控压钻井过程中泥页岩井壁破坏分析

天 然 气 工 业 2 O ¨ 年 8月 控 压 钻 井 过 程 中泥 页岩 井 壁破 坏 分 析 王 倩 周 英操 刘 玉石。 陈朝伟 1 ． 中 国石 油 勘 探 开发 研 究 院研 究 生 部 2 ． 中 国石 油 钻 井 工 程 技 术 研 究 院 王 倩 等 ． 控 压 钻 井过 程 中 泥 页 岩 井 壁破 坏 分 析 ． 天 然 气 工 业 ， 2 0 1 1 ， 3 l ( 8 ) ： 8 0 — 8 5 ． 摘 要 控 压 钻 井 过 程 中 ， 控 制 井底 压 力 与 地 层 压 力 相 当 ， 可 以减少 井 壁 由于 井 底 压 力 过 小 或过 大 引起 的 井 壁 坍 塌 或破裂 问题 。对于水敏 性泥页岩地层 ， 即使 在压力平衡的情况 下， 由于水 基钻 井液和泥 页岩之 间的水化 渗透作用 ， 泥页 岩 井 壁 也 有 可 能 不 稳 定 。 为 此 ， 建 立 了控压 钻 井 条 件 下 泥 页岩 井壁 稳 定 非 线 性流 一 固一 化 耦 合 新模 型 ， 考 虑 了 离子 扩 散 与岩 石变形 的全 耦合 以及流体流动和离子扩散过程 的非线性； 通过有 限元 分析泥 页岩井壁周 围孔 隙压 力场和 应力场 的 变化 ， 计算井壁周 围地层破坏 系数， 检查 井壁是 否破坏 。研 究结果表 明 ： ①控制压 力钻 井与常规钻井相 比， 水化渗透 引起 的孔 隙压 力剖 面变化较小， 有利于 泥页岩井壁稳定 ； ② 泥页岩井壁失 稳主要有 井壁破坏 、 井壁 附近 地层破 坏 两种方 式且 后者是有 时间效应的 ； ③现有模 型与非线性金耦合模型相 比， 过大地预计 了井周孔 隙压力和 总应 力且其压 力峰值传 播较 慢 ； ④ 泥页岩井壁失稳后 ， 新的泥页岩表面暴露在钻井液 中继续进行 水和溶质交换 ， 井眼扩 大到一定值后， 发 生进 一步失 稳 的 可 能 性较 小 。 关 键 词 控压 钻 井 泥 页 岩 孔 隙压 力 岩 石应 力 井壁 破 坏 井 壁 附 近 地 层 破 坏 D OI ： 1 0 ． 3 7 8 7 ／ i ． i s s n ． 1 0 0 0 — 0 9 7 6 ． 2 O 1 1 ． O 8 ． 0 1 9 随着 已发 现油 气 资 源 的 日益 衰 竭 ， 勘 探 开 发 活 动 越 来越 多地 向更深 更 复 杂 地层 进 行 ， 而在 钻 探 这 些 深 层 复 杂地 层时 ， 常 常 出现许 多如 井涌 、 井漏 、 井 塌 、 卡钻 等 钻井 复 杂问 题_ 】 ] 。钻进 过程 中对 井下 压......