發(fā)布時間：2021-10-11 08:00

　　頁巖氣、頁巖油的勘探開發(fā)是繼煤層氣、致密砂巖氣等非常規(guī)能源之后的又一次能源變革,對此世界各國都開展了相應的理論研究與現(xiàn)場應用。鉆井過程中頁巖儲層的不穩(wěn)定,主要形式有井壁坍塌、井漏、縮徑、卡鉆等。儲層的不穩(wěn)定延長了鉆井周期,加大了頁巖氣開發(fā)成本。引起井壁失穩(wěn)的主要原因是鉆井過程打破了井壁原有的地應力平衡狀態(tài),其次井壁儲層巖石的強度會在鉆井液等侵入后發(fā)生軟化,引起井眼周圍應力場重新分布,形成應力集中使得巖石的天然裂縫和衍生縫擴展、延伸、貫通,最后導致井壁失穩(wěn)。此外,由于頁巖儲層滲透率較低,直井鉆井方式已不能滿足產(chǎn)能需求,為此只能采用水平井的開采方式來提高產(chǎn)能,但對于水平井在鉆遇大斜度井段和水平井段時,地層極易發(fā)生坍塌、卡鉆等井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象,尤其對于頁巖等層理性地層的開發(fā),更加大了對井壁穩(wěn)定性的要求以及給水平井鉆井工藝帶來了挑戰(zhàn)。所以,分析頁巖水平井井壁穩(wěn)定機理對頁巖勘探開發(fā)尤為重要。本文從以下四個方面來研究頁巖水平井的井壁穩(wěn)定性:（1）巖土工程中的滲流問題屬于非穩(wěn)態(tài)滲流,在鉆進過程中,地層孔隙壓力的變化,首先給骨架中的有效應力帶來改變,從而引起孔隙度、滲透率的變化;其次,上述變化又會帶來孔... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術路線

西安石油大學碩士學位論文8第二章巖土的流固耦合原理2.1巖土介質(zhì)滲流-應力耦合理論流固耦合理論是結(jié)合了固體力學和滲流力學后形成的一個力學分支，它主要研究巖石力學中巖體與流體相互作用[38]。近年來國內(nèi)外巖土工程界熱衷于對巖石低滲透性進行研究，而我國在低滲透油氣田開發(fā)應用和石油與天然氣運輸儲存等工程上，需在復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中進行地下工程施工，都涉及了巖土的流固耦合原理。2.1.1滲流-應力耦合的力學機理傳統(tǒng)的流固耦合認為巖土的滲透率和孔隙度是個定值，不會隨著耦合作用的發(fā)生產(chǎn)生變化。但實際的耦合作用中，骨架中的有效應力會隨著孔隙壓力的改變而發(fā)生變化，從而滲透率、孔隙度也會有變動，隨后孔隙壓力和孔隙中的流體又會受到滲透率和孔隙度的影響。因此需要把巖體強度的改變或本身的形變與孔隙中流體的流動規(guī)律所造成的影響也考慮進去，是巖體中應力場和滲流場之間的相互耦合作用[39]。介質(zhì)的變形和水體流動之間的相互作用產(chǎn)生了流-固耦合的現(xiàn)象，這種相互作用的原理如圖2-1所示。其中過程I和II稱為“直接耦合”，是由于空隙水和介質(zhì)的變形相互作用而導致的；過程III和IV為“間接耦合”，是由于滲透系數(shù)隨著孔隙度的變化而發(fā)生相應的改變，而滲透系數(shù)和孔隙度又會隨著有效應力的改變而改變。而孔隙的減少會引起介質(zhì)中的水分減少，介質(zhì)的強度也會隨之增大�！伴g接耦合”可以引起非線性的耦合系統(tǒng)，致使巖石的滲透系數(shù)出現(xiàn)各項異性。圖2-1流-固耦合相互作用機理

西安石油大學碩士學位論文10示。有效應力指的是固體顆粒骨架承擔并且通過固體顆粒間的相互接觸而傳遞的應力�？紫秹毫χ傅氖强紫吨辛黧w所承擔或傳遞的應力，并且孔隙流體只能承受法向應力，不能承受剪切應力。當?shù)貙訋r石受到外載荷的作用后，固體顆粒骨架會產(chǎn)生部分形變，從而引起巖石的滲透率、孔隙度等發(fā)生對應的變動。當固體顆粒骨架發(fā)生形變后，孔隙中流體的流動狀況和流體壓力也會發(fā)生變化，所以由固體顆粒骨架和孔隙流體來承擔外載荷的作用[40]。圖2-2有效應力原理示意圖采用Biot有效應力的方法，定義將巖石所受到的拉應力為正值，定義在非飽和的區(qū)域以孔隙壓力為負值，在飽和區(qū)的孔隙壓力受到壓力為正值。Biot有效應力的表達式為：ppwijijij1"（2-6）式中，ij為總應力；ij"為有效應力；p分別和為孔隙氣壓力；wp為孔隙水壓力；通常接近1，取1；為Biot系數(shù)，表達式為：SVKK-1（2-7）式中，SK為固體顆粒的壓縮模量；VK為巖石的體積壓縮模量。于是，有效應力的表達式可表示為：ppspsijijwwwijijij1"（2-8）式中，p為孔隙氣壓力和孔隙水壓力的平均值�？赏ㄟ^相關實驗研究來計算毛細壓力wcppp與飽和度ws的函數(shù)關系來解決非飽和流體的問題。飽和度ws與滲透系數(shù)存在著一定的關系，可表示為：30wskk（2-9）2.1.4應力平衡方程和滲流連續(xù)方程本節(jié)主要研究水和空氣兩相流體，假設水無粘滯性，且空氣不溶于水。與此同時假

【參考文獻】：
期刊論文
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[5]定向井坍塌壓力上限對鉆井安全密度窗口的影響[J]. 袁俊亮,周建良,鄧金根,吳旭東,王名春,張帆.  石油鉆采工藝. 2018(05)
[6]諾1井鉆井液技術及復雜情況處理[J]. 邱春陽,葉洪超,王興勝,溫守云,陳二丁,張海青.  鉆井液與完井液. 2017(06)
[7]彈性參數(shù)各向異性對頁巖井周應力的影響[J]. 曹文科,鄧金根,蔚寶華,劉偉,李揚.  西安石油大學學報(自然科學版). 2016(05)
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[10]各向異性地層中斜井井壁失穩(wěn)機理[J]. 盧運虎,陳勉,袁建波,金衍,滕學清.  石油學報. 2013(03)

博士論文
[1]流固耦合作用下巖體滲流演化規(guī)律與突水災變機理研究[D]. 黃震.中國礦業(yè)大學 2016
[2]井壁穩(wěn)定問題的斷裂損傷力學機理的研究[D]. 鄭貴.哈爾濱工程大學 2005

碩士論文
[1]地應力測量方法及巖爆分析研究[D]. 李振剛.安徽理工大學 2018
[2]頁巖水平井應力—應變場分析及數(shù)值模擬[D]. 劉海峰.西安石油大學 2017
[3]強滲流場作用下砂巖的滲流特性及滲流損傷破壞機理試驗研究[D]. 梁健業(yè).廈門大學 2017
[4]基于損傷機理的井壁應力分布及井壁穩(wěn)定性研究[D]. 魏明國.東北石油大學 2014
[5]地應力與井壁穩(wěn)定性關系研究[D]. 梁濤.中國地質(zhì)大學(北京) 2012



本文編號：3430114