摘要：深层页岩具有高水敏性及高温特性,水化-温度协同效应对泥页岩物理及力学性质存在较大影响。以四川盆地龙马溪组深层页岩为研究对象,基于XRD衍射、扫描电镜、水化-温度协同浸泡、超声波及室内力学压缩等实验获取了页岩在不同温度条件下浸泡后的裂缝参数、声波参数和力学参数。研究结果显示:在常温(24℃)及高温(120℃)环境下,随浸泡时间增加,声波能量产生衰减,高温环境下纵、横速度下降幅度分别是常温环境下的1.41倍和1.71倍;水化作用导致岩样裂缝参数产生变化并具有阶段性,声波衰减系数及水化结构损伤系数在水化初期、中期、末期,分别呈现快速增加、缓慢增加和趋于稳定的趋势,高温环境下声波衰减系数及水化损伤系数分别是在常温环境下的1.72和2.98倍;浸泡后页岩力学参数出现劣化,岩样抗压强度、弹性模量、内摩擦角及粘聚力呈阶段式下降,高温环境下页岩力学参数降幅分别是常温环境下对应力学参数降幅的1.24、1.42、2.06和1.39倍。研究结论可为优化深层页岩水平井钻井地质设计及调整钻井液密度提供一定理论依据。

摘要：为了优选井壁坍塌压力预测的岩石强度准则,在综合评价M-C,MG-C和***-C准则特点的基础上,结合孔弹性地层井周地应力,对保持井壁稳定的临界井底压力随方位角、井斜角的变化规律进行研究。结果表明:忽略中间主应力的M-C准则预测结果过于保守,线性MG-C准则得到了坍塌压力的最低值,考虑岩石高应力区非线性破坏特征的***-C准则预测结果居中,但在高井斜角情况下,***-C准则预测结果会小于MG-C的预测结果,反映出岩石非线性破坏特征对井壁坍塌压力的影响。不同地应力状态下,最佳井眼轨迹均位于最大和最小地应力平面内,且平行或偏向于最大地应力方向,原地应力分布状况和井眼的实际空间状态也在很大程度上决定了井眼的稳定性。该研究成果有利于为钻井工程设计、井眼轨迹优化提供更加精确和全面的建议。

摘要：通过高温下页岩的三轴压缩实验,结合井壁稳定分析理论,进行了高温下页岩的力学特性及井壁稳定性研究。结果表明:高温引起页岩强度劣化,在温度低于150℃时,温度对页岩强度劣化主要体现在粘聚力弱化,在温度超过150℃时,温度会进一步导致页岩内摩擦角减小。钻井液与地层间的温差将在井周附加热应力,随着远离井壁,温差附加径向热应力先增加后降低,在距离井壁一定位置出现最大值,而附加的切向热应力在井壁处最大。随着温差增加,井壁坍塌压力增加,并且附加热应力引起的坍塌压力增幅逐渐超过页岩粘聚力弱化引起的坍塌压力增幅。研究结果对于钻井施工,优化钻井液设计具有重要的意义。

摘要：为揭示鄂尔多斯盆地延长组张家滩陆相页岩各向异性及其对井壁失稳的影响,首先应用扫描电镜对页岩的微观孔隙结构进行分析;后钻取标准岩样,开展室内声学、力学试验,研究陆相页岩声学、力学及能量演化特征的各向异性。结果表明:鄂尔多斯盆地延长组张家滩陆相页岩孔隙和裂缝的类型及发育程度在不同层理方向存在明显差异;页岩声学、力学参数及能量演化特征均具有极强的各向异性。钻井方向与层理法线的夹角对页岩地层井壁稳定性有一定影响。该研究成果可为页岩气水平井井身结构设计及现场工程应用提供技术参考。

摘要：地应力计算分析是井壁稳定性评价、油气井出砂预测、套管损坏变形分析、射孔设计优化以及压裂施工设计的前提与基础。海上油气井的垂向应力,由海水压力、未测井段岩层压力以及已测井段岩层压力三部分引起。在分析密度随深度变化趋势的基础上,确定了未测井段岩层压力;依据压裂曲线,利用破裂压力孔隙弹性计算模型,计算得到了在两个水平主应力方向的弹性应变量;并基于地应力的组合弹性经验关系模型,利用测井数据计算并构建了南海某油井的地应力剖面,为该井开发过程的出砂预测、套管损坏变形分析以及射孔设计优化等提供了依据。

摘要：地质工程一体化技术是致密砂砾岩油藏实现效益开发的有效途径,地质力学参数在地质工程一体化中起桥梁作用。以准噶尔盆地中拐—玛南地区上乌尔禾组砂砾储层为例,分析了影响储层压裂效果的关键地质力学因素。首先,通过研究乌尔禾组储层岩石力学参数与声波、体积密度间的关系,揭示储层岩石力学参数的响应机制,并建立储层岩石力学参数的测井计算模型,基于已钻井压裂和测井资料,建立了地层孔隙压力多参数预测模型和地应力计算模型;然后采用灰色关联法研究了地质力学参数与米采液指数的关联程度,明确了影响压裂效果的地质力学主控因素依次为水平应力差、脆性指数、弹性模量、抗张强度以及单轴抗压强度;最后利用层次分析法构建了综合考虑主控因素影响的储层压裂工程评价模型,为研究区储层压裂优化设计提供了依据。

摘要：研究层理性页岩声波响应特征有助于利用声波测井资料指导页岩气井安全钻井。采集四川盆地长宁地区下志留统龙马溪组露头页岩岩样,并沿不同角度钻取页岩岩心。基于多频声波测试系统,开展了多层理角度下页岩声波实验,分析了层理角度对纵波速度、衰减系数、时域、频域等特性的影响。开展了数值模拟实验,分析了岩心端面垂直时平行层理面、层理密度对波速、衰减的影响。结果表明:随着层理角度增大声波时差、声波衰减系数均线性增大;声波速度存在频散现象,测试频率不同,声波速度不同;声波速度与层理密度呈线性负相关;层理角度对页岩声波主频没有影响。该研究结果为页岩气井安全钻井及压裂改造等工程设计提供了参考。

摘要：岩石强度准则是石油工程的重要基础理论,对于井壁稳定性研究更是不可或缺。然而,以经典弹塑性理论的岩石强度准则作为井壁失稳判断依据时所得结果,往往与现场实际情况存在较大误差。开展三轴力学试验,测试岩石不同围压条件下的极限储能,从能量角度建立岩石能量强度准则,并与其他强度准则对比分析了井壁的稳定性。计算结果表明:使用不同强度准则所得坍塌压力相差较大,其中Hoek-Brown准则的坍塌压力过低且存在井壁坍塌风险,Mohr-Coulomb和Drucker-Prager准则的结果过于保守且存在压破地层风险,而根据能量强度准则所得坍塌压力则能保证井壁不塌不漏。该准则是井壁稳定评价的一种新方法,为钻井液密度设计提供了可靠的理论依据。

摘要：对疏松砂岩稠油油藏,无论采用哪种构型的分支井,主分井筒接合部区域的稳定性都很差。即使生产压差低于1MPa,该处也会发生井壁失稳垮塌,堵塞分支井眼,削弱分支对产能的贡献。因此,必须对接合部地层进行特殊处理,以提高分支井系统整体稳定性,提高生产压差。在正断型地应力场条件下,不考虑主分井筒接合部的影响,主分井筒延伸方向应尽可能沿原地最小水平主应力方向延伸。分支造斜率对接合部地层的破坏程度和破坏区域有明显影响,相同压差下,随分支造斜率增大,主、分井筒接合部塑性破坏深度呈幂函数关系减小;在主、分井筒长度及主、分井筒夹角一定时,采用较大造斜率设计的分支井系统具有更高的井眼稳定性。分支间距是影响分支井系统稳定性的另一个重要因素。当分支处于主井眼同侧时,分支间距大于45m后分支间影响可忽略;当分支处于主井眼异侧时,分支间距大于40m后分支间影响可忽略。在裸眼和主井筒下筛管两种完井方式下,分支接合部破坏深度、出砂波及区域随生产压差增大均呈指数增大。

摘要：砾石的随机分布使砾岩储层具有高度非均质性,显著影响局部力学响应,难以控制和预测水力压裂裂缝的扩展。水力压裂裂缝的遇砾扩展机制仍不清楚,使得水力压裂的设计和有效实施充满挑战。基于全局黏聚力单元,在Abaqus平台建立了渗流-应力-损伤多场耦合的二维裂缝扩展模型;在细观尺度上将砾岩视为砾石、基质和胶结面组成的三相复合材料,进行压裂裂缝遇砾扩展行为机理研究。结果表明,水力裂缝遇砾发生穿砾、绕砾、穿砾且绕砾等现象;砾石的渗透性和弹性模量对裂缝遇砾行为影响的作用机理不同:砾石的低渗透性造成憋压现象,裂缝尖端流体压力提高了13%,水平与竖直方向有效应力分别减小了10.1%和12.8%;砾石的高弹性模量造成应力的屏蔽现象,裂缝尖端与砾石间的区域水平方向有效应力减小了5.8%。砾石的低渗透性与高弹性模量都会造成胶结面上发生剪应力集中,增加了胶结弱面破坏的可能性,造成裂缝遇砾发生偏转。