【摘要】：受層理特征的影響,頁巖地層的井壁坍塌形狀與坍塌壓力不再與各向同性地層表現(xiàn)一致。基于Jaeger弱面強(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算了井壁坍塌區(qū)域分布與坍塌壓力大小,結(jié)果表明:井壁坍塌是頁巖基質(zhì)與弱面破壞疊加的結(jié)果,且當(dāng)層理弱面傾斜角增大時(shí),井壁坍塌逐漸受層理弱面破壞主導(dǎo),坍塌方位不再與水平最小地應(yīng)力方位一致,即井壁坍塌區(qū)域發(fā)生偏轉(zhuǎn),井壁坍塌形狀由對(duì)角破壞演變?yōu)樗慕瞧茐?各向異性地層井壁坍塌壓力只沿水平最小地應(yīng)力(層理面傾向)對(duì)稱分布,最優(yōu)鉆井方位不再僅沿水平最小地應(yīng)力方位,而是應(yīng)結(jié)合層理弱面的傾向,盡量減小井眼軌跡與層理弱面法向夾角;考慮鉆井液侵入對(duì)井周地層壓力的改變與地層強(qiáng)度的降低,鉆井液的使用應(yīng)在確保井壁力學(xué)穩(wěn)定性的同時(shí)提高鉆井液封堵性且使用盡量小的鉆井液密度。本文研究結(jié)果可為預(yù)防頁巖井眼鉆進(jìn)過程中井壁坍塌提供參考。
【圖文】：

［13］在線彈性力學(xué)理論模型基礎(chǔ)上，考慮地層孔隙壓力、滲透性等因素對(duì)頁巖井壁穩(wěn)定做了進(jìn)一步分析。然而，目前尚缺乏頁巖層理產(chǎn)狀對(duì)井眼軌跡優(yōu)化與鉆井液性能要求方面的研究。本文通過將井周應(yīng)力分別轉(zhuǎn)換為基質(zhì)圍巖與弱面上的應(yīng)力，運(yùn)用Jae-ger弱面強(qiáng)度準(zhǔn)則判斷井壁坍塌區(qū)域分布與坍塌壓力大小，最終結(jié)合地層強(qiáng)度弱化規(guī)律分析了頁巖的井壁坍塌周期，研究了最優(yōu)鉆井方位的確定方法及鉆井液封堵性的重要性，為預(yù)防頁巖井眼鉆進(jìn)過程中井壁坍塌提供了技術(shù)支持。1層理性頁巖井周應(yīng)力分析頁巖具有鮮明的層理性特點(diǎn)。圖1為重慶市渝東南地區(qū)志留系龍馬溪組地下頁巖巖心照片，可見其破壞結(jié)構(gòu)面多為層理弱面。因此，可將頁巖等效為層理結(jié)構(gòu)巖石［14-15］，即把頁巖視為巖石基質(zhì)和層理弱面的組合，基質(zhì)與弱面在同樣的地應(yīng)力條件下分別滿足不同的強(qiáng)度判斷標(biāo)準(zhǔn)，所以頁巖井眼(圖2)的井壁穩(wěn)定性分析須針對(duì)頁巖基質(zhì)與弱面分別作研究。圖1重慶市渝東南地區(qū)志留系龍馬溪組頁巖巖心照片F(xiàn)ig．1CoresfromSilurianLongmaxiFormationshaleintheSoutheastzoneofChongqing圖2頁巖地層井眼示意圖Fig．2Wellboredrilledinshaleformation井壁圍巖基質(zhì)與層理弱面的應(yīng)力狀態(tài)影響因素包括原地應(yīng)力狀態(tài)、井眼軌跡、弱面產(chǎn)狀等，表1為涉及到的具體參數(shù)及符號(hào)表示。為推導(dǎo)遠(yuǎn)場地應(yīng)力作用下的圍巖基質(zhì)應(yīng)力與層理弱面應(yīng)力，分別建立如圖3和圖4所示的坐標(biāo)系:大地坐標(biāo)系［X，Y，Z］，X、Y分別對(duì)應(yīng)正北方向、正東方向;地應(yīng)力坐標(biāo)系［XS，YS，ZS］，不考慮主地應(yīng)力的偏斜，則XS、YS、ZS分別對(duì)應(yīng)水平最大地應(yīng)力σH方向、水平最小地應(yīng)力σh方向和上覆巖層壓力σv方向;井眼坐標(biāo)系［x，y，z］，其中x軸對(duì)應(yīng)井眼圓周低邊方

準(zhǔn)則判斷井壁坍塌區(qū)域分布與坍塌壓力大小，最終結(jié)合地層強(qiáng)度弱化規(guī)律分析了頁巖的井壁坍塌周期，研究了最優(yōu)鉆井方位的確定方法及鉆井液封堵性的重要性，為預(yù)防頁巖井眼鉆進(jìn)過程中井壁坍塌提供了技術(shù)支持。1層理性頁巖井周應(yīng)力分析頁巖具有鮮明的層理性特點(diǎn)。圖1為重慶市渝東南地區(qū)志留系龍馬溪組地下頁巖巖心照片，可見其破壞結(jié)構(gòu)面多為層理弱面。因此，可將頁巖等效為層理結(jié)構(gòu)巖石［14-15］，即把頁巖視為巖石基質(zhì)和層理弱面的組合，基質(zhì)與弱面在同樣的地應(yīng)力條件下分別滿足不同的強(qiáng)度判斷標(biāo)準(zhǔn)，所以頁巖井眼(圖2)的井壁穩(wěn)定性分析須針對(duì)頁巖基質(zhì)與弱面分別作研究。圖1重慶市渝東南地區(qū)志留系龍馬溪組頁巖巖心照片F(xiàn)ig．1CoresfromSilurianLongmaxiFormationshaleintheSoutheastzoneofChongqing圖2頁巖地層井眼示意圖Fig．2Wellboredrilledinshaleformation井壁圍巖基質(zhì)與層理弱面的應(yīng)力狀態(tài)影響因素包括原地應(yīng)力狀態(tài)、井眼軌跡、弱面產(chǎn)狀等，表1為涉及到的具體參數(shù)及符號(hào)表示。為推導(dǎo)遠(yuǎn)場地應(yīng)力作用下的圍巖基質(zhì)應(yīng)力與層理弱面應(yīng)力，分別建立如圖3和圖4所示的坐標(biāo)系:大地坐標(biāo)系［X，Y，Z］，X、Y分別對(duì)應(yīng)正北方向、正東方向;地應(yīng)力坐標(biāo)系［XS，YS，ZS］，不考慮主地應(yīng)力的偏斜，則XS、YS、ZS分別對(duì)應(yīng)水平最大地應(yīng)力σH方向、水平最小地應(yīng)力σh方向和上覆巖層壓力σv方向;井眼坐標(biāo)系［x，y，z］，其中x軸對(duì)應(yīng)井眼圓周低邊方向，其投影為井眼軌跡方位線，z軸對(duì)應(yīng)井眼軸線方向;層理面坐標(biāo)系［n，，s，t］，其中n軸對(duì)應(yīng)弱面法向，t軸對(duì)應(yīng)弱面上傾方向。
【作者單位】： 中國石油大學(xué)(北京);中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“裂縫性油氣儲(chǔ)層水力裂縫模擬的有限元方法(編號(hào):11502304)” 中國石油大學(xué)(北京)人才引進(jìn)項(xiàng)目“基于增強(qiáng)有限元方法(A-FEM)的水力壓裂數(shù)值模擬研究(編號(hào):2462013YJRC023)” 青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“深層非常規(guī)儲(chǔ)層巖石斷裂特征研究(編號(hào):C201601)”部分研究成果
【分類號(hào)】：TE21

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本文編號(hào)：2541376