煤层井壁稳定的时间延迟效应探讨-IngentaConnect
C02 井壁稳定问题
第二章井壁稳定问题引言在所有钻井作业中，保持井壁稳定都非常关键。
从最轻的情况讲，不稳的井壁会妨碍钻井作业；最严重的情况时，由于井壁垮塌不得不弃井。
井壁失稳可能是力学原因、化学原因或者二者的结合引起的。
简单的讲，力学影响因素通常与泥浆比重(太高或太低)或者钻进参数(钻速、扭矩和摩阻以及起下钻次数)有关；化学影响因素与泥浆类型有关(不适当的泥浆类型或对地层的抑制性不够)。
下面几节将详细阐述并给出在设计、执行和钻进作业阶段中尽量防止井壁失稳的措施。
常见错误观点在详细阐述井壁稳定问题之前，一些普遍的错误观点必须加以排除。
许多钻井行业的人深信，只是为了井控目的才对泥浆比重提出要求。
他们通常认为井眼坍塌只不过是钻进中泥浆比重不够所致。
因此，这种观点认为：井控中常用的正压钻进可以同时满足井壁稳定。
这种观点背后的逻辑有破绽。
弱地层可能需要附加1000psi的正压以防止井眼坍塌，而一些泥灰岩可以采用欠平衡压力通畅地顺利钻进。
一个很普遍的假定是增加泥浆比重总是可以解决井眼的稳定问题。
这并不全对。
增加泥浆比重有可能使问题更复杂。
例如，在裂缝地层中容易发生快速的失稳，而在许多孔隙性岩石地层中，较高的滤失和较厚的泥饼会引起压差卡钻。
许多人深信使用油基泥浆可以防止钻泥岩段的任何复杂情况。
但是如果泥浆比重或水相矿化度不合适时，井壁失稳仍会发生。
值得重新认识的一点是，泥浆体系的那些基于理论模型得到的推荐值对任何有责任心的人来说都是不可靠的，它们经常需要“修正”以得到准确实用的泥浆比重。
经验是另一个较好的准则。
处理井眼扩大时，人们常常把重点过于放在环空返速上。
实际上减少API失水、提高抑制性和采用正压常常比减低环空返速更有效。
井壁失稳机理------机械方面非胶结地层这种类型的地层通常都是在井眼上部，但也可能在断裂地区和非胶结油藏地层中遇到。
非胶结地层没有粘结强度，故当用清洁的钻井液钻进时不能给井壁提供围压，这类地层就会垮塌进入井筒。
鹤岗煤田煤层气井井壁稳定性研究
鹤岗煤田煤层气井井壁稳定性研究摘要：煤层气井近井壁的裂纹受到地应力和裂纹应力的双重影响，极易扩展失稳造成井壁坍塌。
文章利用断裂力学方法，考虑煤层气井井壁的特殊失稳机理，分析了裂纹的类型和尖端应力场等因素，求解直井近井壁张开型裂纹的应力强度因子，建立了煤层气井井壁稳定评价模型。
应用该模型结合鹤煤1井的实际情况确定了该井煤层段的合理的钻井液密度窗口。
关键词：煤层气井；应力强度因子；井壁稳定；近井壁裂纹；尖端应力场中图分类号：td823 文献标识码：a 文章编号：1009-2374（2012）01-0140-03煤岩的机械强度低，存在着互相垂直的天然裂纹，均质性差，导致煤层段井壁极不稳定，在钻井过程中极易发生井壁坍塌、井漏、卡钻等井下事故。
由于煤层的井壁失稳机理异常复杂，导致常规的井壁稳定理论无法适用于煤层气井的井壁稳定机理。
目前对煤层气井井壁失稳的研究还无法满足现场应用的需要，无法正确评估煤层气井井壁稳定。
本文利用断裂力学的方法，考虑煤层气井井壁的特殊失稳机理，分析了裂纹的类型和尖端应力场，求解直井近井壁张开型裂纹的应力强度因子，建立了煤层气井井壁稳定评价模型。
一、煤层气井失稳机理目前对井壁稳定的研究主要从岩石力学角度进行开展。
然而对于煤层，岩石力学方法不再适用，主要体现在：（1）通过常规方法无法确定煤岩的内聚强度，由于煤岩存在天然裂缝，导致煤岩的强度存在尺寸效应；（2）煤岩受到很低的载荷时，裂纹尖端出现应力集中，裂缝扩展也会导致煤层失稳；针对煤层的特点，本文利用断裂力学的方法来分析煤层的失稳问题。
依据断裂力学分析，岩石作为一种典型含有缺陷的脆性材料，其破坏过程实质就是微裂缝产生、扩展及贯通的过程。
当钻遇煤层时，一方面围岩的地应力将重新分布，使得近井壁应力集中；另一方面弥散分布的微裂纹表面受到的应力也将重新分布，裂纹尖端将出现应力集中。
当井壁应力超过围岩的强度时，井壁围岩破坏，进而使得井壁失稳；当裂纹尖端应力超过岩石的断裂韧度时，裂纹会扩展失稳，达到一定条件时造成井壁失稳坍塌。
谈谈定向井井壁稳定问题
谈谈定向井井壁稳定问题从岩石力学、地球物理测井、工程录井、环空水力学和钻井液化学等方面分析定向井井壁稳定问题，以实现对钻井液性能、井身结构及其它工程参数的优化设计。
标签：定向井岩石应力；地层压力；地层破裂压力液柱压力数学模型引言导致井眼出现失稳问题的因素包括天然的原因和人为的原因。
在天然的原因方面包括：地质构造类型和原地应力，孔隙度渗透性及孔除中的流体压力等；在人为的原因方面包括：钻井液的性能，泥页岩化学作用的强弱，钻柱对井壁的摩擦和碰撞等。
导致井眼失稳的最根本因素就是在形成井眼的过程中，井眼四周的应力场、化学力出现了变化，导致井壁应力集中的问题，致使井内钻液的压强不可以和底层的地应力重新建立起平衡的关系。
如果井内的钻井液液柱比坍塌的压力还要低的时候，井壁的岩石就会被破坏，这时候的塑性岩石会对井中产生塑性的流动，最后出现缩径的问题，而脆性的岩石就可能会发生坍塌的问题，导致井径的增大，如果当钻井液的液柱压力要比破裂时压力还要高的情况下，井壁内四周的岩石就会被拉伸导致出现井漏的问题。
此外，钻井液的密度最好是让井内的液柱和地层孔隙的压力能够互相平衡。
一、井壁应力分布因为上覆岩层的压力不能很好的和井轴重合，原来的水平地应力也就不能和井轴正交，所以井眼四周的岩石在切向正应力与法相正应力的共同作用之下处在三维应力的情况之下。
不仅正压力作用在井轴垂直平面井壁四周的岩石，剪应力也作用在井轴垂直平面与岩石之上，它们都严重的影响着井壁岩石的形态，对井壁岩石有破坏作用。
二、井壁岩石破坏准则当前许多人为拉伸断裂的机制操纵着地层的压裂情况，也就是说，如果当一个有效的主应力的大小能够与岩石拉伸的强度值相同时就会发生底层破裂的情况。
三、岩石强度参数的确定为了能够对全井段进行连续预测，仅凭室内岩心试验是不够的。
而要充分利用相关的间接资料，其中最完整的莫过于测井资料。
因此，将测井资料的处理与岩心试验结合起来，确定所需要的地层参数。
泾河油田延安组煤层特性与井壁失稳机理
泾河油田延安组煤层特性与井壁失稳机理泾河油田是我国重要的油田之一，该油田延安组煤层的开采一直是该油田开发的一个重点。
然而，在延安组煤层开采过程中，井壁的失稳问题频繁出现，给采油作业带来了不小的困扰。
本文通过对泾河油田延安组煤层特性和井壁失稳机理进行深入研究，旨在寻找井壁失稳的原因，并提出相应的解决方案，以保证采油作业的顺利进行。
一、泾河油田延安组煤层特性泾河油田延安组煤层是位于陕西延安地区的上古生界，是一种古陆沉积岩系，主要由泥岩、砾岩和煤层组成。
其中煤层是该油田主要的勘探和开采对象。
根据研究，泾河油田延安组煤层具有以下特性：1.煤层含水量高。
由于层内水分较多，煤层的强度和稳定性较差，容易发生失稳。
2.煤质相对较软。
延安组煤层属于软煤系列，密度低、含矿物质较少，因此强度相对较低。
3.煤层厚度变化较大。
延安组煤层属于不规则厚度分布，厚度在1-20米之间，因此在不同地段的开采难度也不同。
二、井壁失稳机理井壁失稳是指在钻井过程中，井壁失去稳定，导致土层暴露或井口塌陷的现象。
在泾河油田延安组煤层开采过程中，井壁失稳问题十分常见。
经过研究，我们认为井壁失稳的机理主要有以下方面：1.煤层含水率高导致的井壁稳定性差。
因为煤层中含水量高，影响了泥岩的结实度和黏着力，以及井壁的稳定性。
2.井壁钻掘时设备运作不当引起的井壁失稳。
在钻井过程中，如果设备的振动和旋转力度过大，会使得井壁受力不均，进而导致井壁的破坏和失稳。
3.煤层地质结构复杂造成的井壁易失稳。
泾河油田延安组煤层地质结构十分复杂，由于断层和褶皱的存在，不同地段的地质不同，难以预估井壁的稳定状态。
三、解决方案为了解决井壁失稳问题，我们提出以下几点建议：1.加强煤层的采前勘探，了解不同地段地质情况，在钻井前充分评估井壁稳定性，确定合适的井壁钻掘方式和设备参数。
2.优化钻井参数，调整振动和旋转力度，保证井壁受力均匀，减少井壁的破坏和失稳现象的发生。
3.增加支撑材料，加强井壁的稳定性。
6-、井壁稳定性解析
[1] ( Max
Pp ) ( Min
Pp
)1 1
Sin Sin
[c ]
2cCos 1 Sin
则井壁稳定性系数：
K
[ 1] [ c ]
[c]为岩石允许承载的能力，[1]为岩石实际承受载荷。 当K>1时，井眼发生塑性变形；
当K＝1时，岩石处于极限平衡态;
当K1时，井壁稳定。
井壁稳定性判别模型
P
( H
h ) (1
2
R 2 ) ( H
r2
h ) (1 3R4 ) cos2
2
r4
[
(1
2
)
2(1 )
(1
R2 r2
)
](P
Pp
)
h min
A
A
h max
井壁稳定性判别模型 Mohr-coulomb准则--剪切破坏判别准则
Shear Stress Shear Stress
q´
井壁失稳的表现形式
井 壁 不稳定
漏失
缩径 、扩 径
张性破裂
剪切破坏 盐岩蠕变 泥岩水化膨胀
•井眼周围岩石所受载荷不平衡引起
井壁稳定性原理
原地应力状态 力学本构方程
井眼周围地层的受力状态
强度判
井
别准则
壁
井眼周围地层能够承受的力
稳 定
岩石的强度
井眼周围地层应力状态
意义？
井壁稳定性分析及安全泥浆密度窗 口的确定基础
井 壁 失 稳 常 见 力 学 模 式
(a) z r
(b) z r
(c) z r
(d) r z
(e) r 且 t
(f) r 且 r t
浅谈煤层气井固井存在的问题及技术措施
111浅谈煤层气井固井存在的问题及技术措施温晓桐（山西省地质矿产研究院，山西 太原 030001）摘 要：近年来，我国对煤层气的抽采工作给予很大的政策支持和资金援助，但是我国煤层气的整体开发进度远远低于国家相关政策规划要求，距离世界发达国家之间还有很大一段差距，远远不足于西方发达国家的平均水平。
其中的原因有很多，最主要的就是在对煤层气进行抽采和使用过程中存在着许多技术性难题，这些技术问题直接制约着我国煤层气的开发进程。
本文主要对煤层气井在固井过程中存在的问题进行讨论，并提出一些相应的技术措施。
关键词：煤层气；固井技术；问题研究中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1003-5168(2015)-12-0111-1煤层气产生于煤层形成过程中，其中甲烷的含量占据了煤层气的绝大部分，因此，煤层气是一种可再生的清洁能源。
我国煤层气储存量十分丰富，但是整体的抽采作业还处于起步状态，与西方发达国家相比还有很大一段距离。
其中一方面与国家的政策制度有关，另一方面与煤层气抽采技术有关。
近年来，我国大力鼓励支持发展煤层气开发有非常重要的政策支持。
另外，由于煤层气处于煤层间隙，在煤矿采煤过程中很难对煤矿工作层的气压进行平衡，因此，在对煤层气进行抽采过程中还面临着诸多问题，还有许多技术问题有待解决。
1 煤层气介绍煤层气又被称为“瓦斯”，通常产生于煤炭产生过程中，据相关数据显示，从泥炭发展到无烟煤的整个过程中，每吨煤都会释放产生出高达50~300立方米的煤层气，煤层气中含量最多的组成成分是甲烷，是一种可再生的清洁能源。
据相关统计，我国煤层气的存储量达到36.8万亿立方米，还有许多煤层气资源还正处于勘探状态。
此外，煤层气的抽采对于保护生态环境、提高社会经济效益具有直接的影响力。
随着我国煤炭工业不断进步，加上国家相关政策的支持力度不断增大，整体矿采规模逐渐增大。
但是我国煤层气抽采的整体效率却很低、利用率也特别低，我国煤层气产业需要在抽取和利用的整个阶段的广度和深度方面都有待发展。
煤层气水平井井壁失稳机理及预防措施
本科毕业设计（论文）题目煤层气水平井井壁失稳机理及预防措施研究学生姓名学号教学院系石油工程学院专业年级石油工程2007级指导教师职称教授单位辅导教师职称单位完成日期2011 年 6 月Southwest Petroleum University Graduation ThesisMechanics of Wellbore Instability and Preventing Measures of Horizontal Well for Coalbed MethaneGrade: 2007Name:Speciality:Petroleum EngineeringInstructor: LI QianPetroleum Engineering College2011-6摘要井壁失稳问题是限制水平井在煤层气开发中大规模应用的最主要因素之一。
煤层割理和裂缝非常发育，机械强度低，因此在煤层中钻进时风险极高。
当使用清水做钻井液时井壁极易坍塌并造成井下钻具组合被埋。
特别是水平井，据报道截止2008年1月，沁水地区的水平井有32.65%发生了井壁坍塌。
井壁最容易发生破裂的位置在井壁被面割理和端割理切割处，本文依据已有的井壁应力分布模型推导出井壁任意位置的三向主应力以及最大主应力方向向量，再根据面割理和端割理的空间位置关系得出面割理和端割理的法向向量，计算出割理面法向与最大主应力的夹角，根据摩尔-库伦圆计算出井壁任意位置出现的面割理和端割理的有效正应力和切应力，进而判断面割理和端割理是否会发生剪切破坏。
依据面割理和端割理的有效正应力是否大于零判断其是否会张开即发生井壁破裂。
使用常规大位移井井壁稳定评价方法评价了煤岩基质的稳定性。
根据建立的煤层气水平井井壁稳定性评价模型编制出相应的计算机程序，用数值分析的方法分析各个地质因素以及工程因素对井壁稳定性的影响。
煤层气水平井井壁稳定性受多个因素的影响，要做好井壁稳定工作必须从地质选区、优化井身结构设计、使用合适的钻井液、选用合适的井下工具等方面共同努力。
科学深井井壁稳定性机理分析及方法研究
)((&
)*(
""
!
# (
& &
)&&((
)!((
)*
""
&
式中( 为径向应力 为切向应力(为剪切应力
(为井壁某点距井眼轴线的距离为某点与井眼轴
线的连线与最大水平地应力方向夹角*( 为径来自体积力* 为切向体积力
$!深井井壁失稳本质 深井井壁失稳的本质是深部岩石地层原有应力
岩石的热力学效应十分明显其组成矿物内部 结构等均因温度升高而发生变化产生附加应力出 现裂隙等热应力是由于矿物之间热膨胀的各向异 性和膨胀系数不同而形成的差异性相互作用根据 岩石细观力学理论分析可知当岩石产生的热应力 大于其强度极限时则会萌生新裂纹扩展微裂纹 随着 温 度 不 断 升 高则 会 使 裂 纹 扩 展贯 通 直 至 破裂 #'!!钻井液
钻井轨迹设计钻具组合和钻井参数等均会对 井壁稳定产生影响在深部钻井中需要更换钻头或 下套管时会进行起钻和下钻工作在起下钻的瞬 间井内压力也会出现瞬间降低和升高从而形成抽 吸压力和激动压力抽吸或激动压力会改变井壁原 有应力平衡可能导致井壁劈裂或垮塌钻井倾斜 角方位角及轨迹设计均影响井壁稳定性通常井斜 角越大钻孔就越不稳定还有钻进方法和钻头类 型对井壁稳定也有一定影响深部钻井是人类主动 行为主观采用钻探技术手段打破原有地应力平衡 的过程因此井壁稳定性影响因素又可以简分为客 观因素主观因素和附加因素充分体现了分类的科 学性与人类的技术作用如下表#所示
井壁稳定技术讲座
盐浓度和最佳泥浆密度。
3、发展趋势
国内外大量的室内研究和现场实践表明，泥页岩
井壁稳定性问题是涉及钻井液化学、岩石力学、微观
结构力学、渗流力学、泥岩矿物学以及钻井工艺学等
多门学科的复杂技术难题。综观国外近年来井壁稳定
性研究的现状，不难看出，当代井壁稳定研究的最新
动向主要表现在以下五个方面：
3、发展趋势
仍没有彻底解决。特别是，随着当代大位移钻井技术、 水平井钻井技术、小井眼钻井技术、分枝多底井钻井
技术、软管钻井技术以及欠平衡钻井新技术的运
用．井壁不稳定问题在某些情况下更加突出。
1. 引言
目前，我国东部的大庆、大港、冀东、江苏等油田 以及西部的塔里术等油田都存在井壁不稳定问题。易 发生井壁不稳定的复杂地层主要包括：大段深层复杂
时效和耗资巨大的工程技术难题。据保守统计，全世界每
年因井壁失稳造成的资金浪费高达7—10亿美元。因此， 迫切需要开展泥页岩井壁稳定性机理的深入研究。
1 .引言
井壁失稳的主要类型及防治
防井壁垮塌
防井漏
井 壁 稳 定
泥浆性能
防缩径－卡钻
2.井壁稳定研究现状
井壁失稳机理和预测方法研究主要包括
①经验方法。根据在某地区的钻进经验，找出井壁
1) 井壁稳定性由单方面因素向多方面因素综合分析，
由单一学科向多学科交叉综合研究方向发展
传统的单方面因素分析和利用单一学科理论指导井壁稳定性问题研究是偏面的
。如果只强调和依赖钻井液化学防塌作用，无法确定影响井壁力学稳定性的钻井液
密度合理范围；如果单一强调和依赖井壁宏观岩石力学稳定作用，不考虑钻井液物 理化学的影响，显然就无法着手开展防塌钻井液配方和性能优化研究，也无法准确
井壁稳定的影响因素及预防措施
2061 井壁失稳的因素1.1 物理化学因素对井壁稳定的影响与井壁不稳定有关的物理化学因素主要有泥页岩的水化作用。
泥页岩中一般有伊利石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物成分。
当钻井液中的水吸附在泥页岩中粘土的表面时，岩石会吸水膨胀。
当井眼内钻井液密度较低，泥页岩的膨胀压力达到一定值时，井眼就会被破坏，出现缩径现象；当膨胀压力超过泥页岩的屈服强度时，就会发生水化剥落，井眼扩径等现象[1]。
1.2 地层力学因素对井壁稳定的影响钻井过程就是一个以钻井液代替井眼岩石承受本应由岩石承受的应力的过程。
由于三种大小不同的主应力支撑的岩石被三向应力相同的钻井液所代替，并且一般情况下钻井液所能提供的压力低于三种主应力中最小的应力，因此，井眼的局部应力会发生变化。
这种应力的变化会使井壁岩石发生变形甚至破裂。
从井壁失稳的岩石力学分析出发，任何一口油气井开钻前原地应力就已经存在于地层岩石中。
在未开钻之前，地下岩石受上覆岩层压力、水平地应力以及地层空隙压力的作用而处于平衡状态。
开钻后，钻井液柱压力取代了本来由被钻开岩层提供的支撑而打破了这种平衡，会引起岩石应力的重新分布，如果这种重新分布的应力超过岩石抗压强度或者抗拉强度就会导致井壁失稳。
1.3 钻井液对井壁稳定的影响目前国内外的钻井液技术水平基本上可以满足钻井作业的要求，但仍然面临着很大的问题，其中钻井液对井壁稳定的影响就是其中非常重要的一项，包括膨润土含量、钻井液滤液的侵入量、侵入液的性质、钻井液的造壁性与流变性、钻井液密度、钻井液的性能大起大落。
当钻井液密度和粘度维护不佳，水力参数和流变参数不当时，都极易加剧井壁失稳。
1.4 钻井工艺对井壁稳定的影响由于钻井过程中各个环节都是相互关联的，因此工程方面的因素也会对井壁的稳定性产生影响。
包括井身质量、钻机操作不当、钻井液柱压力降低、卡钻事故、钻具的机械碰撞。
1.5 地层温度对井壁稳定的影响随着现在超深井工艺的日渐成熟，越来越多的井的深度达到几千米甚至上万米，在地层深部温度可达几百摄氏度。
复杂煤层段钻进时的井壁稳定性分析
重 庆科 技学 院学 报 （ 自然科 学 版 ）
２ ０ １ ５年 ８月
复 杂 煤 层 段 钻 进 时 的 井 壁 稳 定 性 分 析
郭 倡 俊 王 煜 孙 爱 生。 唐 汉 林 冯 一
（ １ ．延 长 油 田公 司定边 采 油厂 ，陕 西 榆 林 ７ １ ９ ０ ０ ０；
・
６１ ・
郭倡俊 ， 等： 复杂煤 层段 钻进 时的 井壁稳 定性 分析
２ 煤 层 段 井 壁 失 稳 机 理
煤岩 的 比表 面积 大 ， 具 有 较 强 的 吸水 能力 。钻 完 井作业 过 程 中 ， 液 相 在 正压 差 和 毛 细管 力 的作 用
的强度 准则 适用 于 破 碎体 的强 度 破坏 判 别 ， 其 主 应
碎 带 Ｊ 。破碎 带 作 为 一 个 低 强 度 、 易变形、 透 水 性
ｓ 一 无量 纲试验 常数 ， 岩体 的节理 化 系数 。 当 。 ＞ ＞ 时， 在 最 小 主 应力 方 位 ， 即 ０＝ ９ Ｏ 。 附近将 式 （ ２ ） 代人式 （ １ ） ， 得到 Ｈ ｏ ｅ ｋ—Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ准 则下破 碎岩 体坍 塌压力 当量 密度计 算模 型 ：
失稳 的机理。同时采用 Ｈ ｏ ｅ ｋ—Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ公式模 拟煤 岩的非连续性 ， 计算 某煤层段 的坍塌 密度 ， 并 利用有 限元 软件对计 算 结果加以验证 。研究表 明， 通过 Ｈ ｏ ｅ ｋ—Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ强度准则计算煤层段 坍塌压力 当量密度 的方法安全且有效 。
关键词 ： 煤层 ； 井 壁 稳 定 性 ；Ｈ ｏ ｅ ｋ— Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ强 度 准 则 ； 有 限 元 中图分类号 ： Ｔ ２ ５ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—１ ９ ８ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４— ０ ０ ６ １ 一ｏ ３
煤层井壁稳定的时间延迟效应探讨-IngentaConnect
变化的重要因素,然后利用 FLAC3D 数值方法分析了
1 孔隙压力对煤层井壁稳定的影响
1. 1 孔隙压力对裂纹的受力影响 地层中可能会存在孔隙水㊂ 孔隙水会形成孔隙
1. 2 孔隙压力对煤层割理的受力影响
压力,又称地层压力㊂ 考虑孔隙压力时, 在完整岩块 中,由太沙基于 1963 年建立的有效应力的概念得到 广泛应用㊂ 根据该理论,岩块的任意点应力张量的所 有法向分量在孔隙水压力的作用下将变小,使得莫尔 圆向左移动,更接近材料的破坏包络线㊂ J. A. Hudson 等指出孔隙压力对岩体的影响, 应
(1. 中国石油集团钻井工程技术研究院,北京 100195;2. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083)
屈 平1 ,2 ,申瑞臣1 ,付 利1 可能性及延迟时间,从孔隙压力㊁井壁渗流入手,结合断裂力学 进行了分析㊂ 基于煤层富含割理的特性,分析了孔隙压力对割理的受力影响,表明孔隙压力只影响 割理表面的正应力,不影响其切应力㊂ 结合排采实例,分析了孔隙压力变化对煤岩稳定性的影响, 发现孔隙压力下降会导致煤粉增加㊂ 讨论了欠平衡钻井和过平衡钻井下井壁渗流产生的孔隙压力 变化情况以及由此带来的时间延迟效应㊂ 利用数值方法分析了钻井中流固耦合行为, 通过拟合给 出了孔隙压力随时间变化的关系㊂ 利用断裂力学井壁稳定理论, 定量分析了井壁稳定的时间延迟 效应,给出了具体条件下延迟时间求解公式㊂ 研究表明,在富含割理的煤层中, 井壁的稳定性确实 存在时间延迟效应;孔隙压力变化是时间延迟效应的主因,割理的存在是内因㊂ 关键词:煤层;井壁稳定;时间延迟效应;孔隙压力;断裂力学;流固耦合 中图分类号:TE122 文献标志码:A
Time delay effect on wellbore stability in coal seam
井壁稳定性分析在靖边气田水平井钻井设计中的应用
The Wellbore Stability Application of Horizontal Well Drilling Design in Jingbian Gas Field 作者： 折海成 刘海峰
作者机构： 榆林学院能源工程学院,陕西榆林719000
出版物刊名： 榆林学院学报
页码： 1-4页
年卷期： 2014年 第2期
主题词： 井壁稳定性 坍塌压力 破裂压力 井斜角 方位角
摘要：井壁稳定性问题（即井壁坍塌破裂）会引起系列严重的井下卡钻井漏等事故。
靖边气田在钻井过程中,钻遇的地层当中存在多煤层,井壁稳定性问题十分突出,在该地区水平井钻井设计当中进行井壁稳定性分析有着重要的意义。
分析了井壁围岩应力分布规律并建立地层坍塌（破裂）压力计算模式,根据库仑-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算井壁坍塌（破裂）压力与钻井液安全密度窗口。
通过实验研究分析煤层坍塌压力和破裂压力随井斜角、方位角变化规律,提出合理的方位角优选方案,指导水平井钻井方案设计。
时间延迟对电力系统稳定器性能的影响
逼近 、Bessel函数和拉格朗日多项式等 。在这些方
法中 , Pade逼近 (为书写简便 ,下记为 P ( s) )更为精
确 ,其表达式如下 :
6 P ( s)
l
=
j=0
( l + k - j) ! ·l! · ( - sτ) j j! · ( l - j) !
6k ( l + k - j) ! ·k! · ( sτ) j
0 引言
1 电力系统稳定器设计
自二十世纪 70年代以来 ,许多国家的电力系统 在运行中都发生了低频振荡问题 。随着我国电网大 区互联 ,低频振荡现象也越来越出 [ 1, 2 ] 。应用 PSS 抑制系统低频振荡是一种经济有效的方法 。然而随 着系统规模的扩大 ,振荡往往涉及多个区域 ,系统的 主导振荡模式多为区间振荡模式 。传统的 PSS设计 方法 [ 3～5 ]已经不能达到理想的效果 ,而应用区域间 的广域信号进行控制的效果更好 [ 6～8 ] 。 PMU ( pha2 sor measurement unit)和 WAM S (w ide area measure2 ment system )的出现为获取广域信息提供了新手段 。 文献 [ 9 ]提出了采用广域测量信号实现励磁控制器 区间阻尼控制环节的方法 ,文献 [ 10 ]中提出了一个 两级 PSS的设计方法 ,也能达到很好的效果 。
Δω表示机组的转速差 ,ΔVs 表示 PSS输出信号 。
煤层气钻井井壁稳定机理及钻井液密度窗口的确定
应力增加到一定程度, 弥散分布的微裂纹就会失稳扩 若应力 加大, 则微裂 纹就 会串 接为 宏观裂 纹; 若应力再大则宏观裂纹 就会演化至灾 难性失稳裂 纹, 此时就会造成井壁的失稳 ( 图 1) 。对于含弥散分 布裂纹的地层, 井壁失稳破坏就只有后 3 个环节。对于 节理煤层而言, 相比常规的含裂纹地层如碳酸盐岩地 层, 裂纹更加发育。煤层中存在大量相互正交的面割理 和端割理( 统称为微裂纹) , 微裂纹之间基本处于贯通状 态。因此, 煤层井壁失稳破坏只有后两个环节[ 8] 。
64
天
然
气
工
业
2010 年 10 月
煤层气钻井井壁稳定机理及钻井液密度窗口的确定
屈平 申瑞臣
中国石油钻 井工程技术研究院
屈平等 . 煤层气钻井井壁稳定机理及钻井液 密度窗口的确定 . 天然气工业 , 2010, 30( 10) : 64 68. 摘 要 在煤层中钻井时 , 保持井壁的稳定具有重要 意义 。为 此 , 利用有限元软件分析了近井壁裂纹 尖端的受力 状 况 , 比较了尖端与井壁两处应力集中的情况 , 结果表明 , 裂 纹尖端受力 高于井壁的 应力集中 约一个 数量级 。 从 断裂力 学 的角 度 , 研究了近井壁裂纹的扩展 , 分析了裂纹扩展在节理煤岩井壁失稳中所起的作用 , 讨论了裂纹表面闭合 、 孔隙压 力 及井壁渗透性等因素对井壁失稳的影响 。 利用经典断裂力学理论 即应力强 度因子理论 和最大周 向应力 准则 , 对近井 壁 的裂纹进行了抽象建模 , 建立了煤岩井壁失稳的 判据 。根 据失稳判据 , 提出拉 剪破坏压力 和压剪 破坏压 力的概 念 , 两 者 分别 为节理煤层钻井液密度窗口的上下临界值 , 两者之间 为井壁稳定 , 两者之外便是井壁失稳 。 利用山西 沁水盆地的 岩 心数据及现场钻井资料进行 了实 例计 算 , 基于 常规 岩石 力学 方法 求出 的破 裂压 力和 坍 塌压 力 分别 为 19. 1 M Pa、 6. 4 M Pa, 而用所建立的方法得到的上下临界压力为 18. 1 M Pa、 7. 6 M Pa。 由此证明了所建立的方法得到的密 度窗口小于前 者 , 与实际情况更加相符 。 关键词 断裂力学 节理煤层 井壁稳定 应力强度因子 钻井液密度窗口 DOI: 10. 3787/ j. issn. 1000 0976. 2010. 10. 016
探讨油田深井井壁稳定问题
探讨油田深井井壁稳定问题[摘要]随着我国油气勘探开发不断向深部地层发展，深井、超深井的钻探规模日益扩大，深井、超深井的快速钻井技术已被列入技术攻关范围。
本文探讨了某油田深井失稳的形式和失稳的原因，对提高钻井速度有重要意义。
[关键词] 深井井壁失稳石油钻井的对象是地壳岩石，钻井过程中所面临的主要技术难题是岩石的可钻性和井壁稳定性。
两者决定着钻井工程的成败或效益。
某油田自1964年建厂至今钻井过程中始终面临这两大问题的困扰。
目前，油田发展逐渐向深层和滩海区域转移，深井和大位移井数量随之增多，而在深井钻井中由于其钻遇的地质层系多，岩性变化频繁，地层可钻性差，裸眼浸泡时间长，因此深层井壁稳定问题更显得突出。
据不完全统计，在已完成的深井中70%～80%的事故是由于井壁失稳所致。
井壁失稳不仅在大港油田深井钻井中存在，在中国其他各油田乃至世界许多油田都存在，并且一直没有得到很好解决。
据美国资料统计，全世界石油钻井工程每年仅井壁失稳一项就损失费用8～10亿美元，约占钻井总成本的10%。
所以世界上各大公司都把控制井壁稳定技术作为重点课题进行研究。
1井壁失稳的形式井壁失稳问题，从广义上讲包括脆性泥页岩、低强度砂岩的井壁坍塌、塑性泥页岩井壁的缩径和粘弹性变形以及一些岩层在钻井液压力作用下的破裂。
井壁失稳一般表现为坍塌（扩径）、缩径、破裂。
井壁坍塌是井壁失稳中最为常见的形式。
某油田曾对各区块钻井事故进行统计说明，约有70%的区块井壁失稳是岩层坍塌和掉块。
最为典型的是Fa井，在3440～3650m东营底和沙一上段地层，因事故连续5次注水泥浆打塞，共注99.2m水泥浆，经计算该井段平均井径为888mm，约是钻头直径的4倍，最大井径处达到1.5m。
缩径经常发生在易水化膨胀的泥页岩地层，在钻井过程中其主要表现形式为：起钻遇卡拔活塞、下钻遇阻划眼。
如某油田700～2000m明化镇地层。
井壁破裂常出现在裂缝或胶结差甚至无胶结物的破碎性地层。
钻井中井壁不稳定因素浅析
钻井中井壁不稳定因素浅析摘要：钻进生产中井壁失稳最为常见，机理复杂，难于预防。
对井壁失稳机理重新认识，为井壁稳定技术对策提供依据。
关键词：井壁不稳定；水化膨胀；坍塌压力井壁不稳定是指钻井或完井过程中的井壁坍塌、缩径、地层压裂三种基本类型，是影响井下安全的主要因素之一。
一、井壁不稳定地层的特征钻井过程中所钻遇的地层，如泥页岩、砂质或粉砂质泥岩、流砂、砂岩、泥质砂岩或粉砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等均可能发生井壁不稳定。
但井塌大多发生在泥页岩地层中，约占90%以上。
缩径大多发生在蒙皂石含量高含水量大的浅层泥岩、盐膏层、含盐膏软泥岩、高渗透性砂岩或粉砂岩、沥青等类地层中。
二、坍塌地层的特征井塌可能发生在各种岩性、不同粘土矿物种类及含量的地层中；但严重井塌往往发生在具有下述特征的地层中：（1）层理裂隙发育或破碎的各种岩性地层；（2）孔隙压力异常泥页岩；（3）处于强地应力作用地区；（4）厚度大的泥岩层；（5）生油层；（6）成岩第一或第二脱水带；（7）倾角大易发生井斜的地层；（8）含水量高的泥岩或砂岩、粉砂岩等。
三、井壁不稳定实质是力学不稳定问题井壁不稳定根本原因是钻井液作用在地层的压力地层破裂压力，从而造成井壁岩石所受的应力超过岩石本身强度，引起井壁不稳定。
钻井液与地层所发生物理化学作用，最终均因造成地层坍塌压力增高和破裂压力降低，而引起井壁不稳定。
四、井壁失稳原因探讨1.力学因素地层被钻开之前，地下的岩石受到上覆压力、水平方向地应力和孔隙压力的作用下，处于应力平衡状态。
当井眼被钻开后，井内钻井液作用于井壁的压力取代了所钻岩层原先对井壁岩石的支撑，破坏了地层和原有应力平衡，引起井壁周围应力的重新分布；如井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏，对于脆性地层就会发生坍塌，井径扩大；而对于塑性地层，则发生塑性变形，造成缩径。
我们把井壁发生剪切破坏的临界井眼压力称为坍塌压力，此时的钻井液密度称为坍塌压力当量钻井液密度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Time delay effect on wellbore stability in coal seam
(1. Drilling Research Institute,China National Petroleum Corporation,Beijing 100195,China;2. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083,China)
QU Ping1,2 ,SHEN Rui-chen1 ,FU Li1,2 ,WANG Zi-jian2
Abstract:In order to predict the probability and the delaying time of borehole collapse in coal seam after drilling, analysis was accomplished from the view of pore pressure and seepage combining with fracture mechanics. Based on the characteristic that cleats were abundant in coal seam,the influence of pore pressure on stresses of cleats was analyzed,indicating that pore pressure only influences the normal stresses of cleat surface and has no impact on the tanstability of coal rock was analyzed,indicating that contents of coal fines in drained water increases as pore pressure degential shear stresses. Using the data from field production in a CBM well,the influence of pore pressure changes on creases. Pore pressure changes due to seepage in underbalanced drilling or overbalanced drilling and the time delay effect due to the pore pressure changes were discussed. The fluid-solid coupling during drilling was numerically simuposed by means of borehole stability theory in fracture mechanics. The study demonstrates that the time delay effect exwhile cleats are the internal cause. Key words:coal seam;wellbore stability;time delay effect;pore pressure;fracture mechanics;fluid-solid coupling 在煤层中钻井发现, 原本稳定的井眼, 经过一段 时间后,常会发生井壁垮塌事故, 本文把这种现象定 义为井壁稳定的延迟效应㊂ 通过反复的研究,发现延 迟效应就是不稳定流下的流固耦合产物, 与孔隙压 lated,and the relationship between pore pressure and time was fitted. On the basis of the above researches,the time delay effect on borehole stability was analyzed quantitatively and the equation for computing the delaying time was ists absolutely in borehole stability in coal seams. The pore pressure changes are the main factor on time delay effect,
(1. 中国石油集团钻井工程技术研究院,北京 100195;2. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083)
屈 平1 ,2 ,申瑞臣1 ,付 利1 ,2 ,王子健2
摘 要:为预测煤层井壁钻后垮塌的可能性及延迟时间,从孔隙压力㊁井壁渗流入手,结合断裂力学 进行了分析㊂ 基于煤层富含割理的特性,分析了孔隙压力对割理的受力影响,表明孔隙压力只影响 割理表面的正应力,不影响其切应力㊂ 结合排采实例,分析了孔隙压力变化对煤岩稳定性的影响, 发现孔隙压力下降会导致煤粉增加㊂ 讨论了欠平衡钻井和过平衡钻井下井壁渗流产生的孔隙压力 变化情况以及由此带来的时间延迟效应㊂ 利用数值方法分析了钻井中流固耦合行为, 通过拟合给 出了孔隙压力随时间变化的关系㊂ 利用断裂力学井壁稳定理论, 定量分析了井壁稳定的时间延迟 效应,给出了具体条件下延迟时间求解公式㊂ 研究表明,在富含割理的煤层中, 井壁的稳定性确实 存在时间延迟效应;孔隙压力变化是时间延迟效应的主因,割理的存在是内因㊂ 关键词:煤层;井壁稳定;时间延迟效应;孔隙压力;断裂力学;流固耦合 中图分类号:TE122 文献标志码:A
第 36 卷第 2 期 2011 年 2月
文章编号:0253-9993 Βιβλιοθήκη 2011 ) 02-0255-06
JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
煤 炭 学 报
Vol. 36 No. 2 Feb. 2011
煤层井壁稳定的时间延迟效应探讨