力化耦合作用下的层理性页岩气水平井井壁失稳研究

邓媛 何世明 邓祥华 彭远春 何世云 汤明

邓媛, 何世明, 邓祥华, 彭远春, 何世云, 汤明. 力化耦合作用下的层理性页岩气水平井井壁失稳研究[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(1): 26-33. doi: 10.11911/syztjs.2020010
引用本文: 邓媛, 何世明, 邓祥华, 彭远春, 何世云, 汤明. 力化耦合作用下的层理性页岩气水平井井壁失稳研究[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(1): 26-33. doi: 10.11911/syztjs.2020010
DENG Yuan, HE Shiming, DENG Xianghua, PENG Yuanchun, HE Shiyun, TANG Ming. Study on Wellbore Instability of Bedded Shale Gas Horizontal Wells under Chemo-Mechanical Coupling[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(1): 26-33. doi: 10.11911/syztjs.2020010
Citation: DENG Yuan, HE Shiming, DENG Xianghua, PENG Yuanchun, HE Shiyun, TANG Ming. Study on Wellbore Instability of Bedded Shale Gas Horizontal Wells under Chemo-Mechanical Coupling[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(1): 26-33. doi: 10.11911/syztjs.2020010

力化耦合作用下的层理性页岩气水平井井壁失稳研究

doi: 10.11911/syztjs.2020010
基金项目: 

国家自然科学基金青年基金项目“基于水化进程的泥岩地层井壁坍塌机理研究”(编号:51904260)、四川省科技项目“高温高压裂缝性地层重力置换溢流机理与工业化应用研究”(编号:2018JY0460)以及西南石油大学科研起航计划“泥页岩水化进程与坍塌周期研究”(编号:2017QHZ001)联合资助

详细信息
    作者简介:

    邓媛(1995—),女,四川广汉人,2017年毕业于西南石油大学石油工程专业,在读硕士研究生,主要从事石油工程岩石力学和钻井工程管理方面的工作。E-mail:dengy_aj@cnpc.com.cn

    通讯作者:

    何世明,hesming@sina.com

  • 中图分类号: TE21

Study on Wellbore Instability of Bedded Shale Gas Horizontal Wells under Chemo-Mechanical Coupling

  • 摘要: 针对现有页岩气水平井井壁稳定力化耦合分析大都仅考虑水化作用对岩石强度的影响,鲜有考虑水化应力应变影响的情况,以弹性力学和岩石力学等理论为基础,同时考虑水化作用对岩石力学参数的弱化效应和附加水化应力,建立了力化耦合作用下层理性页岩气水平井井壁坍塌压力预测模型,研究了层理性页岩气水平井井壁失稳机理,分析了影响井壁稳定的因素及影响规律。研究结果表明:存在层理面时,会使坍塌压力大幅升高;沿层理面方位钻进,井壁稳定性最好;当水化时间一定时,坍塌压力随距井壁径向距离增加而降低,水化时间越长,近井壁处易坍塌区域越大;考虑水化应力影响后坍塌压力会大幅升高,在设计钻井液密度时,不能忽略水化应力的影响。研究成果丰富了页岩气水平井井壁失稳理论,对层理性页岩气水平井钻井设计具有指导作用。
  • 图  1  单一弱面剪切失效分析示意

    Figure  1.  Analysis of shear failure on single weak plane

    图  2  坍塌压力求解流程

    Figure  2.  Solution flow of collapse pressure

    图  3  考虑与不考虑水化应变时的坍塌压力当量密度(iw=45°,αw=45°)

    Figure  3.  Equivalent density of collapse pressure with and without considering hydration strain (iw=45°,αw=45°)

    图  4  不同条件下的坍塌压力当量密度

    Figure  4.  Equivalent density of collapse pressure under different conditions

    图  5  不同地应力机制下坍塌压力当量密度随井斜角和方位角的变化规律

    Figure  5.  Variation of equivalent density of collapse pressure with deviation angle and azimuth under different crustal stress mechanisms

    图  6  不同井斜角和方位角下层理面产状对坍塌压力当量密度的影响

    Figure  6.  Effect of bedding occurrence on equivalent density of collapse pressure under different deviation angle and azimuth

    图  7  不同含水量下坍塌压力当量密度随井斜角和方位角的变化规律

    Figure  7.  Variation of equivalent density of collapse pressure with deviation angel and azimuth under different water cut

    图  8  坍塌压力当量密度随水化时间和径向距离的变化规律(i=90°,α=0°)

    Figure  8.  Variation of equivalent density of collapse pressure with hydration time and radial distance(i=90°,α=0°)

  • [1] 陈安明,龙志平,周玉仓,等. 四川盆地外缘常压页岩气水平井低成本钻井技术探讨[J]. 石油钻探技术, 2018, 46(6): 9–14.

    CHEN Anming, LONG Zhiping, ZHOU Yucang, et al. Discussion on low-cost drilling technologies of normal pressure shale gas in the outer margin of the Sichuan Basin[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2018, 46(6): 9–14.
    [2] JAEGER J C, COOK N G W, ZIMMERMAN R. Fundamentals of rock mechanics[M]. Boston: Wiley-Blackwell, 2007.
    [3] 刘向君,丁乙,罗平亚,等. 钻井卸载对泥页岩地层井壁稳定性的影响[J]. 石油钻探技术, 2018, 46(1): 10–16.

    LIU Xiangjun, DING Yi, LUO Pingya, et al. The impact of drilling unloading on wellbore stability of shale formations[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2018, 46(1): 10–16.
    [4] 梁利喜,刘向君,许强. 发育有切割井眼结构面的井壁稳定性评价研究[J]. 石油钻探技术, 2007, 35(3): 27–29. doi:  10.3969/j.issn.1001-0890.2007.03.008

    LIANG Lixi, LIU Xiangjun, XU Qiang. Study on evaluation of wellbore stability in wells with structural planes[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2007, 35(3): 27–29. doi:  10.3969/j.issn.1001-0890.2007.03.008
    [5] 刘向君,陈一健,肖勇. 岩石软弱面产状对井壁稳定性的影响[J]. 西南石油学院学报, 2001, 23(6): 12–13.

    LIU Xiangjun, CHEN Yijian, XIAO Yong. Effect of weak’ plane dip angle and dip azimuth angle on wellbore stability[J]. Journal of Southwest Petroleum Institute, 2001, 23(6): 12–13.
    [6] 洪国斌,陈勉,卢运虎,等. 川南深层页岩各向异性特征及对破裂压力的影响[J]. 石油钻探技术, 2018, 46(3): 78–85.

    HONG Guobin, CHEN Mian, LU Yunhu, et al. Study on the anisotropy characteristics of deep shale in the Southern Sichuan Basin and their impact on fracturing Pressure[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2018, 46(3): 78–85.
    [7] LIANG Chuan, CHEN Mian, JIN Yan, et al. Wellbore stability model for shale gas reservoir considering the coupling of multi-weakness planes and porous flow[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2014, 21(21): 364–378.
    [8] 温航,陈勉,金衍,等. 硬脆性泥页岩斜井段井壁稳定力化耦合研究[J]. 石油勘探与开发, 2014, 41(6): 748–754. doi:  10.11698/PED.2014.06.16

    WEN Hang, CHEN Mian, JIN Yan, et al. A chemo-mechanical coupling model of deviated borehole stability in hard brittle shale[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(6): 748–754. doi:  10.11698/PED.2014.06.16
    [9] 马天寿,陈平. 层理性页岩水平井井壁稳定性分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2015, 46(4): 1375–1383. doi:  10.11817/j.issn.1672-7207.2015.04.027

    MA Tianshou, CHEN Ping. Analysis of wellbore stability for horizontal wells instratification shale[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2015, 46(4): 1375–1383. doi:  10.11817/j.issn.1672-7207.2015.04.027
    [10] 马天寿,陈平. 层理页岩水平井井周剪切失稳区域预测方法[J]. 石油钻探技术, 2014, 42(5): 26–36.

    MA Tianshou, CHEN Ping. Prediction method of shear instability region around the borehole for horizontal wells in bedding shale[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2014, 42(5): 26–36.
    [11] 马天寿, 陈平. 页岩层理对水平井井壁稳定的影响[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(5): 97–104. doi:  10.11885/j.issn.1674-5086.2013.06.30.03

    MA Tianshou, CHEN Ping. Influence of shale bedding plane onwellbore stability for horizontal wells[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2014, 36(5): 97–104. doi:  10.11885/j.issn.1674-5086.2013.06.30.03
    [12] 覃园圆.泥页岩水化对井壁稳定性影响研究[D].西安: 西安石油大学, 2014.

    QIN Yuanyuan. Effects of hydraulic on shale formation wellbore stability[D]. Xi’an: Xi’an Shiyou University, 2014.
    [13] YEW C H, CHENEVERT M E, WANG C l, et al. Wellbore stress distribution produced by moisture adsorption[J]. SPE Drilling Engineering, 1990, 5(4): 311–316. doi:  10.2118/19536-PA
    [14] 黄荣樽,陈勉,邓金根,等. 泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合研究[J]. 钻井液与完井液, 1995, 12(3): 18–24.

    HUANG Rongzun, CHEN Mian, DENG Jingen, et al. Study on shale stability of ellbore by mechanics coupling with chemistry method[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 1995, 12(3): 18–24.
  • [1] 王志远, 黄维安, 范宇, 李萧杰, 王旭东, 黄胜铭.  长宁区块强封堵油基钻井液技术研究及应用, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2021039
    [2] 刘天恩, 张海军, 袁光杰, 李国韬, 阴启武, 陈斐.  沧东凹陷页岩油水平井优快钻井技术, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2020127
    [3] 王建龙, 冯冠雄, 刘学松, 郭瑞, 高学生, 霍阳.  长宁页岩气超长水平段水平井钻井完井关键技术, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2020086
    [4] 彭兴, 周玉仓, 龙志平, 张树坤.  南川地区页岩气水平井优快钻井技术进展及发展建议, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2020057
    [5] 李传武, 兰凯, 杜小松, 韩明甜, 刘春林.  川南页岩气水平井钻井技术难点与对策, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2020055
    [6] 林永学, 甄剑武.  威远区块深层页岩气水平井水基钻井液技术, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2019022
    [7] 邓富元, 何世明, 赵转玲, 汤明, 李恒.  逆流自吸效应对页岩油储层坍塌压力的影响研究, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2018138
    [8] 陈安明, 龙志平, 周玉仓, 王彦祺, 彭兴, 曹华庆.  四川盆地外缘常压页岩气水平井低成本钻井技术探讨, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2018127
    [9] 刘向君, 丁乙, 罗平亚, 梁利喜.  钻井卸载对泥页岩地层井壁稳定性的影响, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2018005
    [10] 杨海平.  涪陵平桥与江东区块页岩气水平井优快钻井技术, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.2018071
    [11] 宋争.  涪陵江东与平桥区块页岩气水平井井眼轨迹控制技术, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.201706003
    [12] 刘旭礼.  井下微地震监测技术在页岩气“井工厂”压裂中的应用, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.201604018
    [13] 刘彪, 潘丽娟, 张俊, 白彬珍, 李双贵.  顺北区块超深小井眼水平井优快钻井技术, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.201606002
    [14] 黄进, 吴雷泽, 游园, 黄晓凯, 聂彬, 张辉.  涪陵页岩气水平井工程甜点评价与应用, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.201603003
    [15] 沈国兵, 刘明国, 晁文学, 张金成.  涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.201602002
    [16] 程万, 金衍, 卢运虎.  超深井侧钻段泥岩井壁失稳分析, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.201406011
    [17] 牛新明.  涪陵页岩气田钻井技术难点及对策, 石油钻探技术. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2014.04.001
    [18] 马天寿, 陈平.  层理页岩水平井井周剪切失稳区域预测方法, 石油钻探技术. doi: 10.11911/syztjs.201405005
    [19] 周贤海.  涪陵焦石坝区块页岩气水平井钻井完井技术, 石油钻探技术. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.05.005
    [20] 王显光, 李雄, 林永学.  页岩水平井用高性能油基钻井液研究与应用, 石油钻探技术. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.02.004
  • 加载中
图(8)
计量
  • 文章访问数:  753
  • HTML全文浏览量:  253
  • PDF下载量:  80
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-09
  • 修回日期:  2019-12-10
  • 网络出版日期:  2020-01-09
  • 刊出日期:  2020-01-01

目录

    /

    返回文章
    返回