高壓氣層氣體鉆井井壁穩(wěn)定性分析

余武軍　原小鋒　王濤（中石化河南石油工程有限公司技術(shù)服務(wù)公司，河南　南陽　473132）

高壓氣層氣體鉆井井壁穩(wěn)定性分析

余武軍原小鋒王濤（中石化河南石油工程有限公司技術(shù)服務(wù)公司，河南南陽473132）

高壓氣層氣體鉆井與傳統(tǒng)的鉆井方式有很大的差別，其是目前較為先進(jìn)的鉆井方式，但高壓氣層氣體鉆井會(huì)對井壁的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，因此，本文主要對高壓氣層氣體鉆井中井壁的穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)探究，以幫助高壓氣層氣體鉆井技術(shù)得以更好的應(yīng)用。

高壓氣層；氣體鉆井；井壁穩(wěn)定性；分析

高壓氣層氣體鉆井顧名思義就是揭開地層中的高壓氣體層，使高壓氣體快速流動(dòng)的一種鉆井方式。由于高壓氣層氣體鉆井過程中會(huì)產(chǎn)生高速流動(dòng)的高壓氣體，而高壓氣體的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生極大的壓力勢差，壓力勢差的產(chǎn)生會(huì)對井壁的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響，因此積極研究高壓氣層氣體鉆井中井壁的穩(wěn)定性影響因素對于高壓氣層氣體鉆井技術(shù)的更好應(yīng)用十分重要。

1　高壓氣層氣體鉆井井壁穩(wěn)定性降低的原因

高壓氣層氣體鉆井是利用壓力勢差及其相關(guān)知識為基本科學(xué)原理的。高壓氣層氣體鉆井的過程中，高壓產(chǎn)氣層打開之后，地層中產(chǎn)生的高壓氣體會(huì)在壓力差的推動(dòng)下以極快的速度沖入井眼中。由于高壓氣體的快速?zèng)_擊，在井眼中會(huì)形成一個(gè)壓降漏斗，即井眼中心的壓強(qiáng)最大，而在井壁周圍會(huì)形成一個(gè)低壓范圍區(qū)，在壓力勢差的作用下，作用在井壁上的應(yīng)力會(huì)在高壓氣體流入井眼中的時(shí)候急劇增加。此外，高壓產(chǎn)氣層孔道的彎曲設(shè)計(jì)，會(huì)使得高壓氣體在流動(dòng)的過程中產(chǎn)生一種徑向應(yīng)力作用于井壁表面巖石，井壁表面巖石在徑向應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生向井眼移動(dòng)的趨勢，高壓氣體對井壁巖石的支持作用會(huì)大大降低，井壁的穩(wěn)定性也會(huì)隨之降低。綜上所述，高壓氣層氣體鉆井中產(chǎn)生的高壓氣體在流動(dòng)的過程中，會(huì)對作用于井壁巖石上的應(yīng)力發(fā)生變化，從而影響了井壁的穩(wěn)定性［1］。

2　影響高壓氣層氣體鉆井井壁穩(wěn)定性的因素

2.1高壓產(chǎn)氣層孔隙壓力的變化對井壁穩(wěn)定性的影響

高壓氣層氣體鉆井中產(chǎn)生的高壓氣體在氣體鉆井打開之后，高壓氣體流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的壓力勢差，在壓力勢差的作用之下，井壁周圍孔隙的壓力會(huì)急劇減小。對高壓氣層氣體鉆井中地層孔隙壓力分部的探測一般利用多孔介質(zhì)線性單相滲流基本方程解決。氣體鉆井將高壓氣層打開之后，井壁巖石孔隙中的壓力與井筒中的壓力保持相等，而井壁巖石孔隙中的壓力會(huì)隨著與井壁表面距離的逐漸增加而增加，一直增加至與原始地層壓力相等，則井壁孔隙的壓力不在隨著井壁表面距離的變化而變化。井壁巖石所承受的應(yīng)力會(huì)隨著高壓氣層孔隙壓力的變化而變化，產(chǎn)氣層井壁穩(wěn)定性也會(huì)隨著井壁巖石所受應(yīng)力的變化而變化。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)計(jì)算表明，井壁的穩(wěn)定性與井壁的穩(wěn)定性值呈反比例關(guān)系，即井壁穩(wěn)定性值越小，井壁的穩(wěn)定性越好，井壁的穩(wěn)定性值越大，井壁的穩(wěn)定性越差。而高壓氣層孔隙壓力的變化對井壁穩(wěn)定性的影響十分明顯。高壓產(chǎn)氣層的孔隙壓力分布與地層不產(chǎn)氣的原始孔隙壓力分部相比較，產(chǎn)生高壓氣層之后，井壁周圍的孔隙壓力會(huì)明顯降低，井壁巖石所承受的應(yīng)力值會(huì)急劇增大，井壁穩(wěn)定性值降低，即高壓氣層的產(chǎn)生會(huì)使得井壁孔隙壓力降低，進(jìn)而使高壓產(chǎn)氣層井壁的穩(wěn)定性增加［2］。

2.2高壓氣體流動(dòng)對井壁穩(wěn)定性的影響

高壓氣層氣體鉆井的高壓氣體產(chǎn)生過程中除了會(huì)影響井壁孔隙的壓力之外，高壓氣體的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生徑向應(yīng)力作用于井壁的巖石表面，而產(chǎn)生的該徑向應(yīng)力會(huì)使得井壁表面的巖石產(chǎn)生向井眼移動(dòng)的趨勢，若該徑向應(yīng)力達(dá)到一定的數(shù)值，則會(huì)使井壁表面的巖石與井壁表面脫離，進(jìn)而引起井壁坍塌。徑向應(yīng)力對井壁表面巖石的作用力主要是高壓氣體流動(dòng)產(chǎn)生的壓差引起的。根據(jù)相關(guān)的力學(xué)公式可以看出高壓氣體流動(dòng)對井壁表面巖石的徑向作用力與井壁孔隙中的梯度壓力變化情況有關(guān)。即高壓氣體在未打開之前，地層孔隙的壓力保持初始狀態(tài)，井壁中沒有高壓氣體的流動(dòng)，井壁表面巖石不受徑向作用力的影響。高壓氣層打開之后，高壓氣體會(huì)快速進(jìn)入地層，井壁表面巖石隨之受到徑向壓力的作用。且在高壓氣層產(chǎn)生的瞬間，井壁表面巖石受到的徑向應(yīng)力作用最大，而隨著與井壁表面距離的增加，巖石所受到的徑向作用力逐漸減小。隨著高壓氣層打開時(shí)間的逐漸延長，井壁表面巖石所受到的徑向作用力也會(huì)隨之減小。高壓氣層打開的瞬間，井壁表面巖石所受到的徑向作用力最大，此時(shí)井壁的穩(wěn)定性最差。隨著高壓氣體產(chǎn)生時(shí)間的逐漸推移及隨著與井壁表面距離的逐漸增加，井壁巖石所受到的徑向作用力逐漸減小，對井壁的穩(wěn)定性影響也越?。?、4］。

3　結(jié)語

高壓氣層氣體鉆井技術(shù)是目前較為先進(jìn)的鉆井技術(shù)，但由于高壓氣層氣體鉆井技術(shù)應(yīng)用的過程中影響井壁穩(wěn)定性的因素很多，井壁的穩(wěn)定性受到的影響很大，因此，積極探究高壓氣層氣體鉆井技術(shù)中井壁穩(wěn)定性的影響因素對高壓氣層氣體鉆井技術(shù)的發(fā)展與成熟應(yīng)用十分必要。

［1］劉厚彬，孟英峰，萬尚賢等.高壓氣層氣體鉆井井壁穩(wěn)定性分析［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（11）：59-62.

［2］曾桂元，王存新，李皋等.川西地區(qū)氣體鉆水平井井壁穩(wěn)定性評價(jià)模型研究及應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2012，35（2）：28-31.

［3］孟英峰，吳蘇江，陳星元等.邛崍1井氮?dú)忏@井事故分析（Ⅱ）——事故過程的還原及教訓(xùn)［J］.天然氣工業(yè)，2015，35（10）：135-144.

［4］李家旺，張澤天，蘇鑫，唐秀軍，殷佼龍，張興可.井壁穩(wěn)定性實(shí)時(shí)預(yù)測技術(shù)研究［J］.石化技術(shù)，2015（01）.

余武軍（1970-），男，工程師，畢業(yè)于中國石油大學(xué)石油工程專業(yè)，從事油田定向井，水平井施工及研究。