【摘 要】
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提高钻井速度,缩短钻井周期是钻井工程研究的一个重要目标。利用低密度钻井液钻井是提高钻井速度的一个重要手段,但是泥浆密度降低达到提速目的和带来的井壁垮塌问题是一个对
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提高钻井速度,缩短钻井周期是钻井工程研究的一个重要目标。利用低密度钻井液钻井是提高钻井速度的一个重要手段,但是泥浆密度降低达到提速目的和带来的井壁垮塌问题是一个对立的过程。为解决以上矛盾,通过本文研究,找到了一种既能达到提速目的又能保证井壁在工程允许垮塌范围内的力学稳定性的钻井液密度的计算方法。本文具体研究从以下几个方面开展,并获得了相应的研究成果: (1)在对常规坍塌压力模型(线弹性)的缺陷进行分析的基础上,基于弹塑性理论,利用岩石全应力应变曲线关系,建立井壁坍塌压力新模型,达到最接近岩石力学特征的井壁坍塌压力分析;基于建立的新模型,编制了计算程序,并分析岩石力学参数和地应力等对坍塌压力的影响规律。研究发现,岩石塑性参数,如残余内聚力、软化模量、扩容系数,对坍塌压力有较大影响,具体表现为:残余内聚力越大,越大坍塌压力越大;软化模量越大,坍塌压力越大;扩容系数越大:坍塌压力越大。模拟计算表明,新模型下计算出来的坍塌压力相比于传统的较低。另外,扩径率与钻井液密度的关系常敏感,当允许一定量的扩径率(工程允许20%以内),可以较大程度的降低钻井液密度,可达0.2～0.4g/cm3。 (2)针对羊塔克地区库车组、康村组进行井壁取心,测量不同钻井液体系下岩石力学特征与参数,利用新模型计算在各种实验钻进液体系下井壁(在不同扩径率下)的坍塌压力。可以看出,钻井液密度减小,扩径率的增大,当允许扩径率为20%时,各组实验钻井液体系的密度可以降低0.35g/cm3左右。 (3)在YT-3井和YT1-7井试验井采用低密度钻井,钻井速率在YT-3井:二开从6.52m/h提高到10.24m/h,三开从2.36m/h提高到8.45m/h;钻井速率在YT-7井:二开从8.71m/h提高到12.32m/h,三开从2.56m/h提高到7.13m/h。 本文建立的轻泥浆提速理论,综合考虑了岩石的弹塑性关系,岩石与钻井液的相互作用,能够更加准确的分析井壁的应力特征、钻井液性能对坍塌压力的影响,并从扩径率和增加钻井液的抑制性两方面实现降低实际钻井使用的泥浆密度,达到提速的同时,并且能保证井壁垮塌率控制在工程允许的范围内。现场实践表明,该理论应用效果良好,具有很好的指导作用。
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