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《鹽膏層合理鉆井液密度的確定》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、學兔兔www.xuetutu.com石油天然氣學報(江漢石油學院學報)2009年8月第31卷第4期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Aug．2009Vo1．31No．454鹽膏層合理鉆井液密度的確定朱亮，樓一珊，黃萬龍(莫耋毳嘉州4。)劉瀚宇(渤海鉆探大港油氣合作開發(fā)公司，天津300280)梁昌健(塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部輪南作業(yè)區(qū)，新疆庫爾勒841000)李呈祥(勝利石油管理局黃河鉆井總公司鉆井四公司，山東東營257055)[摘要]在闡述鹽膏層蠕變規(guī)律的基
2、礎上，對某油田X區(qū)塊鹽膏層蠕變進行分析，利用有限差分模擬計算軟件建立計算模型。通過數(shù)值模擬計算得出在不同鉆井液密度下井眼縮徑率隨井深的變化規(guī)律，并繪制出鹽膏層巖段不同縮徑率下的鉆井液密度圖版，從而確定了順利鉆穿該區(qū)塊鹽膏層的合理鉆井液密度。[關鍵詞]鹽膏層；蠕變；縮徑；鉆井液密度[中圖分類號]TE254．1[文獻標識碼]A[文章編號]1000—9752(2009)04—0111—04我國江漢、華北、中原、塔里木和克拉瑪依等油田都不同程度地分布著鹽膏層，其厚度從幾十米到數(shù)百米不等，而且埋藏深度大。
3、鹽膏層處于較高溫度和圍壓環(huán)境中，具有較強的蠕變性，井眼鉆穿鹽膏巖層后，由于巖石蠕變會發(fā)生井眼縮徑，常造成井眼失穩(wěn)、卡鉆、固井后擠毀套管等事故¨，導致大量的人力、物力和財力的損失。鉆井施工中以上復雜情況的產生都應歸咎于鉆井液密度不合適，未能有效抑制鹽膏巖地層蠕變。因此，確定合理的鉆井液密度對鹽膏層井壁穩(wěn)定至關重要。1鹽膏層蠕變規(guī)律1．1蠕變特性．鹽膏層的蠕變是指巖石材料的應力、應變隨時間變化的性質。所有的巖石在受載時都要發(fā)生蠕變，但普通巖石所產生的蠕變很小，以致可以忽略不計，而鹽膏層、泥巖等軟巖對
4、蠕變非常敏感。典型的鹽越-0蝎s魚驀0O501OOl50200250300050100150200250300蠕變時間／h蠕變時間／h(a)(b)圖1鹽膏層的蠕變曲線[收稿日期]2009～04—25[作者簡介]朱亮(198o一)，男，2003年大學畢業(yè)，碩士，助教，現(xiàn)主要從事油氣井工程方面的教學與研究工作。學兔兔www.xuetutu.com石油天然氣學報(江漢石油學院學報)2009年8月膏層蠕變特性見圖1(a)。蠕變要經歷(A)瞬態(tài)蠕變、(B)穩(wěn)態(tài)蠕變以及(C)加速蠕變3個階段，并最終由于蠕變
5、而開始破壞。一般來說，對于脆性材料，主要表現(xiàn)為A、C兩個階段；而對鹽膏層蠕變類材料，則主要表現(xiàn)為A、B兩個階段，而且B階段持續(xù)的時間比較長引。圖1(6)裝示瞬態(tài)蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變以及加速蠕變3個階段蠕變應變率隨時間的變化關系。1．2蠕變本構方程大量試驗研究表明L2]，鹽膏層的蠕變與最大和最小水平主地應力(。，鞏)的差應力不成線性關系?？紤]到溫度丁和時間t，便可把蠕變的表達式寫成：￡()一()·f2(丁)·廠3()(1)式中，s(￡)為鹽膏巖層的蠕變應變，；、f2、廠3為其對應自變量的函數(shù)，可由試驗確
6、定。由于瞬態(tài)時間較短，這里只研究鹽膏層的穩(wěn)態(tài)蠕變。根據前人的研究結果，鹽膏層晶體蠕變的本構方程可用下式表達]：一Aexp(一)()(2)在實際計算中，可將式(2)簡化為：=A'a(3)。式中，為鹽膏巖地層的穩(wěn)態(tài)蠕變速率，yr；Q為鹽膏巖地層的激活能，kJ／tool·K；為單位應力，MPa；R為普適氣體常數(shù)，一般取8．3143kJ／mol；T為試驗溫度，K；為應力指數(shù)。2鹽膏層蠕變力學計算模型的建立鹽膏層的蠕變是一個復雜的力學行為，通過解析解是很難獲得其規(guī)律的，利用數(shù)值模擬則是一個有效的手段。為了
7、對鹽膏層蠕變特性進行模擬研究，根據井眼形狀和井眼軌跡，建立合適的力學計算模型是必須的。在建立模型時，作如下基本假設：①井眼為規(guī)則的圓柱形井筒；②鹽膏層為各向同性、均勻連續(xù)的熱彈性蠕變介質；③鹽膏層為水平分布，無地層傾角。在一定溫度和壓力條件下，鹽膏層具有類似流體的特性，對邊界條件較為敏感。因此，鹽膏圖2計算模型的力學示意圖層力學計算模型在縱向上不能太薄。此外，模型的橫向直徑必須足夠大，以消除水平地應力的邊界效應，而模型太大又不利于求解計算，所以必須對模型進行精簡和優(yōu)化，在保證一定精度的條件下，盡
8、量采用最少的單元。根據上述基本假設和基本原則，建立了鹽膏層直井井壁力學計算模型，如圖2所示。考慮到所研究的井壁變形是軸對稱問題，選取井眼平面的1／4建立計算模型，井眼直徑根據實際情況確定。在鉆穿鹽膏層后，原地應力場的平衡遭到破壞。此時，鹽膏層井眼、井壁受到地應力和井內鉆井液液柱壓力的共同作用。模型計算域的上表面作用有上覆巖層壓力，4個側面作用最大、最小水平地應力，前、后、左、右4個表面均作用有法向約束，下表面受垂直于該面的豎向簡支約束，井內鉆井液密度對井壁變形的抑制作用轉化為井內鉆井液液柱壓力作
