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井眼应力分布模拟及井壁稳定性研究

郭春华  
【摘要】:须家河组气藏地处四川盆地西部川西深坳陷,油气富集,且近期滚动勘探开发取得了重大进展,展现出良好的增储上产前景,是西南油气分公司勘探开发研究院未来几年开发上主攻阵地。但是该地区地质条件复杂,地层温度高,属于深层异常高温、高压、低孔致密—超致密储层。地层岩性差异明显,砂泥岩频繁互层,天然裂缝发育,前期实钻资料显示该区钻井过程中复杂事故频发,常出现漏、塌、涌、卡等异常情况,影响钻进效率。同时针对储层非均质性强的特点,为提高裂缝钻遇率,该地区已经并正在进行水平井的试验开发,由于处于初期,井下复杂情况基本处于未知数,了解井壁失稳的影响因素,从而更好地掌握井壁稳定性技术,防止或预测井下复杂事故,是整个须家河组气藏勘探开发中非常重要的环节。鉴于此,本文以川西须家河组气藏为例,以数学、地球物理科学、地质学、力学、建筑学等多学科知识为理论指导,以数值模拟技术、计算机技术为手段,综合利用地震勘探、油气地质、油气钻井、地球物理测井等资料,深入分析工区岩石力学参数特征的基础上,较系统深入地开展研究区域地应力场模拟、直井和水平井在完整井壁及非完整井壁情况下井壁应力分布特征模拟及井壁稳定性分析研究,取得的研究成果及认识如下: (1)总结岩石力学参数特征研究基本方法的基础上,综合分析研究工区岩心室内实验资料及地球物理测井资料总结岩石力学静、动态特征,依据二者已有参数特征规律建立研究区岩石力学参数动、静态转换模型,并由此推算获得研究区未测岩石力学参数特征作为区域应力场模拟和井壁稳定性分析基础数据。 (2)综合利用地应力直接测量和间接测量资料,考虑区域震源机制、断层构造活动特征的基础上,建立研究区目的层分岩性地质力学模型,用有限元数值模拟技术反演分析研究区域地应力场大小和方向的分布特征,并和其他方法获得的地应力特征作比较,获得研究区域目的层段地应力总体分布特征并以此为后面井壁应力分布提供原地应力状态。 (3)依据已有的井壁应力分布计算解析算法为依据,探讨有限元分析井壁应力的可靠性,探索有限元模拟井壁应力的建模技术,建立不同井眼轴线轨迹、不同裂缝井壁特征模型。 (4)以目的层远地应力为基础,建立直井(完整和非完整)井壁应力分布模型,计算不同情况下井壁应力值的大小,寻找井壁应力分布规律,与已有计算方法作对比,从力学上讨论分析直井(完整和非完整)井壁稳定性。 (5)以数学、弹性力学理论为基础,建立大斜度井(包括水平井)三维井壁应力分布数学及力学模型,建立水平井(完整和非完整)井壁应力分布模型,计算不同情况下井壁应力值的大小,寻找井壁应力分布规律,与已有计算方法作对比,讨论分析水平井(完整和非完整)井壁稳定性。 (6)系统归纳总结井壁稳定性判断力学准则,结合川西须家河深井钻探,综合测井解释、实钻资料和力学建模数值模拟分析方法,研究表明综合系统分析研究区域岩石力学特征、地应力分布特征及就地井壁应力分布特征,能有效地、系统性地开展井壁稳定性技术研究工作,为确保安全、高效钻井和压裂改造等提供强劲技术支持,此思路和方法对同类气藏开发具有借鉴意义。


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