深井安全钻井液密度窗口影响因素

由天下分享时间：2024/12/26 1:24:42 加入收藏我要投稿点赞

深井安全钻井液密度窗口影响因素

李玉伟1，艾池1，王志成2，胡超洋1，郝明1，栗爽1

【摘要】摘要：考虑钻井液渗滤造成井壁岩石孔隙压力变化和钻井液与地层岩石温差产生的附加应力和应变，推导了孔隙度与孔隙压力和温差的理论关系，建立了考虑孔隙压力、温差及孔隙度变化的深井安全钻井液密度窗口计算模型。应用模型计算结果表明：①深井钻井井壁岩石与钻井液温差一定时，随着钻井液渗滤作用的增强，井壁岩石孔隙压力增加，导致坍塌压力增大，破裂压力减小，安全钻井液密度窗口变小，不利于安全钻井。②当井壁岩石孔隙压力一定时，若钻井液使井壁岩石降温，则随着温差的增加，坍塌压力减小，破裂压力增加，安全钻井液密度窗口范围变大，有利于安全钻井；若钻井液使井壁岩石升温，则随着温差的增大，坍塌压力增大，破裂压力减小，安全钻井液密度窗口变小，不利于安全钻井。【期刊名称】油气地质与采收率【年(卷),期】2013(020)001 【总页数】4

【关键词】深井井壁安全钻井液密度窗口坍塌压力破裂压力

近年来，随着深部油气藏的大规模开发［1-2］，深钻井数量大幅增加，而深部地层温度和压力变化对安全钻井液密度窗口的影响尚不明确［3］。随着井深的增加，井底压力和温度增大，使得井下环境愈加复杂，在钻井过程中容易产生喷、漏、塌和卡等事故，这大多是由于窄安全钻井液密度窗口条件下，对窗口计算不准确或钻井液密度控制不当造成的，如果能够在钻前准确分析出温度和压力变化对安全钻井液密度窗口的影响，就能够为深井安全钻井提供理论指导

［4-6］。为此，笔者考虑了钻井液渗滤对井壁岩石孔隙压力的影响及钻井液与地层岩石温差产生的附加应力和应变，推导了孔隙度与孔隙压力和温差的理论关系，建立了考虑孔隙压力变化和钻井液与地层岩石温差引起孔隙度变化的安全钻井液密度窗口计算模型，以期补充和完善现有深井安全钻井液密度窗口的计算方法。

1 井壁岩石孔隙度变化模型

在深井钻井过程中，钻井液渗滤引起的井壁岩石孔隙压力变化以及钻井液与地层岩石温差作用，使岩石介质变形，导致孔隙度发生变化。当孔隙压力和温度发生变化后，孔隙度也发生变化，其计算式为

式中：?为孔隙压力和温度变化后的孔隙度；Vb0为岩石总体积初始值，m3；ΔVb为岩石总体积变化值，m3；Vs0为岩石骨架初始体积，m3；ΔVs为岩石骨架体积变化值，m3。

岩石的总体积应变和岩石骨架体积应变分别定义为

式中：εv为岩石的总体积应变；Vb为岩石总体积，m3；εs为岩石骨架体积应变；Vs为岩石骨架体积，m3。

将式（2）和式（3）代入式（1），得到变化后孔隙度的表达式为式中：?0为初始孔隙度。

由式（4）可知，岩石总体积应变和岩石骨架体积应变的共同作用导致孔隙度发生变化。

根据岩石孔隙压缩系数的定义，并考虑岩石骨架体积变化，得到岩石总体积应变与岩石孔隙压缩系数的关系式［7］为

式中：C?为岩石孔隙压缩系数，MPa-1；Δp为压差，MPa。

李传亮推导的岩石孔隙体积压缩系数和岩石骨架体积压缩系数间的关系式［8］为

式中：Cp为岩石孔隙体积压缩系数，MPa-1；Cs为岩石骨架体积压缩系数，MPa-1。