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目前大部分关于井壁稳定的研究与钻井过程中的井眼有关。钻井作业中,人们在井筒中使用一定比重的钻井液保持储层流体(油,气)在地层内的平衡,并阻止其进入井内。研究的焦点集中在井壁岩石与钻井液的力学,化学和温度的相互作用对井周岩石应力分布的影响。分析这些是为了得到一个合适的钻井液密度以防止钻井过程中井壁发生破坏和坍塌。 另一方面,试井过程中也可能产生井壁失稳。与钻井过程中的井壁稳定问题不同,在预生产试井和生产时,地层中的气体流体进入井筒是被期望的。当气体向井筒移动时,气体压力从外边界处的储层初始平衡压力开始降低到井底流压。钻井过程中由于气体流动与多孔岩石的变形相互耦合,伴随着气体的流动而出现的孔隙压力波动改变了地层岩石的应力状态。对于高压气井而言,由于高压气体在孔隙介质中的流动的一些特殊性质,试井过程中钻后井壁稳定成了一个更加严重的问题。本文在理论研究的基础上,结合室内实验和现场应用分析,对高压气井井壁破坏的机理和测试对策进行了研究。完成的主要工作下: 1.高压气井气体渗流规律研究 高压气体从外边界处向井筒方向渗流的过程中,孔隙压力从原始的平衡压力逐渐降低到井底压力,本文分别就Darcy模型,D-F模型以及考虑气体加速影响的加速模型,对气体渗流过程中井筒周围的压力分布情况进行了对比分析。 2.高压气体渗流实验研究 根据高压气井气体渗流规律的理论研究,设计了相关的室内实验方案,模拟了高压气体从外边界向井筒渗流的过程,并实际测试了离井壁不同距离的地层的压力情况,绘制了压力分布曲线,以验证前面的理论研究。 3.高压气井井周岩石的应力场分析 根据高压气井井周应力场方程,对井壁附近岩石的径向应力进行求导,分析了离井壁不同距离处孔隙压力梯度对有效径向应力的影响。通过设定边界条件,对井周岩石的应力状态进行了计算。对比了三种渗流模型情况下井周岩石有效径向应力的大小和状态。 4.高压气井测试坍塌和测试对策 分别利用莫尔-库伦破坏准则和岩石拉伸破坏准则,对井周岩石的应力状态进行分析,研究其发生破坏时的临界井底压力,为现场测试推荐较为安全的压差。 5.现场应用分析 根据塔里木油田大北地区一口井的现场实际测试资料,分析了其地质情况和地层岩石的性质,结合钻井过程中的测井资料分析,计算了该井在酸化压裂前和酸化压裂后的井壁周围岩石的应力状态,与现场实际遇到的问题进行对比,计算了井壁岩石发生破坏的临界井底压力,给出了现场测试的推荐压差。