气体欠平衡钻井井壁稳定性研究

论文摘要

气体欠平衡钻井技术具有机械钻速高、对油气层伤害小等优点,近年来在国内油气田勘探开发中得到了广泛的应用。由于是用气体作为钻井流体,在钻井过程中井内没有液柱压力来支撑井壁和平衡地层压力,地层流体在负压差的作用下流入井内,从而改变了井周应力分布,所以井壁稳定问题表现得更为突出,成为制约气体欠平衡钻井技术应用的一个最大因素。虽然目前针对欠平衡井壁稳定的研究比较多,但是考虑流固耦合因素的井壁稳定性研究较少,因此本文就流固耦合情况下欠平衡钻井井壁稳定性做了一定研究。本文在经典流固耦合理论的基础上,建立了井壁岩石流固耦合模型,确立了井壁岩石的力学参数和破坏准则,分析了气体欠平衡条件下地层出水情况,利用经验公式建立地层出水计算方程,利用有限元分析软件ANSYS进行了三种工况下的井壁稳定性的流固耦合和非流固耦合对比分析。通过本文分析得出:气体欠平衡钻井时井壁岩石受到拉应力作用,岩石抗拉强度小容易引起井壁失稳,气体欠平衡钻井时流体拖拽力形成流固耦合作用对井壁稳定性影响较大,流固耦合作用不可忽略,由欠平衡钻井向过平衡钻井过渡时井壁所受应力由拉应力逐渐向压应力过渡,同时流固耦合影响变弱,井壁稳定性也变强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 欠平衡钻井技术现状及发展趋势
• 1.2 欠平衡钻井技术优缺点
• 1.3 气体欠平衡钻井井壁稳定性问题
• 1.4 流固耦合问题
• 第二章 流固耦合井壁岩石力学模型建立
• 2.1 TERZAGHI、BIOT 模型
• 2.2 井壁岩石流固耦合模型
• 2.3 岩石破坏准则
• 2.4 岩石力学参数的确定
• 第三章 气体欠平衡钻井地层出水分析
• 3.1 地层出水分析
• 3.1.1 地层流体识别方法现状和不足
• 3.1.2 出水地层地质情况分析
• 3.2 气体钻井条件下地层出水定量计算模型
• 3.2.1 数学模型的建立与求解
• 3.2.2 地层孔隙压力的确定
• 第四章 流固耦合井壁稳定性有限元分析
• 4.1 有限元分析软件ANSYS 介绍
• 4.2 井壁有限元模型建立
• 4.3 井壁稳定性有限元分析
• 4.3.1 工况1 分析
• 4.3.2 工况2 分析
• 4.3.3 工况3 分析
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要