超临界CO_(2)吸附效应对页岩地层井壁稳定影响研究

作     者：白冰 陈勉 金衍 BAI Bing;CHEN Mian;JIN Yan

作者机构：中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2023年第42卷第S01期

页      面：3508-3518页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(U1762215) 

主　　题：岩石力学 超临界CO_(2)钻井 多物理场耦合 井壁稳定 坍塌周期 吸附效应 

摘      要：当利用超临界CO_(2)作为钻井液钻进页岩地层时,井壁稳定是重点关注问题。超临界CO_(2)与页岩相互作用复杂,而对于超临界CO_(2)吸附效应对超临界CO_(2)开发页岩油气资源过程中的井壁稳定性影响则研究较少。本文将超临界CO_(2)吸附效应对页岩变形和力学性质影响纳入到超临界CO_(2)渗流的多物理场耦合过程中,在超临界CO_(2)运输特性和热力学特性的基础上,构建考虑吸附效应的超临界CO_(2)钻井多物理场耦合井壁稳定模型。基于有限元数值计算方法,分析超临界CO_(2)钻进过程中的地层温度、孔隙压力和地层应力的时空分布规律,研究超临界CO_(2)吸附效应对井壁稳定性的影响。结果表明:超临界CO_(2)吸附效应引起的固体变形对地层温度和流体渗流没有明显影响;吸附效应对应力分布具有显著影响,吸附应变会使应力值增大,而吸附对弹性模量的影响则会使应力值降低;忽略吸附应变会小幅度低估井壁失稳风险,而忽略吸附对页岩弹性模量的影响会较大程度地低估井壁垮塌风险;当井深超过1200 m时,坍塌压力超过井筒压力,超临界CO_(2)钻井将发生井壁垮塌。该文可为超临界CO_(2)钻井的井壁稳定性研究提供理论指导。