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<储层地质力学>崩落宽度、层理、化学及温度等因素对井壁垮塌的影响

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井壁稳定是钻井工程中非常重要的问题,它直接关系到井筒的安全性和钻井效率。前面课程主要讲了地应力对井壁稳定的影响,这是因为地应力是影响井壁稳定的一个主要因素,而其他因素影响较小或参数难以测量、评价方式也过于复杂,因此在现场应用中考虑较少,但是在某些地层环境,必须考虑其他因素的影响,如温度、水化膨胀、钻井液活度、地层岩石强度异性等等。

温度是影响井壁稳定的因素之一。下面我对温度对井壁稳定的影响进行详细介绍。

一、温度对井壁岩石物性的影响

温度对井壁岩石物性的影响是影响井壁稳定的重要因素之一。一般来说,温度升高会导致岩石的膨胀,降低则会导致岩石的收缩。当岩石处于高温状态时,其强度会降低,导致岩层的稳定性下降;相反,当岩石处于低温状态时,其强度会增加,但岩石的脆性也会增加,容易发生开裂。因此,温度对岩石的影响需要根据具体情况进行分析和判断。

二、温度对井壁支撑体系的影响

井壁支撑体系是保持井壁稳定的关键。支撑体系主要由井壁衬砌、钢管和水泥等材料组成。温度对这些材料的强度、刚度、粘结力等性质都会产生影响,从而影响支撑体系的稳定性。例如,当温度升高时,井壁衬砌的粘结力会下降,容易出现脱落现象,这会对井壁稳定造成很大的危害。钢管的强度和刚度也会随着温度的变化而发生变化,这会影响钢管的承载能力,从而影响井壁的稳定性。

三、温度对井壁钻进液的影响

井壁钻进液在钻井过程中起到润滑、冷却、清洁井壁等作用。温度对井壁钻进液的粘度、密度、流动性等性质都会产生影响,从而影响钻进液的作用效果。例如,当温度升高时,钻进液的粘度会下降,从而影响其在井壁上形成薄膜的效果,这会影响井壁的润滑和冷却效果,加剧井壁的热损伤,从而影响井壁的稳定性。

如下图所示,岩石内石英含量是决定其对温度响应程度的主要矿物,研究证明石英热膨胀系数是其他矿物的十几倍。钻井液对井壁的冷却作用可以降低周向应力,根据前面的分析,周向应力的降低可以减弱井周的应力集中,减弱井壁的剪切崩落,已有现场施工经验证明了这一结论,但是降低温度会导致岩石的体积收缩,且周向应力的降低也可能使井壁产生拉伸破坏。

下图利用地应力多边形工具展示了冷却效应及井内液柱压力变化对断层的剪切滑动破坏的影响,可见井内液柱压力变化的影响远远大于温度效应的影响,调整钻井液密度是稳定井壁的首要措施。

下面展示了室内实验发现的一个很有意思的现象,就是井壁的崩落宽度是固定不变的,完整的井壁在岩石剥落之后,井周应力会重新分布,之后的井周岩石的崩落沿之前的方向逐渐加深,但不会造成井壁崩落宽度的增加;多加利用崩落宽度不变这一条件,应该可以得到更多新的结论。

来源:现代石油人
化学材料
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首次发布时间:2024-05-07
最近编辑:11月前
现代石油人
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