煤岩应力加载过程中的渗流特性试验研究

来源 :2014年油气钻井基础理论研究与前沿技术开发新进展学术研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:L530798540
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煤岩割理、裂隙发育,钻井液滤液极易侵入井周附近地层,影响井周应力分布,因而准确确定不同应力水平和损伤程度下的煤岩渗透率是定量计算煤岩井壁塑性损伤区形状与尺寸,进而分析煤层井壁稳定性的关键.针对长畛矿3#煤岩,利用MTS816电液伺服岩石试验系统进行不同渗透水压和围压条件下的全应力—应变过程渗流特性试验研究,测定了煤岩渗透率随应力水平和损伤程度的变化规律.根据分析结果,将渗透率随加载应力增加的变化分为三个阶段:下降阶段、稳定阶段与上升阶段,建立了煤岩的渗透系数演化方程,并印证了弹性阶段中的理论曲线能很好地对应实验结果.
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吉4H井是一口致密砂岩重点攻关井,采用套管滑套注水泥完井.该井完钻井深5350m,水平位移1005m,固井主要难点是保证水平井顶替效率和保持压裂条件下水泥环密封完整性.结合地质及工程特点,针对φ114.3mm油层套管固井技术难点,从地层完整性试验、井眼准备、扶正器方案设计、水泥环力学分析、水泥浆体系优选、流变性设计和顶替方案优化等环节采取了一系列技术措施并成功应用.现场固井施工结果与压裂作业表明固
固井水泥环作为井筒完整性第一道安全屏障,其质量严重影响气井的后期开采,其长期处于三轴复杂应力状态下工作.本文通过三轴实验发现:油井水泥石是一种压敏材料,围压作用能大幅提高水泥石的形变量,能大幅提高水泥石的强度.为准确描述水泥石在三轴作用下的特殊力学行为,本文提出了一种数学分析模型,该模型基于Weibull统计理论,从弹塑性损伤失效的角度出发,利用Mohr-Coulomb准则建立起细观与宏观的桥梁,
页岩层段井壁失稳问题是钻井工程中的难点之一,国内外学者在研究钻井液与页岩之间的化学势差和水化膨胀作用方面做了大量工作.但是,基于页岩本身结构特征,由于井下压力环境引起的页岩层膨胀应变规律则研究较少.为此,通过模拟井下压力环境,测量不同压力势差下垂直于页岩层理面和平行于页岩层理面方向应变的变化规律.结果表明,井底压力环境下页岩膨胀应变数值极小且存在明显的各向异性;页岩自身的层理结构特征,是不含膨胀类
煤岩割理、裂隙发育,胶结较弱,强度低,脆性大,在钻井过程中钻头机械碰撞等原因容易造成井壁部分崩落,井眼形状偏离理想的圆形,按照圆形井眼计算井周应力分布可能带来一定的误差.本文将真实井眼近似为椭圆形状,对井壁应力分布进行了计算,结合摩尔库伦准则预测井壁坍塌压力.以山西沁水盆地5#煤储层为例进行了直井井壁坍塌失稳特性研究,结果表明与圆形井眼相比椭圆形井眼坍塌压力更高,且在一定范围内随着椭圆度的增大而进
目前,水力压裂起裂压力的预测模型未同时考虑套管和水泥环造成的影响.首先本文建立了同时考虑套管和水泥环时的井周应力分布模型,并通过解析和数值解对比,发现两者之间误差较小,在此基础上,利用罗天雨提出的射孔孔眼孔边应力模型,对起裂压力进行了计算,研究发现:相比于只考虑套管的影响,同时考虑套管和水泥环时的起裂压力也非常精确.
分支井技术可以实现一个井眼同时开发多个目标层位,显著增加裂缝钻遇率和泄油气面积,提高单并控制储量,在常规油气开发中呈现了良好的少井高产效果.页岩气开发需要借助于较大的井筒裸露面积和分段压裂改造手段提高单井产量和采收率.如果能将分支井及配套压裂技术应用到页岩气的开发,必将有利于降低吨油气成本.本文针对页岩气开发的特点,分析了页岩气实施分支井压裂的基本思路和研究发展方向.现场实践表明,分支井结合压裂技
四川盆地及周缘地区前期页岩气资源评价表明,深层页岩气具有良好的勘探开发潜力.在国内焦石坝、彭水等区块中深层页岩气储层自主化压裂改造经验总结的基础上,针对川东南丁山构造下志留统龙马溪组深层页岩气储层开展了大规模压裂改造现场试验.基于深层页岩气储层特征及可压性综合评价,提出了压裂改造难点和技术对策;结合页岩压裂机理及网络裂缝形成机制,分别开展了分段分簇优化、射孔参数优化、施工参数优化及泵注方案优化研究
煤岩体内部裂隙结构发育,钻井过程中互相交叉、互相作用的裂隙系统影响了煤层的井壁稳定性.建立煤储层井壁稳定预测模型之前,必须明确煤层强度、钻井液渗流和裂隙的几何结构特征与分布规律的联系.本文分析了煤储层类型并提出了对应的分析方法,研究结果表明,原生结构煤储层中井眼尺寸与裂隙相比足够小,化学作用可以忽略不计,渗流作用不强,可视为等效连续介质,采用弹性或弹塑性方法即可满足井壁稳定分析;碎粒煤储层和糜棱煤
针对页岩气水平井固井面临的油基钻井液冲洗困难,水泥石力学性能要求高等技术难题,研究开发了洗油型冲洗隔离液及韧性水泥浆体系,初步开发出了水泥环力学完整性理论模型.洗油型冲洗隔离液综合性能良好,对油基钻井液冲洗效率高,且与油基钻井液及水泥浆相容性好;韧性水泥石在保证相对较高抗压强度的同时弹性模量可降低30%以上;水泥环力学完整性理论模型,有利于指导水泥石力学性能设计,减小微间隙的发生;提出了页岩气水平
目前四川盆地页岩气井在试油完井过程中多口井出现了套管变形损坏,结合套损现状,通过该地区页岩气井试油完井作业特点的分析,明确了储层改造是页岩气井试油完井期间生产套管变形损坏的重点环节.将页岩气井套损原因初步分为强度削弱和外载荷变化两种类型,前者包括弯曲应力、强度疲劳、套管损伤,后者包括井筒附近地应力变化、纵向地层变形差异的剪切作用和水泥环破坏后形成的局部应力集中.并建议下一步开展页岩地层套损定量分析