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《控壓鉆井井底壓力控制方案研究及其應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、石油機(jī)械2011年第39卷第4期CHINAPETROLEUMMACHINERY27鉆井新技術(shù)*控壓鉆井井底壓力控制方案研究及其應(yīng)用121沈海超胡曉慶王希玲(1中國石化集團(tuán)國際石油勘探開發(fā)有限公司2中海石油研究總院)摘要窄鉆井液密度窗口極易造成漏、噴、塌、卡等鉆井復(fù)雜情況,尤其是當(dāng)鉆遇窄鉆井液密度窗口泥頁巖井段時(shí),水化膨脹作用導(dǎo)致安全鉆井問題變得更加復(fù)雜。安全鉆井液密度窗口的準(zhǔn)確建立以及井底壓力的精確控制,是窄鉆井液密度窗口地層安全、快速鉆井的關(guān)鍵。為此,研究了一套窄鉆井液密度窗口地層安全鉆
2、井井底壓力精確控制方法。該方法以精細(xì)地應(yīng)力場(chǎng)及泥頁巖水化特性研究為基礎(chǔ),通過安全鉆井液密度窗口、泥頁巖坍塌周期以及鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度分析,優(yōu)選合理的安全鉆井井底壓力;并針對(duì)砂巖、泥頁巖地層的不同特性,分別制定相應(yīng)的井底壓力控制方案,實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)。研究成果可用于指導(dǎo)控制壓力鉆井井底壓力控制方案的設(shè)計(jì)施工。關(guān)鍵詞窄鉆井液密度窗口地應(yīng)力泥頁巖水化特性井底壓力控制方法行地應(yīng)力測(cè)量,提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性;建立研0引言究區(qū)三維地質(zhì)模型,采用三維有限元約束優(yōu)化反演[6-8]法建立研究區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)空間分布規(guī)律。該方法窄鉆井液密度窗口極易
3、造成漏、噴、塌、卡等彌補(bǔ)了以往數(shù)值模擬方法精度不足的缺陷,以測(cè)點(diǎn)鉆井復(fù)雜情況,尤其是當(dāng)鉆遇窄鉆井液密度窗口泥計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的差值絕對(duì)值為目標(biāo)函數(shù),引入數(shù)頁巖井段時(shí),水化膨脹作用導(dǎo)致泥頁巖地層坍塌應(yīng)學(xué)約束優(yōu)化理論,通過優(yōu)化使目標(biāo)函數(shù)最小,以此力升高、破裂壓力下降,安全鉆井問題變得異常復(fù)來實(shí)現(xiàn)三維地應(yīng)力場(chǎng)高精度優(yōu)化反演;利用現(xiàn)場(chǎng)雜。安全鉆井液密度窗口的建立以及井底壓力的精確控制,是窄鉆井液密度窗口地層安全、快速鉆井地漏試驗(yàn)等資料驗(yàn)證三維地應(yīng)力分布規(guī)律。的關(guān)鍵。近年來,控制壓力鉆井設(shè)備的出現(xiàn)為精確[1-5]控制井底壓力提供了有力的硬件支撐。2
4、泥頁巖井壁力學(xué)模型及程序編制為此,筆者從精細(xì)地應(yīng)力場(chǎng)及泥頁巖水化特性研究出發(fā),分析安全鉆井液密度窗口、泥頁巖坍塌泥頁巖水化后產(chǎn)生水化膨脹應(yīng)力,巖石力學(xué)強(qiáng)周期及鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度(ECD);在此基礎(chǔ)上優(yōu)度降低,井周圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變;水化作用具選安全鉆井井底壓力,建立一套系統(tǒng)的窄鉆井液密有時(shí)間效應(yīng),隨著時(shí)間的推移,會(huì)導(dǎo)致原本穩(wěn)定的度窗口地層安全鉆井井底壓力精確控制方法,旨在井壁失穩(wěn)。搞清地層含水量分布以及泥頁巖水化特為控制壓力鉆井方案設(shè)計(jì)及施工提供參考依據(jù)。性是泥頁巖井壁穩(wěn)定性研究的關(guān)鍵。在廣義平面應(yīng)變條件下,泥頁巖吸水后平衡方1精細(xì)
5、地應(yīng)力場(chǎng)研究方法的提出程柱坐標(biāo)形式為:地應(yīng)力場(chǎng)研究是安全鉆井液密度窗口及泥頁巖r1rr-++=0(1)坍塌周期研究的基礎(chǔ)。由于成巖作用及斷層等地質(zhì)rrr構(gòu)造的擾動(dòng)疊加,地應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜。為此,筆者r12r++=0(2)提出一套精細(xì)地應(yīng)力場(chǎng)研究方法,其基本原理為:rrr聯(lián)合聲發(fā)射法、差應(yīng)變分析法等多種試驗(yàn)方法進(jìn)幾何方程為:*基金項(xiàng)目:中國石化集團(tuán)國際石油勘探開發(fā)有限公司科研項(xiàng)目緬甸復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井技術(shù)應(yīng)用研究(MPC030-2009)。28石油機(jī)械2011年第3
6、9卷第4期r=Ur/r(3)1UUr3窄鉆井液密度窗口地層井底壓力精=+(4)rr確控制方法z=Uz/z=0(5)U1UrU窄鉆井液密度窗口地層井底壓力精確控制方法r=+-(6)rrr的基本原理如圖2所示,可以概括為2個(gè)方面:泥頁巖水化后,井周地層應(yīng)變包括2部分:鉆通過精細(xì)地應(yīng)力場(chǎng)及泥頁巖水化特性研究,建立4開地層后由于載荷不平衡引起的應(yīng)變以及水化膨脹個(gè)壓力剖面(孔隙壓力、坍塌壓力、漏失壓力和[9-11]應(yīng)變,本構(gòu)方程如下:破裂壓力)及泥頁巖坍塌周期,據(jù)此分析安全鉆1井液密度窗口;綜
7、合考慮鉆井水力參數(shù)、鉆井液r=r-(+z)+h(7)E流變參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)以及巖屑濃度的影響,分析鉆1井液當(dāng)量循環(huán)密度。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行安全鉆井井底=-(r+z)+h(8)E壓力(鉆井液密度)以及泵排量優(yōu)選。1z=z-(r+)+v(9)Er=2(1+)r/E(10)內(nèi)邊界條件:r
8、a=Pwf(11)r
9、a=0外邊界條件:H1+H2H1-H2r=+cos222圖2窄鉆井液密度窗口地層井底壓力精確控制方法(12)H2-H1恒定井底壓力近平衡控制壓力鉆井時(shí)
10、,需要根r=sin22據(jù)鉆井液密度窗口及ECD設(shè)計(jì)井底壓力值,通過式中r、、z井壁圍巖的徑向、切向和垂調(diào)整井口回壓、鉆井液密度及流變性來精確控制環(huán)向應(yīng)力分量;空壓力剖面,
