rock sample is more sensitive to unloading , and the internal friction angle is decreased . ( 3 ) The unloading rate and the unloading amplitude have obvious influence on the damage characteristics and strength of the tight brittle rock . The larger the unloading amplitude , the greater the damage degree of the rock sample , the more severe the damage degree of the rock sample . ( 4 ) Based on the data of the geological mechanics parameters of the actual working area , the influence of unloading on the collapse pressure of the borehole wall is studied . The results show that the rock stability of the well wall obtained after considering the unloading influence is obviously increased . Based on the analysis of the mechanics characteristics of rock loading , the rock stability of the well wall is relatively large , especially in the case of high ground stress , high formation pressure and high under - pressure value drilling . Based on the analysis of the unloading mechanical parameters , the influence of the Coulomb strength criterion and Hoek - Brown strength criterion on the formation collapse pressure is analyzed .

【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1489109