气体钻井地层出水量理论模型

为了准确预测气体钻井施工过程中出水层位的地层出水量,根据渗流力学的基本原理,并结合气体钻井的实际工作状况,分别分析并建立了钻头钻入水层厚度小于井径、大于井径、完全钻穿水层和钻头已部分钻穿水层但尚未整体脱离水层四种情况下的地层出水量的理论预测模型。在塔里木油田的现场实验表明,理论模型的计算结果和现场实际测量的出水量相比误差在10%左右。该理论模型可以适用于气体钻井过程中出水层位出水量的计算,具有推广价值。     

井筒问题的耦合渗流及应力分析

如果不考虑岩石变形和流体扩散的耦合作用,孔隙介质油藏的常规渗流模型对流体的扩散解释是合理和准确的。随着油藏越来越多的开采,流固耦合作用对流体扩散的影响是越来越显著,因此必须用多孔弹性理论来研究井筒问题的耦合渗流及应力。本文推导了流固耦合作用下的孔隙压力、裂缝压力以及井壁围岩应力在Laplace空间的解析表达式,给出了一个模拟实例。     

基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上,基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模型,选用适用的土-水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程,根据流崮耦合力学的理论与方法,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立渗流-变形耦合分析模型.该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响),并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程.通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性.研究结果表明:采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果.     

流固耦合作用下含水层地下储气库天然气注采运移规律研究

针对地下储气库天然气注采运移过程中较少考虑应力场与渗流场相互耦合作用的不足,基于多孔介质弹性力学和渗流力学理论,建立了含水层型地下储气库天然气注采运移的流固耦合数学模型。首先通过对研究区块岩心开展三轴试验和应力敏感性试验得到储盖层的岩石力学参数和渗透率与有效应力的关系曲线,在此基础上建立了含水层地下储气库计算模型并对储气库天然气注采运移开展数值模拟研究,对比了耦合模型与传统渗流模型的计算精度;并重点讨论了储层渗透率、储层厚度、注入速率和排水量等参数对天然气运移规律的影响。计算结果表明:建立的流固耦合模型与传统渗流模型的计算结果具有较好的一致性,考虑流固耦合作用比非耦合作用下的储层压力增加1.04 MPa。含气饱和度随着储层渗透率和注入速率的增加而非线性增大,随着储层厚度的增大而非线性减小,随着排水量的增加影响不明显。     

页岩气藏流固耦合数学模型

页岩层是超低渗透率的储气层,页岩气藏开采过程中流固耦合效应表现明显.基于渗流力学和Biot固结理论,综合考虑页岩气藏储层的启动压力梯度,页岩气渗流过程中的解吸附,建立了一个适用于滑脱流、孔内扩散等页岩基质孔隙内所有气体流态形式的流固耦合数学模型.页岩气开采流固耦合数学模型包含了气体渗流和页岩变形相互作用的耦合项,必须进行耦合求解.使用显式迭代编制相应程序求解其数值解,计算结果表明,考虑流固耦合和不考虑流固耦合对页岩气开采过程中压力分布影响较大,考虑流固耦合情况下,压力降低趋势比不考虑耦合情况下要快,更符合实际开采情况.流固耦合现象对页岩气渗流过程影响较大,页岩气开采过程中必须考虑流固耦合影响.     

渗透性岩层介质油水两相渗流分析

准确模拟油藏中的流体流动过程,提示流体的分布规律,必须考虑由于注水和开采所引起的多相流体的渗流、应力状态的变化和储层变形之间的耦合作用。近年来引起中国学者的极大兴趣,成为油藏工程及相关领域研究的热点问题之一,基于岩石力学、渗流力学、地质力学、计算力学以及流固耦合渗流的基本理论,建立了多孔介质渗流场和应力场耦合的数学模型,采用有限元法进行了程序设计,通过数值模拟方法对渗透岩层介质井眼周围油水两相渗流规律进行了研究,用于解决实际工程问题。     

井底压差对岩石破碎的影响机制

综合地层应力、井底压力、孔隙压力以及牙齿吃入地层引起的应力,建立牙齿吃入深度的表达式,依据摩尔-库伦准则建立钻头牙齿吃入地层的岩石破碎模型。将综合地层和钻井参数因素的误差函数β与深度x的比值作为欠平衡钻井的应用参考参数,计算各种压差和β/x条件下的吃入深度,并分析其变化规律。结果表明:在压差的作用下,具有渗透率和孔隙度的待破碎薄地层内的孔隙压力并非原始地层孔隙压力,而是随时间和位置的变化而变化,其分布规律可以用一维不稳定渗流来表示和计算;牙齿吃入深度的表达式可以将压力、流体等因素对岩石破碎的作用清楚地表达出来;所建模型可以解释欠平衡钻井提高钻速的力学机制,以及定量描述随钻地层压力监测dc指数法的适用范围。     

岩石抗钻强度与地层压力关系模型及其应用

在石油钻井施工过程中 ,岩石的抗钻强度主要受井下地层岩石性质的影响 ,地层孔隙压力则是影响岩石抗钻强度的一个重要参数。根据室内模拟实验和对大量现场实钻数据进行分析 ,建立了岩石抗钻强度与地层孔隙压力的关系模型。在钻井施工过程中 ,可利用该模型根据井下地层岩石抗钻强度的变化来监测地层压力的变化。所建模型在中国南海莺歌海盆地进行了初步应用 ,取得了良好的效果。     

岩石抗钻强度与地层压力关系模型及其应用

在石油钻井施工过程中,岩石的抗钻强度主要受井下地层岩石性质的影响,地层孔隙压力则是影响岩石抗钻强度的一个重要参数。根据室内模拟实验和对大量现场实钻数据进行分析,建立了岩石抗钻强度与地层孔隙压力的关系模型。在钻井施工过程中,可利用该模型根据井下地层岩石抗钻强度的变化来监测地层压力的变化。所建模型在中国南海莺歌海盆地进行了初步应用,取得了良好的效果。     

地质力学特征评价新方法在导向钻井优化中的应用

针对常规导向钻井技术在适用范围、预测能力与运行成本等方面的局限性,在考察岩石物理及力学参数和地球物理信息之间定量关系的基础上,将地震反演、地质统计、地震属性分析、岩石力学方法与钻井工程实际需求密切结合,提出地质力学特征评价新方法,基于其对导向钻井系统进行优化。新技术以常规地震和测井资料为基础,充分结合钻井、录井等实钻信息,钻前建立地质力学初始模型用于钻井设计,钻进过程中参考实钻资料随钻修正并更新钻前模型用于钻井工艺实时优化,其关键环节是准确预测钻头前方待钻地层的强度、地应力、孔隙压力、坍塌压力、破裂压力等力学参数。以井壁稳定预测及其工程运用为重点,论述导向钻井优化中岩石力学理论和地球物理算法结合运用的思路与技术流程,将该方法在西南、西北复杂探区进行应用。现场应用表明,优化的导向钻井系统可以达到理想的参数预测精度与工艺优化效果,指导安全、优质、快速、低成本钻井的能力得到了提高。     

川东北河坝地区中浅部地层气体钻井出水随钻预测

以川东北河坝地区中浅部砂泥岩地层为研究对象,基于随钻测井技术,分析随钻获取地层参数资料所需工具的结构及技术特点,对地层出水层位的预测方法进行研究,建立气体钻井出水量定量预测模型.结果表明:给出的地层出水层位预测方法能够较好地预测出水层位;气体钻井受地层出水的影响和制约明显,在目前常用井眼及气体装备条件下,气体钻井的最大携水量一般小于3 m3/h,泡沫钻井的最大携水量一般小于10 m3/h;河坝地区1.0 km以内的浅部地层和沙溪庙组地层采用空气钻井,而千佛崖组地层适宜采用雾化钻井或泡沫钻井,自流井组和须家河组地层适宜采用充气钻井液或常规水基钻井液等近平衡钻井.     

琼东南深水钻井井筒天然气水合物抑制剂推荐浓度确定方法

中国石化将对琼东南深水区域展开油气勘探开发工作,而深水钻井时部分井筒处于高压低温环境中,若有气体侵入,易形成天然气水合物,导致诸多复杂情况的发生。通过对根据琼东南海水温度场的分布规律,考虑不同井段、不同钻井工况、不同钻井水力参数条件,分别建立琼东南深水钻井井筒内温度场和压力场的计算方法,并对深水钻井条件下天然气水合物相态平衡条件进行研究。建立了天然气水合物相平衡压力-温度条件的确定方法。结合深水钻井井筒中的温度场、压力场以及天然气水合物的相平衡条件,联合建立了琼东南深水钻井井筒中天然气水合物生成区域的预测方法和抑制剂浓度的确定方法,并通过琼东南华光区域某一口深水井进行实例计算,得出了各开次水合物可能形成的区域。并分析了钻井工程相关参数对水合物形成区域的影响规律。最终得出了抑制剂的推荐浓度方案。     

应力敏感油藏压裂井产量动态规律研究

基于广义达西定律及流固耦合理论建立了渗透率各向异性疏松砂岩脱砂压裂人工裂缝-油藏系统流固耦合模型,模拟分析了压裂造缝及降压生产流固耦合作用对储层应力、孔渗特性及生产动态的影响．研究表明：脱砂压裂造缝对储层物性影响主要体现在近井眼10m以内,且造缝宽度越大影响越显著,远离井眼及人工裂缝后,储层物性变化明显放缓;开井初期,储层孔渗参数变化显著,随生产时间增加,储层孔渗参数趋于稳定,仅随空间位置而变化;在压裂造缝及降压生产流固耦合作用综合影响下,近裂缝储层弹性模量显著增加,储层孔渗参数显著降低,压裂井产量明显低于常规渗流模型预测结果．对应力敏感性较强储层进行生产动态分析时,必须充分考虑流固耦合作用影响．     

海上油气井油层套管井口装定载荷设计

综合考虑钻完井和投产采气过程未固井段套管强度和稳定性问题,提出一种海上油气井油层套管井口装定载荷设计方法,建立多层管柱耦合系统计算力学模型,确定钻完井过程套管轴向载荷计算方法,综合考虑温度场、压力场和压力端部效应给出投产采气后套管轴向载荷计算公式,并以中国南海某气田为例进行油层套管井口装定载荷设计。结果表明:套管强度不是限制海上油气井油层套管井口装定载荷设计的因素,投产采气过程底部油层套管的稳定性是油层套管井口装定载荷设计的重要因素;当设计极值产气量小于特定值时,油层套管井口装定载荷为油层套管未固井段重力,当设计极值产气量大于特定值时,随着设计极值产气量的增大,油层套管井口装定载荷增大,但增大的幅值逐渐减小。     

单砂体内只注不采型注水井供液半径理论模型及应用

随着井网密度逐年加大,待钻井周围钻关注水井数量也相应增加。为了避免在钻井过程中发生事故,必然要对注水过程中不同井距、不同渗透率及不同注入时间等因素下单砂体内压力的分布规律进行研究,进而对钻关距离和钻关时间等方面进行调整。根据渗流力学理论,建立了常见的单砂体内只注不采情况下的注水井供液半径和地层压力预测数学模型,绘制了供液半径和泄压半径理论图版。对单砂体内压力分布影响因素进行了详细分析,单砂体的渗透率对地层压力系数的影响较小;不同注水时间单砂体内地层压力系数差值较大,尤其是单砂体的半径较小时差值更大;单砂体的半径对地层压力系数的影响较大,尤其是单砂体的半径较小时影响更大。     

温度对气层气体钻井井壁稳定的影响

气体钻井过程中气体经过钻头喷嘴后产生焦耳-汤姆逊冷却效应,导致井底温度远小于地层温度。当气层被钻开后井壁围岩温度、孔隙压力和应力分布发生改变,容易引起井下复杂事故。为此,分析了井底低温对致密砂岩气藏气体钻井井壁稳定的影响。研究表明,井眼钻开后井底低温产生拉热应力,使近井壁有效应力减小,有利于防止岩石剪切失稳,但增加了岩石产生拉伸破坏的可能。气层气体产出使近井壁地层孔隙度和渗透率减小,不考虑井底低温时减小程度偏大。气体钻井近井壁可能存在塑性区,低温使塑性区向地层延伸更容易导致井壁失稳。塑性区的形成不仅取决于水平地应力,而且与垂向地应力有关。通常致密砂岩气藏埋藏较深,垂向应力影响大,其弹塑性分析需考虑三维主应力的影响。     

考虑流固耦合的大型渡槽横向动力分析

渡槽槽身是一种薄壁构件,在建立其动力分析模型时除应考虑渡槽槽身横向、竖向、纵向以及自由扭转变形外,还应考虑渡槽薄壁结构约束扭转变形以及槽内有水时水体对槽身的流-固动力相互作用.为此,依据符拉索夫及豪斯纳尔理论建立了考虑槽内水体与槽身动力相互作用的渡槽薄壁结构横向动力分析模型,由能量变分原理推导给出渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵表达式,通过数值算例验证了该模型的正确性;利用该模型对某大型渡槽进行了多种工况的频率计算,计算结果表明该大型渡槽在无水和设计水位时,其振动频率有所变化.该模型计算简单,是考虑渡槽槽内水体横向流-固动力相互作用的实用动力分析模型.     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

基于有限元建模技术确定注水井安全注入压力

针对气田水回注过程中,注入压力过高容易诱发套管损坏、水泥环破裂、注入水窜漏等安全、环保问题,开展了气田水回注安全注入压力计算方法研究。通过对注水过程中套管、井壁水泥环和地层受力分析,结合岩石力学实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度等力学参数,利用有限元法,建立考虑流固耦合的注水井有限元模型,模拟注水条件下套管、水泥环与地层的应力分布,综合确定注水井理论安全注入压力;该方法在四川盆地川中地区气田水回注井生产管理中得到了应用,可以为回注井规划部署提供重要依据。