井壁质量

井壁质量（共7篇）

井壁质量 篇1

摘要：为了保证井壁的施工质量, 分析了水灰比、坍落度、井壁质量三者之间的相互关系及影响, 得出了选配混凝土水灰比的原则:不仅要满足混凝土强度、耐久性的要求, 还需兼顾其和易性。通过混凝土配比试验选出了既能降低混凝土施工难度、又能满足井壁施工质量要求的最佳水灰比。

关键词：滑模,和易性,强度,耐久性,混凝土水灰比,坍落度,井壁质量

永煤集团在永城矿区已建成了陈四楼、车集矿、城郊矿、新桥矿4对矿井, 其主、副井井筒因穿过较厚的冲积层均采用了冻结法凿井, 冻结段井筒均为双层钢筋混凝土夹层复合井壁。液压滑模法是施工井筒冻结段内壁的主要方法之一, 然而在某个冻结井筒内壁滑模施工过程中, 围绕滑模施工速度与保证井壁质量的关系上, 出现了要在混凝土配合比的基础上减少混凝土拌和用水量、减小坍落度, 来加快滑模施工的速度和提高混凝土的施工强度的争议。现对混凝土水灰比、坍落度、井壁质量三者之间的相互关系及影响进行初步分析, 以得出最佳方案。

1工程对混凝土的要求及其性能指标含义

众所周知, 工程上对混凝土的要求是:①混凝土拌合物应具有与施工条件相适应的和易性;②硬化后应具有符合设计要求的强度;③长期使用应具有与工程环境相适应的耐久性。混凝土拌合物的和易性是指混凝土拌合物方便于各工序施工操作, 并获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是混凝土的一项综合技术指标, 包括流动性、保水性和黏聚性等3个方面的含义。流动性是指混凝土拌合物在自重力或施工机械振捣作用下能产生流动并均匀密实地填满模板的性能。流动性是用坍落度来衡量的, 坍落度的大小能反映混凝土拌合物的稀稠程度, 直接影响施工的难易程度及混凝土的施工质量。由于拌合物和易性内涵比较复杂, 目前尚无全面反映和易性的测定方法, 但根据《普通混凝土拌合物性能试验方法》 (GB/T50080—2002) 的规定, 用坍落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性, 并辅以直观经验来判断黏聚性和保水性。混凝土的强度是指抵抗变形与破坏的能力。混凝土的耐久性主要包括抗冻、抗渗、抗侵蚀、抗碳化、抗碱—集料反应及混凝土中的钢筋耐锈蚀等方面的性能

2水灰比和坍落度的关联性

混凝土的水灰比和坍落度两者既有区别又有联系, 区别是2者是不同的概念, 水灰比和坍落度的大小不呈线性关系, 但两者却有着高度的相关性。混凝土拌合物中水泥浆的稠度往往是由水灰比决定的, 在不掺入外加剂的普通混凝土中, 水灰比大时, 坍落度则相应较大, 反之亦然。某些文献资料中在描述混凝土水灰比与坍落度的相互关系中, 提到的混凝土强度计算公式:Rh=0.46Rc (C/W-0.52) , 它只适用于水灰比为0.4～0.8范围内不掺用外加剂的普通混凝土, 而水灰比小于0.4和配制强度为C60及其以上的高强、高性能混凝土水灰比中的用水量, 需通过试验确定。

3水灰比和坍落度与井壁质量的关系

对于不掺用外加剂的普通混凝土, 混凝土强度随水灰比的增大而降低, 其规律呈曲线关系, 而与灰水比呈直线关系。因此, 在满足施工要求并保证混凝土均匀密实的条件下, 水灰比越小 (但必须在混凝土配合比中所要求的水灰比规定范围内) 混凝土强度越高。如果水灰比过小, 导致反映混凝土拌合物和易性的3个指标之一 ——拌合物的流动性 (坍落度) 较差, 那么混凝土拌合物过于干稠, 施工难度增大, 就会出现蜂窝、孔洞、混凝土不密实等质量缺陷, 还会导致混凝土强度严重下降的后果, 也必将降低混凝土的耐久性能。因此混凝土用水量越小强度越高的观点是不全面的, 也是不正确的。这是由于一方面混凝土拌合物中水泥水化时所需的理论结合水, 一般占水泥质量的23%左右[1]。因此混凝土拌合物用水量有一个最低的限度, 否则水泥的水化反应就不能充分进行。另一方面混凝土拌合物在水泥用量一定的情况下, 用水量越小, 水灰比也就越小。当水灰比过小时, 水泥浆干稠, 混凝土拌合物的坍落度太小会使施工困难, 不能保证混凝土的密实性和耐久性。当增大水灰比时, 会使坍落度增大, 会使混凝土拌合物产生流浆、离析现象, 造成多余水分残留在水泥石中形成一定数量的毛细孔, 降低了混凝土的强度等质量指标。所以, 水灰比不宜过大, 也不宜过小。应根据混凝土的强度和耐久性的要求合理选用水灰比, 而不是片面强调减少水灰比对提高混凝土强度的作用。

4水灰比和坍落度对井壁质量的影响

若未重新进行混凝土配合比试验而盲目大幅度地减小混凝土拌合物中的用水量, 混凝土水灰比将会变小, 但水泥用量从理论上讲则是相对增加的。若如此, 会使混凝土井壁外表层与内层水泥的水化程度不一致, 导致混凝土的硬度、强度发展内外不能协调一致, 从而降低了混凝土中水分子的润滑、蒸发散热效应, 还会使井壁混凝土表层和中间层之间的水化热进一步增大。当温差大于25 ℃时, 将产生温差拉应力, 致使混凝土井壁出现裂纹、裂缝, 缺陷增多, 导致井壁的质量严重下降。但在施工中可以主动采取控制混凝土裂纹和裂缝的措施, 如水灰比要适当、降低水化热、加强振捣和养护等, 尽量减少井壁混凝土干缩裂纹和裂缝的数量和程度。

5结语

综上所述, 混凝土的水灰比与其坍落度不呈线性关系, 但两者却有着较高的相关性。一般来说, 混凝土的水灰比不宜过大, 也不宜过小, 应根据混凝土的强度和耐久性要求, 并兼顾到混凝土和易性的要求, 通过配比试验合理选用水灰比和坍落度。只有这样才能保证混凝土井壁的施工质量, 才能保证合理的滑模施工速度。

参考文献

[1]王春阳.建筑材料 (第2版) [M].北京:高等教育出版社:2006.

竖井施工及井壁支护 篇2

关键词：竖井,井壁,支护

0 引言

竖井是地下矿山的主要井巷之一, 是矿山生产期间用来提升矿石、上下人员和器材、通风及排水的直通地面的通道。竖井工程进展的快慢直接影响整个矿山施工进度计划和后续工程的开工时间, 对矿山、煤矿能否早日投产影响很大。因此加快竖井施工速度, 提高工程质量, 对于保证基建矿山早日投产和矿山生产的正常进行具有决定性的意义。

1 竖井施工

1.1 表土施工

在建井过程中, 通常将覆盖在地层上部的松散性沉积物和其下的岩石风化带称为表土。

1.1.1 临时锁口的安设

在稳定表土层中掘砌竖井, 首先按设计的井口规范下挖1m~2m, 然后安设临时锁口, 用来固定井口位置和悬挂临时支架。

1.1.2 表土挖掘及提升

安装了临时锁口, 做好临时支护后, 便可继续下挖。在无水而稳定的表层中, 特别是在硬粘土层中, 多采用全断面分层下挖法;在有水的条件下, 采用阶梯式环挖法, 先在井筒中央开挖超前集水小井, 以便降低水位、集中排水, 然后挖掘其余部分。

1.1.3 临时支护

表土层一般都比较松软, 承受井口周围建筑物及构筑物的压力较大, 井筒开挖后在水的冲刷和风化作用下, 井版帮容易坍塌, 因而随着表土的开挖必须及时架设可靠的临时支护。表土施工中多采用由井圈、背板、挂钩、顶柱和木楔组成的临时支架。

1.1.4 水的处理

凡是表土施工中发生的片帮垮塌, 井底涌砂冒泥, 壁后形成空洞, 进而发展成为井壁开裂脱落, 地表塌陷等严重事故, 大部分原因是对土层的水文地质条件不够了解, 施工方法选择不当以及对水的处理不力所致。因此, 除尽量避开雨季施工外, 还应该根据情况采取地表防水、井帮导水、截水、以及工作面排水等措施。

1.2 竖井施工方案

1.2.1 掘进单行作业

掘进单行作业是将井筒至上而下分成若干个井段, 在一个井段内首先至上而下掘进井筒, 同时进行临时支护, 待该端完成后, 在至上而下进行永久井壁的施工。

1.2.2 掘砌平行作业

其特点是砌壁、掘进分别在相邻的上下两个井段内同时进行。掘砌平行作业能比较有效地用空间和时间, 为提高成井速度提供了有效条件。但是这种作业方式需要的凿岩设备较多, 施工组织复杂, 掘砌工作容易相互干扰, 因此多用于围岩稳固、深度和断面较大的井筒。

1.2.3 短段掘砌作业

短段掘砌作业的特点是段高较小, 不需要临时支护, 掘砌工作在同一井段内进行。短段掘砌主要用于不够稳定的井筒。其优点是围岩暴露时间短, 易于维护, 省去了临时支架。但井壁接茬多, 不易保证质量。

1.2.4 掘砌安一次成井

掘砌安一次成井是指在井筒掘砌的同时, 进行井筒设备的安装, 一次成井。掘砌安一次成井作业工序多, 同时工作的人员及设备多, 劳动组织及施工管理更加复杂。要求掘进安三项工作要互相协调, 以免相互干扰。

1.3 基岩施工

基岩施工主要是由凿岩、爆破、通风、装岩、临时支护等工序组成。

1.3.1 凿岩爆破

凿岩爆破的工作一般占整个掘进循环时间的20%~30%。凿岩工作的快慢直接影响掘进速度, 而爆破质量的好坏直接影响装岩效率、循环进尺、断面规格和质量。

1.3.2 竖井掘进通风

竖井掘进时主要采用局扇进行通风, 通风方式有压入式、抽出式、混合式。爆破后产生的大量有害有毒气体, 因其温度高, 可沿井筒自然上升, 故竖井掘进时多采用压入式通风。由于抽出式通风在竖井掘进中排出污浊空气的能力较差, 因此只在只有瓦斯溢出的煤矿竖井中采用。在深井掘进时, 为迅速排走炮烟, 可用两套通风机混合通风。

1.3.3 装岩

竖井掘进中装岩工作是一项即繁重又费时的工序, 为提高装岩生产率, 常常采用以下途径:改变设备结构, 加强维修保养, 提高操作技术;采用深孔爆破, 提高爆破效率;提高清底效率;适当加大提升能力和吊桶容积。

1.3.4 井筒安装

井筒安装包括罐道梁、罐道、管道、电缆、梯子间及井底金属支撑结构等安装。除了采用掘砌安一次成井外, 都是在井筒掘砌完成后再进行井筒安装工作。主副两井筒贯通后要交替进行安装工作。根据罐道梁和罐道等安装时间的关系, 一般可采用分次安装和一次安装两种方式。

2 井壁支护

2.1 喷射混凝土支护

喷射混凝土支护的施工可将其混合料的运输、浇灌、捣固同一为一道工序, 并免除了装拆模板, 又可通过输料管越过障碍物向远距离的作业面进行任意方位的喷射, 工序简单, 机动灵活, 具有广泛的适应性;喷射混凝土支护层属于薄板结构, 一般约为普通混凝土支护厚度的一般或1/3, 从而又可减小巷道的掘进断面10%~20%, 还可减少掘进工程量;可以节约为立模板耗费的木材或钢材, 又能减少混凝土用量, 其功效更可以提高3倍~4倍;喷射混凝土不仅可以用做永久支护, 又可以和其他支架配合使用, 取长补短, 使其应用的地点和条件获得扩展。因而, 喷射混凝土支护是一种好快多省的支护。

喷射混凝土支护是把混凝土以高速、连续喷射到岩壁上, 故喷射混凝土具有密实性能, 水灰比小, 强度较普通混凝土高;它还具有较强的粘结性能, 这就是表现在与岩石、钢材间有较强的粘结能力, 在粘结面上还能传递拉应力和剪应力;另外, 由于在喷射混凝土中通常需加入速凝剂, 使得混凝土能早凝较快, 给围岩及时提供抗力。

2.2 锚杆支护

锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状支架。锚杆支护则是通过锚入岩体内部的锚杆, 改变围岩受力状态, 加固围岩。其支护作用主要表现为以下几个方面。

2.2.1 悬吊作用

锚杆将软弱、松动不稳定的围岩悬吊在较为坚硬而稳定的深部岩层里, 从而实现不稳定围岩不脱离、不脱落。

2.2.2 组合梁作用

锚杆锚如层状岩层后, 把数层薄层岩层组合成组合梁, 使其层间的摩擦力增大, 提高组合梁整体岩层的抗弯能力。在相同的情况下, 组合前后梁的挠度和内应力分布情况大不相同。假设有n层等厚度板, 每层板得横断面为, 组合前的抗弯断面模量, 组合后就如同一块厚度为的板受弯, 这是抗弯断面模量为, 故, 从而增大了组合量得抗弯能力。

2.2.3 加固供作用

大量的工程实践和试验表明, 在节理发育的破碎岩体中, 悬吊和组合作用不可能产生, 但打入锚杆后仍能对破碎岩体起支护作用。我国冶金建筑研究院曾用不稳定的混凝土拱模拟

不稳定岩层, 用钢筋砂浆锚固加固, 分别测定前后承载力并进行比对, 试验证明, 用锚杆加固以后, 承载力从7.7t增加到50.7t, 在同样荷载作用下的变形仅为不稳定拱的。马鞍山矿山研究院和铁道部科学研究院西南研究所都做了类似的试验, 有较为充分的试验说明, 在块裂介质体中打入锚杆, 能使其间的节理被挤紧而产生较大的摩擦阻力, 因此增大了沿结构面的抗剪强度, 增大了不稳定块体下滑阻力, 防止了块体移动的可能行, 也就提高了被锚固岩层的稳定。

参考文献

[1]张进生, 张政梅, 王志.石材矿山采技术[M].北京:化学工业出版社, 2007.

井壁修复常见方法的探讨 篇3

关键词：煤炭资源,立井井筒,井壁修复

0 前言

近几十年里, 立井井壁破裂现象在我国经常出现, 例如江苏徐州和安徽淮南淮北等地区煤矿。井壁一旦破裂, 会极大限制井筒的提升能力, 随之会产生很多安全隐患, 甚至导致一些安全事故的发生, 给煤矿的安全运营带来严重危害和重大的经济损失。所以怎样正确安全有效地修复井壁也显得格外重要。井壁破坏的原因纷繁复杂, 针对不同的破坏机理所采用的修复方法也有所区别。因此, 区分不同的井壁修复方法的使用条件就显得分外重要。

1 井壁破坏的特征

1) 地域方面。井壁破坏现象主要集中在我国江苏以及淮南淮北等地区。

2) 破裂条件相似。井壁破坏多位于底部疏水不畅的厚冲积层地区。

3) 反复破裂。井壁破裂后通过加固, 经过一段时间后仍有很大可能会再次发生一定程度的破坏。

4) 破裂形态。破坏位置多在表土层与基岩交界面附近, 与压裂破坏形态相似。现在有大量已建成的井筒穿过深厚表土层, 都可能面临着井壁破裂的威胁。当井壁刚开始发生破坏的时候, 常用手段是对破坏的井壁进行套筒或注浆等加固方法来处理。加固后一段时间内破坏井壁都会趋于正常, 但随着时间的推移, 已经加固后的井壁又会出现变形, 并且变形速率会比第一次变形速率更快, 甚至可能发生二次破坏现象。

立井井筒破裂机理的研究已经到了刻不容缓的地步, 为了确保煤矿的安全生产, 前提是必须先弄清楚立井井筒的破裂机理, 确定引起井壁破坏的主因, 进而采取针对性的措施对这些破裂井筒进行修复加固。

2 井壁破裂原因的研究

煤矿开采的主要对象是露天或浅层煤矿, 然而近些年随着开采深度的增加, 时常出现井壁破裂的情况。因而, 与之相关的煤矿井壁破裂方面的研究有了很多进展。其实在国外很多国家也出现过立井井壁破裂情况, 但是国外的立井破裂情况与我国黄淮地区出现的并不相同。所以对立井井壁破裂的相关研究主要还是来源于国内, 总结出来主要有以下几类。

1) 新构造运动说。新构造运动说认为井壁破坏现象是由于地壳运动使地层产生水平挤压, 致使第四系地层与基岩交界处产生应力集中而造成的。然而这种观点只能部分解释井壁破坏发生的一些现象, 并不具备足够的说服力。

2) 井壁施工质量说。井壁施工质量说认为井壁破坏现象是由于施工质量差而产生的, 然而破坏的井壁经过再次加固后, 破裂情况仍然会发生。显而易见, 这种观点也不具备足够说服力。

3) 地震学说。地震学说认为井壁破坏现象的发生地区相对集中, 有可能是由于地震带来的副作用。然而根据查阅资料发现在井壁破坏情况出现的时间段内, 有些地区处于地震平静低潮期。因而地震学说显然也是站不住脚的。

4) 竖向附加力学说。崔广心为代表提出的“竖向附加力学说”被广泛接受, 此观点认为, 由于深厚表土层底层失水, 上层土体固结沉降并相对井筒向下移动, 对井壁施加一向下的负摩擦力, 井壁中产生应力集中, 超过井筒中混凝土的承载极限时, 井筒发生破坏。目前此种学说被广为接受, 对井壁破坏的情况解释较为合理。

3 井壁修复的常见方法

1) 注浆加固法。注浆法也常称为灌浆法, 是利用液压、气压或电化学原理, 通过注浆管将各种能固化的浆液注入到地基土中, 浆液以填充、渗透和挤密的方式, 将土颗粒或岩石裂隙中的水分和空气排除后占据其位置, 经过一定时间后, 浆液将原来松散的土粒胶结成一个整体, 以改善地基土的物理力学性质。注浆加固主要分为地面注浆和破壁注浆两类。

( 1) 地面注浆: 为加大地层注浆加固地层的范围或井筒内部没有施工的条件, 可以采取在地面钻孔至冲积层的主压缩层, 对其进行注浆加固, 通过减少地层的竖向压缩量, 从而减小井壁的竖向附加应力。

( 2) 破壁注浆: 在井筒内打钻穿过井壁对地层进行注浆。壁后注浆的地层加固范围较小, 对于减小井壁的压缩变形并不显著, 并不能作为长期治理的方法。可有效减少漏水量, 施工费用低, 较常使用。

2) 卸压槽法。卸压槽指的是沿巷道两帮预先切割出一定宽度的缝槽, 保持一定的超前距, 使巷道前方一段距离内的煤体与煤层母体部分脱离。在卸压槽的保护范围内掘进, 可以避免煤与瓦斯突出。井壁修复中的卸压槽法和这有些类似。

在内层井壁合适位置开切环形卸压槽, 这是最简单也是应用最广泛的方法, 利用卸压槽内可压缩性材料的可压缩的特性, 保证井壁具有竖向可压缩性, 使井筒随着周围土体同步下沉, 减小井筒周围土体下沉而随外层井壁造成的附加力, 防治井壁的进一步破坏。此种方法简单、易行、效果好、成本较低。缺点是卸压槽处管线与管道很容易被压弯, 可以使用可压缩的管线及管道来解决; 开切卸压槽处的防水性要求较高, 尽量避开含水层, 可以安排在黏土或者基岩中, 否则将进行壁后注浆后方可。

3) 套筒加固。套筒加固是在附加应力大的井壁段和破裂井壁段, 在井筒内再套一层混凝土内壁用来加强井壁的强度, 一般厚200 ~ 350 mm, 套筒加固需要井壁有富余的断面面积。初始阶段井壁破坏具有突发性, 采用内壁加固可以尽快控制井壁破坏的进一步发展, 可提升短期内的安全运行。

井壁加固法只能约束井筒径向变形, 随着时间的推移, 井壁加固后的井壁变形初期发展缓慢, 随后, 变形速度日益变大, 变形量越来越大。

4 结语

井壁修复对煤炭开采的作用不言而喻, 然而在实际中井壁的修复依然存在着一些问题没有解决。要切实有效地解决这些问题仍然要从理论着手, 再从理论联系到实际, 才能真正的解决问题。

[ID:002627]

参考文献

[1]吴娟.基于正交试验的高强井壁设计分析[J].安徽理工大学学报:自然科学版, 2013, 33 (1) :55-57, 70.

[2]姚直书, 程桦.复加卸压槽法修固破裂井壁的技术研究[J].中国煤炭, 2002, 40 (10) :34-36, 38.

[3]程桦.横河煤矿主井破裂井壁的修复治理[J].煤炭科学技术, 1999, 27 (10) :

[4]荣传新, 史忠引, 程桦, 等.沉降地层破裂井壁修复治理工程设计原理[J].煤炭科学技术, 2004, 33 (7) :18-21.

[5]程德全.邱集煤矿井筒破裂机理分析及修复加固设计[D].淮南:安徽理工大学, 2015.

[6]王学.双卸压槽法修复破裂井壁的研究与实践[J].江西煤炭科技, 2008, 30 (2) :76-77, 92.

青东区块井壁稳定问题探讨 篇4

在油气勘探开发中, 钻井费用占了勘探开发费用的50%-80%, 研究和应用先进适用的钻井技术是降低钻井成本的关键。钻井过程中井壁失稳易造成井壁垮塌、缩径、漏失、卡钻及储层污染等井下复杂情况和事故, 严重制约了油气田勘探开发的发展。因此, 正确认识和有效评价地下复杂的围岩环境, 深人探索井壁稳定机理, 建立预测理论和控制模型, 有效控制钻井过程中的井壁失稳, 是实现优质、安全、高效和低成本钻井的关键。由于新探区地质资料少, 传统的地层压力、井壁稳定和地应力研究方法已满足不了钻井工程的需要。因此, 需要针对具体区块的具体情况对井壁稳定技术进行相应的研究和攻关。

人们对井眼围岩失稳的研究基本上从力学和化学两方面着手, 即从岩体力学、流固藕合的角度以及泥页岩水化机理与控制水化的各种方法的角度来研究井眼围岩失稳机理及其对策, 这类研究基本上仍停留在试验观察和定性分析阶段。最初, 力学和化学两方面的研究平行进行, 几乎没有什么交叉或联系。20世纪70年代, 人们开始用力学和化学相结合的方法对泥页岩井眼失稳机理进行研究, 但由于问题的高度复杂性, 1970年到1990年间, 主要进行了泥页岩井眼失稳机理的力学和化学相结合的试验研究。进入20世纪90年代之后, 泥页岩稳定性的力学和化学藕合研究开始进人定量化数学描述阶段。

研究表明, 井壁失稳影响因素主要归结为以下几方面:原地应力的影响;地层强度的影响;钻井液的影响:钻井液的密度、钻井液的活度、钻井液滤液的侵入;温度的影响;钻井工艺的影响:钻井液液柱压力不能平衡地层压力、钻井液体系和流变性能与地层特性不相适应、钻具组合的影响, 钻井液液面下降、压力激动。

1 力学化学耦合法数值计算泥页岩井壁应力思路

在进行泥页岩井壁力学化学耦合模型建立时, 做以下假设:假设该泥页岩地层为横向各向同性, 即在水平方向上性质相同, 而在垂直方向上不同;假设该井处于平面应变状态, 即垂直方向上的应变为零;假设泥页岩因吸水而产生的应变在水平方向和垂直方向不等, 其相关系数可用各向异性比值表示, 此值可经试验验证;假设泥页岩为线弹性材料。

通过耦合模型建立及水化应力相关计算, 可以得出泥页岩地层吸水后井眼周围的应力分布规律:由于吸水后泥页岩软化, 致使井壁附近周向应力下降, 但距离井壁一定深度处 (2~5cm) , 水化后造成切向应力增大, 且该处所受应力最大。随时间推移, 水化造成切向应力的最大值处不断向地层深处移动, 但切向应力最大值变化不大, 表现为井壁水化破坏区将不断扩大, 直至井壁产生周期性坍塌。

计算出泥页岩水化后井眼周围的应力分布后, 进而可以预测泥页岩的水化坍塌压力及坍塌周期预测。

1.1 地层坍塌压力的确定

剪切破坏如图1所示, 剪切面的法向和σ1的夹角等于θ, 法向正应力σn, 切应力为τ。根据Coulomb-Mohr准则, 岩石破坏时切应力面上的切应力必须克服岩石的固有剪切强度C值 (称为内聚力) 加上作用于剪切面上的摩擦阻力, 即:

Coulomb-Mohr准则是目前岩石力学中最成熟的强度条件。根据应力的莫尔圆关系, 正应力和剪应力可以由最大主应力σ1和最小主应力σ3表示、则式 (2) 也可以表示为:

通过三角运算可以将它写成以下形式:

式 (3) 表示的是岩石平衡的极限应力状态, 当剪应力增大超出此状态时, 岩石即发生破坏, 即井壁岩石不发生坍塌破坏的条件可表示为:

由于是隐函数, 在求取确保井壁岩石不发生坍塌破坏的最小泥浆密度ρc时, 需要迭代求解。

井壁岩石的剪切破坏是钻井液密度过低所致。通常, 两个水平地应力的大小是不相等的, 这必然造成井壁各向应力不均, 井周角θ不同, 井壁应力大小也不一样, 这必然造成在不同井周角上保持井壁岩石不发生坍塌所需要的泥浆密度 (井内液柱压力) 也不同, 当然, 在计算地层坍塌压力时, 必须保证井周各方位井壁岩石都能维持稳定。

1.2 地层破裂压力的确定

地层的破裂是地层受拉应力作用的结果, 对地层破裂压力的准确计算, 必须从井壁岩石应力状态和岩石力学特性出发, 使用岩石的拉伸断裂准则, 即当井壁岩石所受有效拉伸应力达到岩石的抗拉强度时, 岩石就发生破裂。对于拉伸破坏一般采用最大拉应力理论, 即当应力满足式 (5) 时, 井壁岩石拉伸断裂。

St为岩石抗拉强度, MPa。

对于不同的井眼轨迹需要使用不同的钻井液密度以保证井壁有效应力σ3不至于使岩石拉伸破坏。式 (5) 也是一个包含钻井密度和井眼产状在内的隐式方程, 同样需要对具有一定井斜角和方位角的井眼进行全井周角的计算求解。

2 青东区块地质特点

青东区块新近系明化镇、馆陶组地层较薄, 披覆产状, 西侧靠近青坨子凸起的馆陶组直接覆盖在中生界及更老的地层之上。区内古近系地层埋藏浅, 以沙河街地层为主, 超覆于中生界地层之上, 全区缺失东营组、沙一段地层, 主要残留沙二段、沙三上至沙四上地层, 局部残留孔店地层 (见图2) , 以青东12为例, 新生界一下地层的分层数据见表1, 自馆陶组以下录井井段地层岩性组合特征如下:馆陶组:为厚层灰白色砂砾岩、砾状砂岩夹灰绿色、灰色、绿灰色泥岩、泥质粉砂岩及粉砂岩互层的岩性段, 局部发育了灰质夹层, 呈不等厚互层。沙二段:灰色粉砂岩与泥岩互层。沙三段:上部为深灰色泥岩, 夹一中层厚度油泥岩, 中部灰白色细砂岩与灰白色泥岩互层, 下Á部厚层浅灰色泥岩。沙四段:以灰白色含砾岩为主, 夹厚薄不一的泥岩, 局部为浅灰色白云质泥岩。孔店组孔一段:岩性为浅灰色、紫红色泥岩、含膏泥岩夹两层灰白色泥膏岩。中生界:中性火山侵入岩。太古界:花岗片麻岩。

构造特征如下:青东凹陷是发育于郯庐断裂带的具有强烈走滑特征的早期山间断陷盆地, 隶属济阳坳陷, 其西北以垦东-青坨子凸起为界, 东南为潍北凸起, 具有“三断一超, 南北分割”的地质结构特征, 凹陷南、北、东均以断层为界, 西北以垦东-青坨子凸起斜坡超剥带, 凹陷构造分割强烈, 发育两条近东西走向呈狭长条带展布的低凸起, 形成南北向上洼隆相间的构造格局。青东凹陷内部断层非常发育。平面组合表现为一系列与边界主断层近于直交、以北西西走向为主的断层成对出现, 平行排列;剖面组合多呈典型的花式、负花式构造, 反映了青东凹陷强烈的走滑构造特征。由于断层非常发育, 造成青东凹陷构造分割非常强烈, 各次级局部构造多呈北西西走向的狭长条带展布 (见图3) 。

3 青东32井施工情况及处理

二号平台在青东32井的施工中, 下第三系地层成岩较为复杂和特殊, 地层在实钻过程中井壁出现过多次失稳现象, 在这口井施工中对该地区有了更多的认识和经验积累。

3.1 青东沙四段地层的不稳定因素和对策

3.1.1 地层以伊利石为主, 地层层理发育, 泥页岩往往处于强地应力作用下, 应而裂隙发育, 坍塌掉块大

3.1.2钻井工艺的影响和对应措施

钻井过程中钻头破碎底部地层岩石的同时, 就对井壁岩石也造成一定的损害, 并打破了地层原始的地层平衡。在钻井施工中如何控制钻井参数和施工操作过程提前设计好。下面对钻井参数和施工操作进行可控和不可控分析应对措施进行探讨。

(1) 钻具起下钻和旋转对井壁的碰击, 导致井塌

钻具起下过程中的碰击虽然不可避免, 但是可以合理控制起下速度, 减轻对井壁的损害。钻进中钻具运动常规的6种形式, 自转、公转、自转和公转结合 (这是主要运动方式) , 纵向振动、扭转振动、横向摆动对井壁都能造成不同程度的损害。在追求高效钻进时一般不考虑钻具运动造成的损害, 也不是完全不可以控制的, 如可以通过对地层钻具结构及使用钻头了解的情况, 合理控制转速和钻压钻井液性能来减轻对井壁的损害, 这是在钻井过程不可避免的损害, 是不能完全可控的损害。但是可以提高钻井液的内结构力的粘持性, 固体封堵材料的缓冲作用, 特别是钻井液的润滑性的减磨作用都能相应减轻机械损害。Á

(2) 井内压力激动剧烈, 易引起易塌地层剥落

井眼不畅通, 钻井液结构力较强。起下钻速度过快和开泵过猛都能造成井内强烈的压力激动。这两种情况都是人为操做可以控制的。ÁÂÃÂÃ

(3) 井内液柱压力大幅度降低, 造成岩石受力失衡, 易导致严重井塌ÁÂÃÄÁÅÆÇÁ

起钻没及时灌浆和井漏都能使井内液柱压力下降, 可以导致井内液柱对井比的支撑力下降, 岩石将失去应有的支撑力;井壁将严重失稳。对策是起钻时及时灌满钻井液, 严格坐岗观察有无井漏情况, 发现漏失及时处里。

(4) 钻井液对地层的冲击大, 易造成地层产生大量的剥蚀掉片

钻井液对井壁的冲刷力, 是可以通过采用合理的钻井液泵排量和钻井液流型得到可控。

3.2 钻井液对地层的影响及对应措施

钻井液来控制地层坍塌主要是从三个方面考虑:物理、化学、封堵。井壁的不稳定的根本就是钻井过程中打破了地层的原始地应力的平衡状态;井壁稳定根本就是力学平衡的从新建立和维护。

3.2.1 钻井液密度要合适;应依据地层坍塌压力和破裂压力来确定

合适的钻井液密度是保持井眼有足够的支撑力, 是井眼力学的力学基础, 是首要确定的因素。要保持井眼稳定钻井液密度应保持在一定合理的范围之内, 即安全钻井液密度窗口。影响这一合理钻井液密度的主要因素有:原地应力, 地层空隙压力, 地层强度参数, 钻井液类型与理化性能, 井斜角, 方位角等。

影响确定钻井液密度主要因素很多, 井壁稳定问题非常复杂, 地层原地应力, 井筒液柱压力, 地层岩石力学特性, 钻井液性能以及工程施工等多因素综合作用的结果。对深井还要考虑井温变化引起的附加变化应力。不确定的因素如原地应力、地层的坍塌压力、地层的破裂压力等。在现场施工中是很难确定符合地层及钻井工程要求的钻井液密度。

3.2.2 提高钻井液的抑制性;保持钻井液的具有较强的封堵性, 阻止大量钻井液进入层理和裂隙

(1) 提高钻井液的抑制性, 减少钻井液中的劣质固相, 用钻井液材料中特殊离子钾和氨离子;在泥岩中嵌入封闭泥岩的结构作用来提高地层稳性。钻井液PH值不易太高;钻井液中的OH-离子富集吸附在粘土上;OH-携带的大量水分子给泥岩造成水化膨胀及分散, 加速地层的坍塌 (一般PH在8-8.5就可以) 。提高钻井液液相粘度, 减少钻井液自由水的量, 加入沥青和树脂封堵才料提高泥饼质量。还可以加入一定量的细颗粒的随钻堵漏材料;石墨粉;WFT弹性微球等进行物理封堵性。Á

(2) 在钻井是可以预水化好粘土浆;可也随时补充钻井液的优质土相, 保持一定钻井液悬切能力同时改善泥饼质量。因为大多化学处理剂都是和粘土发生作用;才能有效发挥处理剂的作用的。

(3) 提高钻井液的成膜效应, 保持钻井液的活度和地层活度相等, 减少钻井滤液中的离子和泥页岩的离子交换。

a.在钻井液中具有成膜胶束原理的化学处理剂有:聚胺、TSG氨基聚糖等。

b.聚合多元醇的浊点效应也是可以形成膜效应, 起到封堵裂缝。

c.液体润滑剂在地层表面吸附形成有油液膜可以阻挡水分子进入地层。

(4) 钻井液粘度要高;避免较高反速对井壁的冲刷;同时可约束钻井液自由水进入地层.适当的高粘度比低粘度好。一般在沙河街组钻井液粘度60-80s, API失水小于等于2ml, 高温高压滤失小于等于10ml。

4 青东32井实钻中的二次井眼不稳定的处理情况

4.1 井壁失稳情况

2011年12月25日17:00点钻至3342米沙四段, 3342米时循环钻井液短起完后, 22:00点循环钻井液期间震动筛返出大量掉块。 (钻井液性能:粘度60s;密度1.37;失水3.2ml) 随即判断井壁失稳。钻井液性能做了一定调整密度提高到1.40-1.41g/cm3, 粘度提高80-86s, 循环观察无掉块返出再次起下钻。下至3212米遇阻开始划眼, 26日冲管坏起钻, 28日换牙轮钻头下钻至05:00点3140米遇阻开始划眼。划眼期间钻井液加入了大量的海泡石土粉、超细碳酸钙、磺化沥青、胺基聚醇、磺化酚醛树脂。划眼钻井液性能:密度1.45-1.48g/cm3, 粘度116-185s, 失水1.4-2ml, 静切力10-16/22-32mpa。划眼也经过了两个阶段:开使采用高粘大排量划眼, 前期划眼较快后面越划眼困难, 蹩泵和蹩钻越来越严重。后来采用顾首席专家提出的高粘低排量钻头小钻压研磨方法进行划眼, 避免了蹩钻蹩泵的现象, 取得了良好的效果。2012年1月17日划完坍塌井段。

4.2 井下漏失情况

青东32井在小井眼钻井时先后发生大小5次井漏, 这里就说一下2012年4月10日00:50的蹩压堵漏情况。4月10日00:50井深3833米时发生井漏, 泵压从13.4mpa降至11.8mpa, 漏失量15m3, 漏速22.5m3/h。4月11日20:30光杆钻具下到位, 将小排量将配制好22方的堵漏剂打入井内, 4方能注满裸眼环空, 实际注入5方, 钻杆内预留17方。随即关井蹩堵漏浆蹩压至13mpa开使漏失, 注堵漏浆期间泵压13MPa降至6MPa, 漏失7.5方停泵蹩压, 静止蹩压期间泵压从6MPa升至9MPa, 4月12日06:10开井循环泵压提升至15MPa观察无漏失现象起钻换PDC钻头恢复钻进。45方原井浆基础上配堵漏浆, 共加入2t海泡石土粉、1t单封、1t随钻堵漏剂、2t复合堵漏剂、1t直径4毫米的核桃壳。

5 对强地应力脆硬性破碎泥页岩地层出现的周期性坍塌的认识

在青东32井实钻过程中, 的确出现了多次人们脆性泥页岩周期性坍塌现象。以沙四段出现较频繁, 一般出现时间为3-4天为一周期。坍塌特点表现为坍塌掉块大;井段长;划眼困难; (蹩泵蹩钻严重, ) 易出现卡钻现象有可能卡死。通过分析后, 有可能避免出现周期坍塌的可能性。

青东地区青东凹陷位于济阳坳陷东部, 郯庐断裂带以西, 是一个新生代箕状断陷盆地, 西北以垦东-青坨子凸起为界, 东南紧邻潍北凸起, 西南与东营凹陷青南洼陷相通。青东凹陷是发育于郯庐断裂带西侧的具有强烈走滑特征。青东内部断层发育, 地层倾角大。在实钻青东32井直井中出现井斜难控制 (青东32井最大井斜15度) , 钻井液密度比埕岛地区同地层同深度时支撑井壁密度要高, 可以看出青东地区是强地应力地区。沙四段较厚的层理发育的泥页岩受挤压易出现破碎地层。沙四段下过大段红泥后空隙大的沙岩段易出现井漏和坍塌。这些都是该地区井眼失稳的地质因素。

钻井过程和起下钻作业中钻具不段对井壁撞击, 使地层自身强度不断下降, 当到达一定时间地层破碎。

水化作用改变了改变了保持泥页岩井壁稳定所需的井内静液柱压力, 在没有水化时坍塌压力坍塌压力系数为1.20g/cm3, 在水化初期, 坍塌压力系数反而降低, 在50h左右最小, 为1.15g/cm3, 而后, 随着时间增加, 坍塌压力系数急剧增加, 经过大约30h, 坍塌压力系数增至1.40g/cm3, 随后坍塌压力渐趋稳定。

在密度值为1.3g/cm3时, 坍塌周期为5天, 在密度值为1.45g/cm3时, 则坍塌周期可达100d。

泥页岩水化后, 井壁失稳不是出现在井壁上, 而是出现在距井壁1~3cm处, 随水化时间的增加, 坍塌距离开始增大, 然后减小, 直至最小, 随后又随水化时间的增加而加大, 至一定时间后趋于稳定。

摘要：井壁稳定问题是钻井界全球性普遍问题, 尽管技术科研人员对井壁稳定问题做了大量深入地研究, 但井壁不稳定仍然是当今钻井工程普遍存在的问题。青东凹陷隶属于渤海湾盆地济阳坳陷, 位于郯庐断裂带西部, 其西北以垦东-青坨子凸起为界, 东南为潍北凸起, 面积约1100km2。胜利油田在海上开发济阳坳陷青东凹陷带, 青东区块成为胜利石油管理局海上增储上产的主阵地。该区块在钻井过程中多次出现井壁失稳现象。文章通过化学力学耦合法提出解决青东区块井壁失稳问题, 同时以青东32井井壁失稳为例, 阐述现场失稳现象及解决办法, 为今后施工相近类型井提供借鉴和参考。

关键词：井壁稳定,泥页岩失稳,化学力学耦合,密度,流变性

参考文献

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[5]汪海阁, 刘岩生, 杨立平.高温高压井中温度和压力对钻井液密度的影响[J].钻采工艺, 2000, 23 (1) :56-60.

浅析井壁污染对试油工作的影响 篇5

1 泥浆对井壁的污染

泥浆长时间静止在井中, 就会发生静态滤失, 这样会在井壁上形成一层滤饼。例如D X1414井2008年12月份由于上返将密度1.38g/cm3的泥浆替入井内, 后因为温度太低无法进行后续工作, 就冬停。一直到2009年4月份对该井恢复施工, 压井后要进行下电桥, 下Φ112mm双通井规软通井至1360m遇阻。下Φ139.7mm套管刮削器及Φ115mm通井规至2918.9m, (期间在1280.0-1440.0m处反复刮削三次, 无遇阻) , 后在2899.6m处遇阻, 加压30KN, 多次活动通过。用密度1.38g/cm3的泥浆正循环洗井。续下Φ73mm加厚油管42.5柱底带Φ139.7mm套管刮削器及Φ115mm通井规至3740.79m。 (期间在3700.0-3740.79m处反复刮削三次, 无遇阻。) 用密度1.45g/cm3的泥浆50m3正循环洗井。下Φ112mm双通井规软通井至3740.0m, 下Φ108mm美普电桥座封于3730.0m。这就充分说明泥浆滤饼对井壁的污染会增加试油工作量。

泥浆滤饼对井壁的污染对试油工作的影响主要有以下几个方面:

(1) 在下电桥软通井时, 无法正常通过;

(2) 影响测井车定位信号的正常反馈;

(3) 由于泥浆中有很多添加剂, 会影响试油工作中资料的录取 (比如全分析水样中各种离子的含量、水型等) 。

2 结蜡对井壁的污染

在油层条件下, 蜡是溶解在原油中的。当原油从油层流入到井底, 再从井底上升到井口的过程中, 由于压力、温度的降低原油中的蜡便以结晶体析出, 聚集并沉积在管壁等固相表面。例如陆151井, 在压井结束后, 要进行下电桥, 下Φ112mm双通井规软通井至60m遇阻。下Φ139.7mm套管刮削器及Φ115mm通井规至井底。用50 m3反洗井, 返出条带状蜡物质, 特别是对60-1200m段进行反复刮壁, 并用密度1.02g/cm3温度为70℃的清水反冲洗井壁, 返出条带状蜡物质, 后下Φ108mm美普电桥成功。这就证明结蜡会使井壁内径结蜡变小, 井内流体流动阻力增加。从而对井壁造成污染和增加试油工作量。

结蜡对井壁的污染对试油工作的影响主要有以下几个方面:

(1) 在下电桥软通井时, 无法正常通过;

(2) 影响测井车定位信号的正常反馈;

(3) 影响试油工作中资料的录取 (比如全分析油样中蜡的含量、凝固点等) 。

3 井壁不规则造成的影响

在试油工作中经常遇到井壁不规则或者有变形和“狗腿”造成的试油工具或仪器不能按要求下到目的地, 进而无法达到试油的目的。例如DX1428井, 下Ф110mm通井规软通井至2818m遇阻, 活动多次未能通过。后下10月04-08日, 下Ф73mm外加厚油管底带Ф114mm梨型磨鞋由2781.38m正循环磨钻至2885.54m。油管传输后进行正常的试油作业。

井壁不规则对试油工作的影响主要有以下几个方面:

(1) 井壁变形, 工具仪器无法通过;

(2) 出现“狗腿”, 过长的工具无法通过;

(3) 出现缩径, 试油工具或仪器无法到达目的层。 (一般都会出现套管回接位置)

4 井壁污染的认识

(1) 泥浆长时间静放在井内就会产生泥浆滤饼, 所以我们的工作要连续, 避免类似于DX1414井这种将泥浆静放在井内多大4个月;

(2) 如果必须需要长时间将泥浆静放在井内, 可以在配制泥浆的时候适当的加入一些降滤失剂 (比如改性腐殖酸、改性淀粉、改性纤维素等) ;

(3) 一旦井壁已经被泥浆滤饼污染, 目前只能用进行刮壁这种方法进行处理, 但在刮壁后要充分的冲洗井壁, 以确保后续录取资料的准确性;

(4) 油井结蜡是分为三个阶段的, 主要有析蜡阶段、蜡晶长大阶段和沉淀阶段。其他相关行业用的防蜡方法主要有防蜡剂和改变油管表面性质两种, 但由于试油工作的特殊性, 基本都不用这两种方法;

泥页岩井壁坍塌周期实验研究简介 篇6

为得到泥页岩地层在某一钻井液条件下的的坍塌周期, 首先要通过室内实验测得研究区块内泥页岩的各项力学参数、钻井液的温度、活度和钻井液密度, 然后就可以通过相关公式的计算来预测井壁的坍塌周期。如果在此周期之前适当提高钻井液密度, 这样就大大降低了井壁失稳发生的几率。同时, 可以进行钻井液体系的优选, 优化钻井液入井温度和钻井液密度, 使其在同一钻井液密度下可以钻进尽量长的井段。所以, 坍塌周期分析能够确定合理的钻井液密度, 对现场泥页岩地层周期性坍塌的及时预防和钻井液的合理使用都能起到很好的理论指导作用。

1 泥页岩岩样的三轴实验

泥页岩基本岩石力学参数的测量是在岩石力学三轴试验装置上完成的 (如图1) 。

(1) 将岩样放在压力室内, 施加一定的侧向压力并保持恒定, 然后逐渐增加轴向压力, 直到岩石破坏。岩石破坏时的轴向压力就是该岩样的峰值抗压强度。

(2) 根据库仑—莫尔破坏准则, 通过三轴试验可得岩石破坏时、的值, 在坐标系中可画出莫尔破坏应力圆。用相同的岩样进行不同侧向压力的破坏试验, 可以得到一系列不同的、的值, 就可以画出一组破坏应力圆。这组破坏应力圆的包络线, 就是岩石的抗剪切强度曲线, 从而可以得出泥页岩的内聚力和内摩擦角的值。

(3) 对岩样连续加载, 可以得到直角坐标系下的应力应变曲线, 从而可以通过该曲线得到泥页岩的弹性模量和泊松比。

2 泥页岩压力传递实验

从20世纪90年代, 以Mody和Hale等为代表的专家学者发表了大量的关于力学-化学耦合实验研究方面的文献[3]、[4]、[5]到现在, 已形成了一套将应力和渗透压进行耦合的力学计算方法, 并用专门的实验装置进行了水化和渗透压实验。基于相同原理, 中国石油大学 (华东) 岩石力学实验室开发了泥页岩/钻井液力学-化学耦合实验仪[6]。该装置主要包括加温系统、循环系统、动力系统、岩心放置系统和控制系统五大部分组成 (如图2) , 可以较好的完成泥页岩压力传递实验。

2.1岩芯的选择及钻取

实验所用泥页岩岩芯现场采集, 在实验室内进行了优选和钻取。岩芯为圆柱体, 直径通常为25mm, 长度在3-7mm。岩芯要求具有一定强度, 且无明显裂隙。使用石油醚或放大镜来测试有无裂隙。

2.2 活度的测定

在25标准温度下, 使用数字温湿度计测量活度测量地层水、钻井液、岩样的活度, 并记录结果。

2.3 饱和阶段

本阶段的目的是使岩芯恢复到地层原始状态 (原始活度和原始孔隙压力) 。首先给岩样加围压, 在保持岩芯所受围压一定的前提下, 给岩样上下两端加地层流体, 压力分别为P1 (P1一般为地层孔隙压力) 和P2, Pc必需始终大于P1和P2;P2与P1有一定压差的值 (P2>P1) 。

当P2≈P1时说明岩芯达到饱和状态, 要求差值小于5%。饱和过程结束后, 给岩芯加热到地层温度, 并保持岩样上下端压力为地层孔隙压力不变。

2.4 水力压差作用下的压力传递

水力压差下的压力传递实验目的是研究在无化学势差作用、只有水力压差作用下流体在岩芯中的流动规律。该阶段为页岩的纯水力渗透实验。提高上端压力达到超平衡井眼液柱压差, 并保持恒定, 连续控制和记录下端压力。上端一直与模拟的孔隙液相通, 以保证不出现化学势差。这一阶段连续进行直到下端压力接近上端压力, 得到岩芯下端的压力变化曲线, 用于计算岩样的渗透率。

2.5 化学势差作用下的压力传递

纯水力压差作用下压力传递实验结束后, 更换顶端溶液。由地层水换成钻井液滤液。本实验钻井液溶液的活度低于地层水活度。换溶液过程中使岩样两端压力相等。换完溶液后, 记录底端压力的变化情况, 进一步研究水在化学势差作用下的运移规律。测量结果用于计算膜效率。

通过以上实验, 可以得到压力传递曲线, 对曲线进行分析, 可以计算出实验岩心的膜效率和泥页岩的渗透率。实验过程中, 如果采用不同的钻井液体系, 就可以进行钻井液体系的评价和优选。

3 结论与建议

(1) 通过实验研究, 得出泥页岩地层坍塌周期, 及时调整钻井液密度, 可以尽量避免钻井施工过程中泥页岩地层周期性坍塌。

(2) 中国石油大学 (华东) 岩石力学实验室开发的泥页岩/钻井液力学-化学耦合实验仪, 为深入开展泥页岩井壁力-化耦合作用机理和钻井液防塌性能研究提供了一种先进的手段。

参考文献

[1]F.K.Mody and A.H.Hale.Borehole Stability Model to Couple the Mechanics and Chemistry of Drilling Fluid Shale Interaction.SPE/IADC25728[1]F.K.Mody and A.H.Hale.Borehole Stability Model to Couple the Mechanics and Chemistry of Drilling Fluid Shale Interaction.SPE/IADC25728

[2]张乐文, 邱道宏, 程远方.井壁稳定的力化耦合模型研究.山东大学学报 (工学版) .2009年6月, 第39卷, 第3期[2]张乐文, 邱道宏, 程远方.井壁稳定的力化耦合模型研究.山东大学学报 (工学版) .2009年6月, 第39卷, 第3期

[3]王京印.泥页岩井壁稳定性力学化学耦合模型研究.博士论文, 2007[3]王京印.泥页岩井壁稳定性力学化学耦合模型研究.博士论文, 2007

[4]S.O.Osisanya and M.E.Chenecert.Physis-Chemecal Model of Welling Stability in Shale Formations, Petroleum Society of CIM a Austra, No:94-20[4]S.O.Osisanya and M.E.Chenecert.Physis-Chemecal Model of Welling Stability in Shale Formations, Petroleum Society of CIM a Austra, No:94-20

[5]黄荣樽、陈勉、邓金根、王康平、陈治喜.泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合研究.钻井液与完井液, 1995, 第12卷, 第3期[5]黄荣樽、陈勉、邓金根、王康平、陈治喜.泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合研究.钻井液与完井液, 1995, 第12卷, 第3期

气体欠平衡钻井井壁稳定性研究 篇7

一、气体欠平衡钻井技术的现状以及未来发展趋势。

1气体欠平衡钻井技术的现状分析

气体欠平衡钻井技术在降低钻井成本、缩短勘探开发周期、保护油气储层、提高勘探开发水平等各个方面都有很明显的优势。在低压储层勘探、老油田改造挖潜、难动用储量开发等各个方面都有比较独特的优势。自20世纪80年代开始, 气体欠平衡钻井技术的成功研制, 使这个技术得到了非常充分的应用。使得这个技术得到的广泛的发展。在不断钻研的过程中使得气体欠平衡钻井技术的钻井技术以及工艺得到了进一步的发展提高。就现在而言, 这项技术已经比较成熟。在很多比较发达的国家气体欠平衡钻井技术已经得到了广泛的应用, 被当成常规的技术来使用。近几年国内的气体欠平衡钻井技术发展也很快, 气体欠平衡钻井技术的使用量在不断地增加。

2气体欠平衡钻井技术的发展趋势

气体欠平衡钻井技术如今已经形成了比较有效、系统、完备、稳定的体系。气体欠平衡钻井技术发展的主要趋势是:

(1) 随着气体欠平衡钻井技术的不断发展, 泡沫钻进、雾化钻井、空气钻井等技术将会得到广泛的应用和推广。

(2) 按压欠平衡钻井技术将会得到进一步的发展。

(3) 在气体欠平衡钻井技术研究的全过程之中, 将作为欠平衡钻井的主要技术将会的到广泛的应用。

(4) 气体欠平衡钻井技术将会得到快速的发展。

(5) 气体欠平衡钻井技术得到了LED测量技术的进一步推动。

(6) 套管钻井和欠平衡钻井技术将会得到进一步的完善。

二、气体欠平衡钻井技术的优点、缺点

1气体欠平衡钻井技术的优点

气体欠平衡钻井技术能够快速发展的主要原因就是:气体欠平衡钻井技术可以很好地避免在钻井的过程中一些复杂问题的产生。可以降低开发是所需要的成本。在气体欠平衡钻井技术的过程中, 井内的循环液体的密度比较低, 气体欠平衡钻井技术可以避免复杂事故发生, 降低钻井的成本, 提高钻井的速度。在常规的气体欠平衡钻井技术中钻井液的密度比较高, 可以有效地减轻对地层的伤害, 提高油井的产能。在进行钻井的过程中, 井内的压力要比地层的压力小, 可以充分的暴漏油气层, 保护储层, 有利于增加油井产量和油气层。实时发现地质异常情况以及评价油藏。在气体欠平衡钻井技术过程中, 允许地层的流体流入到井眼当中, 有利于达到良好的地层信息得到勘探的目的。还可以降低井漏的风险, 节约钻井时的成本。

2气体欠平衡钻井技术的局限性

气体欠平衡钻井技术的主要局限性包括技术上的局限性以及经济上的局限性

首先在气体欠平衡钻井技术我们要考虑的就是安全因素, 在任何的工程中都存在一定的安全因素:空气和可燃气体混合在一起很容易会发生爆炸, 虽然发生爆炸的几率是很小的, 但是一旦发生后果将不堪设想, 井下的钻具很有可能会被炸断或者会融化。使用氮气等不可燃的气体可以避免井下着火的现象, 但是会增加钻井的成本。在气体欠平衡钻井技术过程中还会出现定向钻井的问题, 井眼稳定的问题, 技术经济上的考虑, 以及液体侵入等问题。

三、气体欠平衡钻井技术井壁稳定性问题

石油钻井工程中很重要的一个问题就是气体欠平衡钻井技术井壁稳定性问题, 井壁失稳的问题如果不能够得到改善将会造成很严重的经济损失。世界各大石油公司都消耗了很多的物力、人力、财力来解决这个问题。井壁的不稳定性主要表现在两个方面, 一个是由于钻井液压力太低不能够有效地支撑井壁围岩造成的剪切破坏, 第二种则是由于井眼内液柱压力太高而造成张性破裂。影响井壁稳定性的因素有很多种, 还包括很多的人为因素, 天然因素。人为因素主要包括:井眼裸露时间, 钻井液性能、钻进液的成分钻柱振动对井壁的冲击以及钻井液环空返速对井壁的冲蚀。天然因素主要包括:原地应力、岩石孔隙性、地层岩石性质、含黏土矿物类型、岩石胶结情况、裂缝发育程、渗透性等。

结语

井壁稳定问题是气体欠平衡钻井技术中难以回避的问题, 在之前的施工之中, 只能运用坍塌压力窗口与孔隙压力来确定钻井液密度。如果在施工的时候出现了井壁坍塌的问题, 则施工将没有办法继续。气体欠平衡钻井井壁稳定性研究, 在近几年气体欠平衡钻井技术在国内油气田的勘探中得到了广泛的开发与应用。确立了井壁岩石的破坏准则和力学参数, 对气体欠平衡条件下地层出水情况进行分析。井壁失稳的问题如果不能够得到改善将会造成很严重的经济损失。岩石抗拉强度小则会很容易引起井壁失稳, 井壁稳定性很容易受到气体欠平衡钻井时流体拖拽力形成流固耦合作用由欠平衡钻井向过平衡钻井过渡时井壁所受应力由拉应力逐渐向压应力过渡, 同时流固耦合影响变弱, 井壁稳定性也变强。流固耦合的作用是不可忽略的。

摘要：近几年气体欠平衡钻井技术在国内油气田的勘探中得到了广泛的开发与应用。气体欠平衡钻井技术主要是用气体作为钻井的流体, 并没有用液柱压力来支撑平衡地层压力和井壁。在负压差的作用之下地层流体流入井内, 在这种情况之下才使得井周围应力的分布, 制约气体欠平衡钻井技术应用的最大因素主要是井壁稳定的问题。近年来对于气体欠平衡钻井技术的研究越来越多, 和一般的钻井技术相比较, 在提高机械钻速、保护油气层等方面气体欠平衡钻井技术有着不可替代的优势。

关键词：气体欠平衡,钻井,井壁稳定

参考文献

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