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春晓气田群定向井井壁稳定性研究

专 业: 油气井工程
关键词: 定向井 井壁稳定 岩石力学 地应力 测井解释 钻井液密度
分类号: TE21
形 态: 共 122 页 约 79,910 个字 约 3.822 M内容
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内容摘要


随着石油工业的发展,定向钻井技术在石油钻探工程中的应用也在迅速增加,因此,研究定向井井壁稳定将具有非常重要的意义。

与直井不同,定向井井壁稳定性随井斜角和相对方位角*的变化而不同;然而,从直井井壁稳定性分析出发的各种地层坍塌压力和地层破裂压力的计算公式都没有考虑井斜角、相对方位角等因素对井壁稳定性的影响。

春晓气田群大量的定向井钻井任务迫切要求做好该区定向井井壁稳定性研究,以确保后续定向井钻井施工的顺利进行。

本文针对定向井井壁稳定问题,从力学方法分析井壁应力分布入手,建立了斜井井壁稳定力学模型。

与常规的地层坍塌压力和破裂压力计算公式不同,该模型从应力分析和岩石强度参数着手,结合Mohr-Coulomb准则进行井壁稳定性判断。

由于模型考虑了具体地层的岩石强度参数、地应力状态以及井眼的空间位置,所以,提高了地层坍塌压力和破裂压力的计算精度。

在此模型的基础上,本文分析了在不同地应力状态下井壁稳定性与井斜角、相对方位角、地层孔隙压力以及地层岩石力学特性等参数之间的相互关系;并根据春晓气田群实际情况研究了该区定向井井壁稳定性的规律与特点,提出了有利于该区井壁稳定的钻井优化设计建议。

同时,根据所建立的模型和工区基础参数的研究结果设计出了定向井安全泥浆密度计算方法。

在研究地层孔隙压力计算方法中,本文从压实理论和有效应力理论出发,对等效深度法预测地层孔隙压力公式作了合理修正。

修正后的等效深度法考虑了Biot弹性系数η对地层孔隙压力的影响,同时推导出地层正常压实趋势线公式为In△t-△t<,ma>=aH+b,而非ln△t=aH+b。

通过计算实例分析,该修正计算模型具有和Eaton法计算地层压力相近的结果,将该方法应用于研究工区,计算结果优于一般等效深度法。

在地应力的计算中,本文结合地层破裂压力试验和测井资料精确计算地应力大小和方向,为力学模型计算安全泥浆密度提供了全井段的连续地应力剖面。

室内试验计算地应力费用昂贵,且只能得到取芯深度点的地应力值;通过井壁应力崩落椭圆长短轴计算地应力误差又很大,且还受到非应力崩落井眼变形的严重影响;本文使用地层破裂压力试验和测井资料处理相结合的方法计算地应力具有简单、方便,且输出数据连续、可靠的优点。

最后,本文使用测井资料计算了研究工区地层岩石力学参数、地应力、地层孔隙压力,还结合工区多井解释结果研究了各参数的横向分布规律;并根据己设计的定向井轨迹数据,成功地完成了该区多口定向井钻井安全泥浆密度设计……

全文目录


摘要
1 绪论
1.1 问题的提出及研究目的与意义
1.1.1 问题的提出
1.1.2 研究目的及意义
1.2 国内外井壁稳定研究概况
1.2.1 国外井壁稳定研究概况
1.2.2 国内井壁稳定研究概况
1.3 本文研究内容思路和创新点
1.3.1 本文主要研究内容与思路
1.3.2 本文的主要创新点
2 研究工区概况
2.1 区域地质概况
2.2 工区勘探历史
2.3 工区测井概况
2.4 开发钻井计划
3 地层孔隙压力计算研究
3.1 地层孔隙压力
3.1.1 地层孔隙压力概念
3.1.2 异常地层压力
3.2 预测地层孔隙压力基础
3.2.1 预测地层孔隙压力的基础理论
3.2.2 上覆岩层压力
3.3 地层孔隙压力预测方法研究
3.3.1 预测地层孔隙压力Pp的常用方法
3.3.2 地层压力预测新方法研究
3.3.3 地层压力横向分布规律研究
4 地应力计算研究
4.1 地应力成因及特点
4.2 地应力测量的基本原理
4.2.1 直井井壁应力状态分析
4.2.2 水力压裂法计算地应力
4.3 测井资料计算水平地应力大小和方向研究
4.3.1 结合水力压裂试验提高测井计算地应力的精度
4.3.2 使用多臂井径仪测量地应力方向
5 岩石力学参数计算研究
5.1 钻井岩石力学参数概念及特点
5.1.1 钻井岩石力学参数概念
5.1.2 地层岩石力学参数的特点
5.2 基于测井资料计算地层岩石力学参数研究
5.2.1 测井资料的垂深校正
5.2.2 岩石物性参数计算
5.2.3 岩石力学参数计算
6 定向井地层坍塌压力和破裂压力研究
6.1 定向井井眼力学模型
6.1.1 基本假设
6.1.2 井壁围岩的应力分布
6.2 定向井地层坍塌压力分析
6.2.1 剪切破坏判断准则
6.2.2 井壁各向岩石的抗剪切破坏稳定性
6.2.3 不同地应力条件下地层的坍塌压力变化规律
6.3 定向井地层破裂压力分析
6.3.1 破裂压力计算模型
6.3.2 井壁各向岩石的抗拉伸破裂稳定性
6.3.3 不同地应力条件下地层的破裂压力变化规律
6.4 地层特性对安全泥浆密度范围的影响规律
6.4.1 岩石内聚强度C对安全泥浆密度窗的影响
6.4.2 岩石抗张强度St对安全泥浆密度窗的影响
6.4.3 岩石泊松比μ对安全泥浆密度窗影响
6.4.4 岩石内摩擦角φ对安全泥浆密度窗影响
6.4.5 岩石毕奧特系数η对安全泥浆密度窗的影响
6.4.6 地层孔隙压力P_P对安全泥浆密度窗的影响
6.4.7 水平地应力对安全泥浆密度窗的影响
6.5 钻井安全泥浆密度的最终确定
7 春晓气田群井壁稳定分析与定向井泥浆密度预测
7.1 测井资料预处理
7.1.1 测井资料垂深校正
7.1.2 煤层识别
7.2 岩石力学参数计算
7.3 地层孔隙压力计算
7.4 地应力计算
7.4.1 水平地应力大小计算
7.4.2 水平地应力方向计算
7.5 春晓气田群定向井井壁稳定性特点
7.6 定向井安全泥浆密度设计实例
7.6.1 TWT-A1井钻井安全泥浆密度设计
7.6.2 TWT-A2井钻井安全泥浆密度设计
8 结论与建议
8.1 主要结论
8.2 本文存在的问题及建议
附录
参考文献

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中图分类: > TE21 > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 钻井工程 > 钻井理论

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