小井眼水平井井壁稳定研究
长庆油田苏里格气田区的小井眼水平在钻井过程中，钻遇地层石千峰组以及石盒子组的泥页岩井段井壁失稳问题严重，钻井液安全密度窗口变窄，井壁易坍塌。主要原因在于泥页岩的强水化、脆硬性、层理较发育的特点，井壁容易受到钻井液侵入，导致井眼周围岩石的强度变低，应力状态发生改变，井壁容易出现坍塌、掉块等问题。针对该地区井壁失稳问题，需要准确的预测钻井液安全密度窗口，控制小井眼水平井的钻井液循环当量密度在钻井液安全密度窗口范围内，可以有效解决小井眼水平井井壁失稳问题。本次研究取得了如下的主要成果: （1）本文以长庆油田苏里格气田区现场返回岩心进行室内试验，对岩石进行矿物组分、微观结构、以及理化特性分析，完成X射线衍射试验、SEM、比表面积试验以及阳离子容量交换试验。试验结果表明:该地区坍塌井段岩石的黏土矿物含量较高，且岩石的微裂缝发育，双石组岩石比表面积以及阳离子容量较大，岩石都具有较强的水化能力，其中石千峰组岩石包含膨胀性黏土，水化后易膨胀。 （2）对现场返回的岩心进行岩石力学试验，完成岩石单轴以及三轴抗压强度试验。将室内试验得到的静态弹性参数，和测井数据得到的动态弹性参数进行线性拟合，得到岩石力学动静态弹性参数转换的经验公式，建立测井数据计算岩石力学参数的模型。 （3）首先通过声波测井数据建立正常压实趋势线，利用伊顿法预测地层孔隙压力,并建立地层孔隙压力剖面图，通过声波测井数据结合组合弹簧模式，建立地层的地应力剖面。利用线弹性理论，分析直井段以及水平段井周应力分布，以Mohr-Coulomb强度准则为基础，计算井壁坍塌压力以及破裂压力，通过四口井数据实例分析验证适用于该地区泥页岩井壁稳定的数学模型，得到该地区小井眼水平井钻井液的安全密度窗口。 （4）针对小井眼环空压耗大的问题，通过优选钻井液流变模型，利用赫-巴流变模型对小井眼水平井的ECD进行预测，模型考虑钻柱偏心、钻柱旋转、岩屑床高度对环空ECD的影响。通过实例分析验证该模型的有效性，并对ECD参数的敏感性进行分析，可以调整某些参数如:钻井液排量、钻井液密度等，控制ECD值在安全密度窗口内，保证钻井过程中井筒内压力平衡，对于安全钻井具有一定的作用。 通过以上的分析研究内容，可以对该地区钻井过程中井壁稳定性研究提供一定的理论依据，保证钻井的安全性。
泥页岩;井壁稳定;坍塌压力;破裂压力;钻井液安全密度窗口
西安石油大学
硕士
石油与天然气工程
王萍
2023
中文
TE28
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）