亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        鉆井過程中井筒裂縫動態(tài)擴展規(guī)律研究

        2021-05-24 03:08:38張羽臣劉海龍
        非常規(guī)油氣 2021年2期
        關(guān)鍵詞:單條渤中成組

        張 磊,謝 濤,張羽臣,竇 蓬,劉海龍

        (1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459;2. 海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室,天津 300452)

        0 引言

        渤海灣渤中區(qū)域東營組硬脆性泥巖地層中微裂縫發(fā)育,鉆井過程中容易出現(xiàn)井漏與井塌等復雜情況[1-2],裂縫動態(tài)擴展規(guī)律的認識對于選擇合理的堵漏材料尺寸及防止坍塌至關(guān)重要。

        隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,許多學者基于彈性理論及有限元法開展了裂縫寬度變化規(guī)律的研究[3-8],但普遍未考慮裂縫延伸的變化規(guī)律,僅基于裂縫初始長度分析裂縫寬度的動態(tài)變化規(guī)律,這顯然與工程實際不符。

        基于上述背景,筆者利用有限元數(shù)值模擬法,創(chuàng)新性地建立了裂縫動態(tài)擴展與井筒壓力、地層巖石力學參數(shù)的預測模型,確定了單條裂縫與成組裂縫的延伸長度、寬度以及沿裂縫應(yīng)力分布隨壓差及初始裂縫長度的變化規(guī)律,為渤中區(qū)域堵漏措施提供一定指導。

        1 渤中區(qū)域地層裂縫發(fā)育情況

        渤中區(qū)域東營組鉆井作業(yè)過程中漏失、卡鉆、井壁垮塌、電纜測井粘卡等復雜情況頻發(fā),鉆井作業(yè)難度大,生產(chǎn)效率低下。為探明鉆井復雜情況發(fā)生機理,特針對該地層進行地質(zhì)取心,并利用掃描電鏡儀器觀察巖心微觀結(jié)構(gòu),如圖1所示??梢钥吹剑Y(jié)果顯示泥巖巖心較為致密,但粒間明顯存在孔縫、層狀結(jié)構(gòu)明顯,孔縫寬度約為5~10 μm。當井筒裸露地層中存在開度很小的天然裂縫時,井筒壓力高于地層壓力的條件下,鉆井液將在正壓差的作用下進入裂縫,從而使裂縫發(fā)生動態(tài)變化[9-11]。

        圖1 渤中區(qū)域東營組巖心掃描電鏡圖Fig.1 SEM of Dongying Formation core in Bozhong area

        2 渤中區(qū)域地層裂縫動態(tài)擴展模型建立

        2.1 基本假設(shè)

        渤中區(qū)域地層中存在天然裂縫,但天然裂縫在地層中發(fā)育不規(guī)則,裂縫走向、形狀、大小并無統(tǒng)一標準,為保證存在數(shù)值解且簡化計算模型,以井筒附近的垂直裂縫為例開展模擬研究[12-13]。假設(shè)裂縫有一定長度、寬度且端部存在銳點,因此根據(jù)彈性力學有限元理論,該研究屬于平面應(yīng)變問題,并做出了如下假設(shè)[14]:1)假設(shè)地層巖石為各向同性;2)假設(shè)地層巖石為小變形彈性體;3)假設(shè)裂縫面為平面。

        2.2 有限元力學模型

        單條及成組裂縫有限元模型圖如圖2、圖3所示。圖2中,ABCD為長500 mm、寬400 mm的巖石體,AD段為井壁,EFIH為垂直于井筒的裂縫段。分析過程中,AD,EF與HI井段施加井筒有效液柱壓力,ABCD巖石體賦予初始地層有效應(yīng)力,其中裂縫段平行于水平最大主應(yīng)力方向,AB,BC,CD段施加固定約束。對巖石體賦予平面應(yīng)變CPS4R單元;利用內(nèi)聚力單元來模擬裂紋的產(chǎn)生和擴展,即對FGKI段賦予內(nèi)聚力COH2D4單元,并定義單元厚度為0,來實現(xiàn)裂縫端部銳點的存在。同樣的,對于成組裂縫擴展模擬采用相似的約束與單元劃分,不同之處在于對AD,EF,HI,LM,OP段同時施加井筒有效液柱壓力,并對EGJI,MNQP段賦予內(nèi)聚力COH2D4單元,定義單元厚度為0。

        圖2 單條裂縫有限元模型圖Fig.2 Finite element model of single crack

        圖3 成組裂縫有限元模型圖Fig.3 Finite element model of group fracture

        2.3 巖石力學參數(shù)

        以渤中區(qū)域某一深井的巖石力學參數(shù)作為有限元模型計算依據(jù),并開展后續(xù)分析。巖石彈性模量為20 GPa,泊松比為0.25,上覆巖層壓力71.83 MPa,水平最大主應(yīng)力64.41 MPa,水平最小主應(yīng)力55.31 MPa,孔隙壓力45.19 MPa。

        以雙線性本構(gòu)模型作為裂縫擴展的判斷準則,如圖4所示。本構(gòu)模型描述了材料達到強度極限前的線彈性段和材料達到強度極限后的剛度線性降低軟化階段的應(yīng)力-位移變化關(guān)系[9-10],其中關(guān)系線的斜率為材料剛度,應(yīng)力最高值為極限強度,關(guān)系線包絡(luò)面積為臨界斷裂能量釋放率,通過定義這3個參數(shù)來實現(xiàn)本構(gòu)模型的定義。研究中定義模擬裂縫的內(nèi)聚力單元剛度為50 MPa,極限強度為10 GPa,臨界斷裂能量釋放率為0.2 MPa。

        圖4 雙線性本構(gòu)模型示意圖Fig.4 Schematic diagram of bilinear constitutive model

        3 渤中區(qū)域地層裂縫動態(tài)擴展模擬結(jié)果分析

        3.1 正壓差下裂縫動態(tài)擴展規(guī)律分析

        為研究井筒內(nèi)正壓差下的裂縫動態(tài)擴展規(guī)律,假定初始裂縫長50 mm、寬2 mm,在其他參數(shù)不變的條件下不斷增加井筒正壓差,從而得到了沿裂縫不同位置處的等效應(yīng)力及擴展規(guī)律,如圖5、圖6所示。結(jié)果表明,在一定壓差作用下,距裂縫尖端的位置越近,等效應(yīng)力越大,最后在尖端位置應(yīng)力急劇增加,如該位置處聚集能量超過臨界斷裂能量,則裂縫發(fā)生擴展延伸;隨著井筒壓差的增加,相同裂縫位置處的等效應(yīng)力呈增大趨勢,尖端處約呈0.78 MPa/MPa的趨勢增加。同樣地,壓差一定時,裂縫寬度變化最大值位于井壁上,呈類似拋物線的變化規(guī)律擴展至裂縫尖端;隨著井筒壓差的增加,相同裂縫位置處的寬度變化也呈增加趨勢,井壁處約呈0.01 mm/MPa的趨勢增加。

        圖5 裂縫沿程的等效應(yīng)力變化Fig.5 Change of equivalent stress along the crack path

        圖6 裂縫沿程的裂縫寬度變化Fig.6 Change of crack width along the crack path

        同時認識到,井筒壓差在較小時,裂縫寬度即呈現(xiàn)明顯的變化,這說明在井筒液柱的擾動下,裂縫極易張開;而在井筒壓差達到19 MPa時,裂縫向前發(fā)生了5 mm延伸,增大井筒壓差到22 MPa,裂縫進一步發(fā)生延伸,說明在發(fā)生第一次延伸后,裂縫延伸所需井筒壓差間隔逐漸減小。

        3.2 初始裂縫長度變化下裂縫擴展規(guī)律分析

        為研究初始裂縫長度變化的條件下的裂縫擴展規(guī)律,假設(shè)井筒正壓差2 MPa、初始裂縫寬度2 mm,在其他參數(shù)不變的條件下改變初始裂縫長度(長度分別為50 mm,60 mm,70 mm),得到了在其他參數(shù)不變的條件下等效應(yīng)力與裂縫寬度變化規(guī)律,如圖7、圖8所示。結(jié)果表明,隨著初始裂縫長度的增加,裂縫沿程的有效應(yīng)力值呈降低的趨勢,但在裂縫尖端處的有效應(yīng)力約呈0.06 MPa/mm的趨勢增加,表明在裂縫長度變大的情況下,裂縫尖端處的有效應(yīng)力也變大,裂縫更容易開啟;裂縫沿程的寬度變化則隨著裂縫初始長度的增加而增大,井壁處約呈0.003 mm/mm的趨勢增加,同樣也驗證了裂縫更容易開啟的趨勢。

        圖7 同壓差下沿裂縫不同位置處等效應(yīng)力變化Fig.7 Change of equivalent stress at different positions along the crack under the same pressure difference

        圖8 同壓差下沿裂縫不同位置處寬度變化Fig.8 Width variation along different positions of cracks under the same pressure difference

        不同初始裂縫長度下的裂縫延伸長度隨井筒壓差的變化規(guī)律如圖9所示??梢钥吹?,隨著初始裂縫長度的增加,裂縫初始延伸所需的井筒壓差逐漸降低,表明裂縫在井筒液柱壓力的作用下更容易發(fā)生擴展與延伸,初始裂縫長度對于裂縫擴展變化比較敏感。

        圖9 不同初始裂縫長度下的裂縫延伸長度隨井筒壓差的變化規(guī)律Fig.9 Variation of fracture extension length with wellbore pressure difference under different initial fracture length

        3.3 成組裂縫條件下裂縫擴展規(guī)律分析

        為研究成組裂縫條件下的裂縫擴展規(guī)律與單條裂縫不同之處,假定每條初始裂縫均長50 mm、寬2 mm、井筒正壓差2 MPa,得到了單條與成組裂縫條件下的沿裂縫不同位置處的等效應(yīng)力及裂縫寬度擴展規(guī)律,如圖10、圖11所示。可以看到,存在成組裂縫時,相同的井筒壓差下成組裂縫沿程所受的有效應(yīng)力減小,但裂縫尖端處的有效應(yīng)力增加;而成組裂縫寬度的變化較單條裂縫增加,說明存在成組裂縫時,裂縫更容易開啟。

        圖11 同壓差沿裂縫不同位置處寬度變化Fig.11 The same pressure difference changes along the width of different positions of the crack

        成組裂縫延伸長度隨井筒壓差的變化規(guī)律如圖12所示。與單條裂縫相比,成組裂縫在較低的井筒壓差下就發(fā)生裂縫延伸,且后續(xù)發(fā)生再次延伸所需的井筒壓差間隔逐漸減小,延伸的長度也更長。

        圖12 單條裂縫與成組裂縫延伸長度隨井筒壓差的變化規(guī)律Fig.12 Variation of the extension length of single fracture and group fracture with the wellbore pressure difference

        4 裂縫擴展延伸在鉆井過程中的應(yīng)用

        當鉆井過程中出現(xiàn)漏失時,通常要在鉆井液中加入堵漏材料,在裂縫處建立一道堵塞屏障,用以隔斷漏液通道。目前,國內(nèi)的堵漏材料仍以橋堵材料為主[15-17],其顆粒大小需要與發(fā)生漏失的裂縫相匹配。以往在設(shè)計堵漏材料尺寸時,通常把裂縫寬度視為靜態(tài)參數(shù)來進行設(shè)計,而忽略了井筒壓差變化時裂縫寬度產(chǎn)生的變化。下面以渤中區(qū)域某深井漏失點為例開展分析。

        渤中區(qū)域某一深井鉆進到3 000 m井深處發(fā)生漏失,漏速為38 m3/h,鉆井液密度1.39 g/cm3,鉆井液黏度30 mPa·s,循環(huán)排量1 800 L/min。建立有限元模型,計算參數(shù)為巖石彈性模量18 GPa,泊松比為0.23,上覆巖層壓力59.85 MPa,水平最大主應(yīng)力53.67 MPa,水平最小主應(yīng)力46.09 MPa,孔隙壓力37.65 MPa。該井漏失時所使用的鉆井液密度為1.39 g/cm3,此時井筒正壓差為3.9 MPa,因此得到該井筒正壓差下的裂縫寬度變化規(guī)律,如圖13所示。結(jié)果表明,井筒正壓差為3.9 MPa時,井壁上的裂縫寬度增加80 μm。設(shè)計堵漏材料顆粒時,綜合考慮了地層原有裂縫寬度及在井筒壓差下產(chǎn)生寬度變化的影響,現(xiàn)場降低排量至900 L/min,同時加入適配顆粒的隨鉆堵漏劑,歷經(jīng)6 h后觀察井口液面,不溢不漏,堵漏效果良好。

        圖13 渤中某區(qū)域深井漏失發(fā)生時的裂縫寬度變化規(guī)律Fig.13 Variation of fracture width when deep well leakage occurs in a certain area of Bozhong

        5 結(jié)論

        1)渤中區(qū)域東營組巖心電鏡掃描結(jié)果表明了該地層孔縫發(fā)育情況。因此建立裂縫動態(tài)擴展與井筒壓力、地層巖石力學參數(shù)的有限元模型,以雙線性本構(gòu)模型作為裂縫擴展的判斷準則,分析了單條裂縫與成組裂縫的延伸長度、寬度、沿裂縫應(yīng)力分布隨壓差及初始裂縫長度的變化規(guī)律。

        2)隨著井筒壓差的增加,裂縫尖端位置處的等效應(yīng)力約呈0.78 MPa/MPa的趨勢增加,井壁裂縫寬度約呈0.01 mm/MPa的趨勢增加,且壓差達到一定值時裂縫出現(xiàn)向前延伸;隨著初始裂縫長度的增加,裂縫尖端處的有效應(yīng)力約呈0.06 MPa/mm的趨勢增加,井壁裂縫寬度約呈0.003 mm/mm的趨勢增加,且裂縫初始延伸所需的井筒壓差逐漸降低;與單條裂縫相比,成組裂縫寬度及延伸長度變化幅度更大。

        3)以渤中區(qū)域某深井3 000 m處漏失情況為例,對微裂縫發(fā)育地層提出工程建議。漏失處井筒正壓差3.9 MPa,裂縫寬度增加80 μm,堵漏時應(yīng)考慮井筒壓差產(chǎn)生的裂縫寬度變化與地層原有裂縫寬度的綜合尺寸,以設(shè)計堵漏材料顆粒。

        猜你喜歡
        單條渤中成組
        11 例單條臍動脈栓塞產(chǎn)前超聲特征及臨床分析
        單條板凳躺著,才好看星星呢
        渤海灣盆地渤中凹陷探明全球最大的變質(zhì)巖凝析氣田
        渤中34-9油田古近系火山巖巖相特征與分布預測
        渤中26-3油田擴建項目主電站選型設(shè)計
        中國修船(2020年3期)2020-07-09 10:45:56
        航天典型結(jié)構(gòu)件成組加工工藝方法
        線性表成組鏈式存儲結(jié)構(gòu)研究
        渤中X油田沙一段生物碎屑白云巖井場識別方法
        錄井工程(2017年4期)2017-03-16 06:10:28
        成組集中策略下滾裝汽車堆場車位分配優(yōu)化
        成組條件下的研制批產(chǎn)混合調(diào)度方法
        国产精品熟女一区二区三区| 日韩偷拍一区二区三区视频| 四川老熟女下面又黑又肥| 操出白浆在线观看| 亚洲中文字幕不卡一区二区三区| 亚洲高清一区二区三区在线播放| 中文 在线 日韩 亚洲 欧美| 综合网自拍| 日韩精品成人一区二区三区久久久| 青青草在线这里只有精品| 欧美乱人伦人妻中文字幕| 国产91中文| 中文字幕在线人妻视频| 亚洲一区二区日韩专区| 久久精品黄aa片一区二区三区| 精品国产香蕉伊思人在线又爽又黄| av在线手机中文字幕| 青青草视频在线观看色| 成人免费无码大片a毛片软件| 国产一级片毛片| 人妻中文字幕一区二区三区| 日韩人妻久久中文字幕| 久久精品亚洲一区二区三区浴池| 日韩a∨精品日韩在线观看| 亚洲精品二区在线观看| 一区二区三区免费看日本| 男人扒开添女人下部免费视频| 精品无码一区二区三区爱欲九九 | 手机av在线中文字幕| 玩弄放荡人妻少妇系列视频| av天堂精品久久久久| 国产一区二区三区亚洲天堂 | 亚洲高清国产拍精品熟女| 国产亚洲av另类一区二区三区| 亚洲日韩欧洲无码av夜夜摸| 国产精品成人av电影不卡| 日韩有码在线一区二区三区合集| 国产精品久久国产精品99| 久久久久中文字幕无码少妇| 国产精品一区二区三区三| 欧美精品国产综合久久|