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古近系湖相储层岩石力学特性及各向异性研究—以渤海湾盆地东南部沙河街组为例

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地球物理学进展 2024年

作者：赵珠宇闫传梁薛锦春程远方韩忠英张喆孙波周广旭中国石油大学(华东)石油工程学院中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室江西理工大学能源与机械工程学院

沙河街组赋存优质烃源岩，是渤海湾盆地重要的岩性油气储层。岩石力学作为储层重要的地质力学属性，对准确评估钻完井工艺、压裂施工设计具有重要意义。本文以沙河街组典型页岩、砂岩、泥岩为研究对象，开展薄片鉴定和三轴压缩试验，明... 详细信息

沙河街组赋存优质烃源岩，是渤海湾盆地重要的岩性油气储层。岩石力学作为储层重要的地质力学属性，对准确评估钻完井工艺、压裂施工设计具有重要意义。本文以沙河街组典型页岩、砂岩、泥岩为研究对象，开展薄片鉴定和三轴压缩试验，明确了储层岩相、力学特性及其破坏模式，分析了围压与层理取向对岩石强度各向异性和破裂特征的影响。结果表明：(1) 不同岩相岩石表现出各异的力学特性。砂岩具有较高的抗压强度和弹性模量，硬脆性特征明显，主要发生剪切破坏；页岩的力学强度和破裂形态受控于层理取向，各向异性明显，可压裂性好；泥岩力学稳定最差。(2) 层理取向显著影响储层页岩的抗压强度各向异性。层理取向为0°时，岩石力学强度最稳定；90°次之；60°时，岩石抗压强度和弹性模量最低。修正后的高斯模型可有效表征抗压强度随层理取向β的变化趋势。(3) 层理取向影响页岩压缩破裂形态，层理取向为0°时，破坏模式为贯穿层理张拉和沿层理面剪切主控的复合破坏；30°和60°时，试件为剪切破坏模式；90°时，试件呈现越穿端面的张性劈裂破坏。砂岩和泥岩均为剪切破坏模式。研究成果可为储层岩石力学评价和油气高效勘探开发提供理论支撑。

关键词：沙河街组岩石力学各向异性层理取向破坏模式

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深水浅层破裂压力计算方法

中南大学学报(自然科学版) 2015年第4期46卷 1402-1408页

作者：孙清华邓金根闫传梁蔚宝华刘书杰刘正礼肖坤中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室中海石油研究总院中海石油(中国)有限公司深圳分公司

假设深水浅部地层为均质、各向同性的理想弹塑性材料,将井眼周围的地层分为弹性区和塑性区两部分,地层屈服后服从Mohr-Coulomb强度准则,推导出深水浅层不排水时的塑性区半径和井周应力场的理论解答,引入土力学中的超孔隙压力理论,得出... 详细信息

假设深水浅部地层为均质、各向同性的理想弹塑性材料,将井眼周围的地层分为弹性区和塑性区两部分,地层屈服后服从Mohr-Coulomb强度准则,推导出深水浅层不排水时的塑性区半径和井周应力场的理论解答,引入土力学中的超孔隙压力理论,得出井眼钻开引起的超孔隙压力在井眼周围的分布规律,结合水力压裂理论分析了深水浅部地层的破裂机理并推导出破裂压力的理论公式。该理论的计算结果与工程实测结果接近,证明该理论的可靠性的。深水浅部地层未成岩,在分析深水浅部地层的地质力学问题时,应当考虑引入土力学中的相关理论进行分析。

关键词：深水钻井理想弹塑性井周应力超孔隙压力破裂压力

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页岩气储层井壁坍塌压力研究

岩石力学与工程学报 2013年第8期32卷 1595-1602页

作者：闫传梁邓金根蔚宝华谭强邓福成朱海燕胡连波陈子剑中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室

页岩气储层各向异性强,易发生井壁失稳。利用四川盆地所取页岩气储层岩芯测试钻井液对页岩基体及层理面强度的影响规律,结合单一弱面准则,建立页岩气井井壁稳定预测模型,分析层理面倾角、钻井方位、钻井时间及钻井液类型等因素对页岩储... 详细信息

页岩气储层各向异性强,易发生井壁失稳。利用四川盆地所取页岩气储层岩芯测试钻井液对页岩基体及层理面强度的影响规律,结合单一弱面准则,建立页岩气井井壁稳定预测模型,分析层理面倾角、钻井方位、钻井时间及钻井液类型等因素对页岩储层水平井坍塌压力的影响规律。研究结果表明:层理面倾角小于45°时,井壁岩石发生层理面破坏,倾角大于45°时,在某些井眼方位井壁会发生本体破坏;沿最小水平地应力方位附近钻进水平井最容易发生井壁坍塌;随钻井时间的增加,坍塌压力逐渐升高,井壁破坏形式可能会由初始的页岩基体破坏变为层理面破坏;使用油基钻井液比使用水基钻井液更容易保持井壁的长期稳定。研究结果可以为页岩气井钻井设计提供参考依据。

关键词：采矿工程页岩气水平井层理横观各向同性坍塌压力弱面破坏

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安全钻井液密度上限的确定方法

天然气工业 2013年第6期33卷 80-85页

作者：闫传梁谢玉洪邓金根蔚宝华朱海燕中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室中海石油(中国)有限公司湛江分公司

当钻井液密度达到安全钻井液密度窗口的上限时,井壁并不只是发生拉伸破裂,还有可能发生剪切破裂。为此,根据井壁围岩的应力分布规律,分析了井壁破裂时可能发生的各种破坏模式,并给出了相应的3个破裂压力计算公式。在此基础上,定量分析... 详细信息

当钻井液密度达到安全钻井液密度窗口的上限时,井壁并不只是发生拉伸破裂,还有可能发生剪切破裂。为此,根据井壁围岩的应力分布规律,分析了井壁破裂时可能发生的各种破坏模式,并给出了相应的3个破裂压力计算公式。在此基础上,定量分析了地应力非均匀性、地应力大小、地层强度和孔隙压力对井壁破裂时破坏模式的影响规律。结果认为:地应力非均匀性较小时,井壁易发生剪切破裂,发生拉伸破裂的可能性随地应力非均匀性的增强而增大;当水平地应力较小时,剪切破裂和拉伸破裂均有可能发生,随地应力增大,发生拉伸破裂的可能性减小;地层强度和孔隙压力越大,井壁发生拉伸破裂的可能性越大。最后,通过东方13-1气田的1口井实例分析说明了在确定安全钻井液密度窗口上限时,必须考虑剪切破裂发生的可能性,应以发生拉伸破裂和剪切破裂所需钻井液密度的最低值作为安全钻井液密度窗口的上限。

关键词：安全钻井液密度窗口破裂压力拉伸破坏剪切破坏破裂模式东方13-1气田中国南海

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涡流钻头降压机制及设计原则

中国石油大学学报（自然科学版） 2014年第1期38卷 64-69页

作者：朱海燕邓金根王墨翟薛亮闫传梁中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 中国石油大学石油工程学院北京102249

涡流钻头通过反向喷嘴和高速旋转形成负压漩涡,降低井底压差,提高钻井的机械钻速.对涡流钻头降压机制进行研究.采用混合网格计算方法分析反向喷嘴的轴向倾角、径向倾角、上返流量、出口高度和旋转速度等对涡流钻头降压性能的影响,并提... 详细信息

涡流钻头通过反向喷嘴和高速旋转形成负压漩涡,降低井底压差,提高钻井的机械钻速.对涡流钻头降压机制进行研究.采用混合网格计算方法分析反向喷嘴的轴向倾角、径向倾角、上返流量、出口高度和旋转速度等对涡流钻头降压性能的影响,并提出涡流钻头的设计原则.结果表明：反向喷嘴下方井底钻井液回流是影响涡流钻头降压能力的主要因素.涡轮钻头设计的理论原则：轴向倾角为150°～ 180°、径向倾角为60°～75°、上返流量大于30％、反向喷嘴的出口高度为100～140 mm,井壁间隙应小于3 mm,尽可能地提高钻头旋转速度.

关键词：钻井涡流钻头井底压差反向喷嘴数值模拟

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费尔干纳盆地井壁失稳机理研究

钻采工艺 2013年第5期36卷 9-12,17页

作者：孙清华邓金根闫传梁韩琴中国石油大学石油工程学院.北京中国石油集团钻井工程技术研究院

井壁失稳是制约费尔干纳盆地油气勘探开发的重要因素之一。地质工程资料的综合分析表明,费尔干纳盆地由于受到构造运动的挤压,地应力高、地层破碎,特别是地层裂缝发育且存在多个压力层系,钻井过程中井下垮塌、井涌、漏失等复杂事故频繁... 详细信息

井壁失稳是制约费尔干纳盆地油气勘探开发的重要因素之一。地质工程资料的综合分析表明,费尔干纳盆地由于受到构造运动的挤压,地应力高、地层破碎,特别是地层裂缝发育且存在多个压力层系,钻井过程中井下垮塌、井涌、漏失等复杂事故频繁发生。费尔干纳盆地多种井壁失稳机理共存、互相作用,以裂缝性地层的井壁失稳为主,选择合理的钻井液密度和良好的封堵性可有效防止费尔干纳盆地钻井过程中的井壁失稳问题。在深入分析井壁失稳力学机理的基础上,建立了费尔干纳盆地合理钻井液密度的确定方法,研究结果在吉达4井应用获得良好效果,卡钻等事故大大减少,钻井周期缩短了32%。

关键词：费尔干纳盆地裂缝井壁稳定地应力钻井液密度

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莺歌海盆地DF13-1气田井壁稳定性研究

钻采工艺 2014年第5期37卷 19-21,8页

作者：黄凯文张勇许发宾余意李磊闫传梁中海石油(中国)有限公司湛江分公司中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室

DF13-1气田是高温高压气田,温度会对井壁稳定产生很大影响。传统的井壁稳定模型多未考虑温度的影响,为研究东方13-1气田的井壁稳定,在室内试验的基础上研究了该气田地层强度纵向分布规律,建立了考虑温度效应的井壁稳定分析模型,分析了... 详细信息

DF13-1气田是高温高压气田,温度会对井壁稳定产生很大影响。传统的井壁稳定模型多未考虑温度的影响,为研究东方13-1气田的井壁稳定,在室内试验的基础上研究了该气田地层强度纵向分布规律,建立了考虑温度效应的井壁稳定分析模型,分析了温度对井壁稳定性的影响。指出在DF13-1气田钻井最大的挑战是井壁温度降低使破裂压力大幅降低,从而导致钻井液漏失,而钻井液密度过低又无法压住地层高压,准确预测地层破裂压力是DF13-1气田安全钻井的关键。在高温高压储层钻井时,考虑井壁温度变化的影响能提高安全钻井液密度窗口预测精度,对实际钻井具有指导意义。

关键词： DF13-1气田高温高压井壁稳定坍塌压力破裂压力

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天然气水合物藏井眼蠕变缩径研究

科学技术与工程 2021年第9期21卷 3563-3570页

作者：李阳程远方闫传梁周晓辉中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580

天然气水合物作为储量丰富的清洁能源备受世界各国的关注,但水合物储层的不稳定性使得其钻井和开采都存在困难。当井眼钻开后,水合物储层的蠕变特性会造成井眼缩径,进而影响水合物井的钻井安全。对冻土水合物地层在井眼钻开后的井眼缩... 详细信息

天然气水合物作为储量丰富的清洁能源备受世界各国的关注,但水合物储层的不稳定性使得其钻井和开采都存在困难。当井眼钻开后,水合物储层的蠕变特性会造成井眼缩径,进而影响水合物井的钻井安全。对冻土水合物地层在井眼钻开后的井眼缩径进行分析。结果表明:缩径发生时井眼不同方位地层将以不同速率进行缩径,但随着时间的增加,不同方位处的缩径速率趋于相同;随着水合物层埋深的增加,井眼的蠕变量将呈近线性增加;井眼的蠕变缩径速率将随着地应力非均匀性的增大而增大;随着水合物饱和度的增加,井眼的缩径速率降低。研究结果可为水合物地层钻井液密度的选取提供理论依据。

关键词：天然气水合物蠕变井眼缩径钻井

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斜井水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

科技导报 2014年第2期32卷 37-43页

作者：彭成勇朱海燕刘书杰闫传梁中海油研究总院北京100027 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室北京102249

斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏... 详细信息

斜井的近井筒效应较为复杂,若存在射孔相位误差,极易在地层和水泥环交界面处产生微环隙,引起较高的近井压降,甚至在微环隙内产生砂堵,造成压裂施工失败。对于斜井水力压裂裂缝三维几何形态的预测,一直是水力压裂领域的难题。本文采用黏弹性损伤cohesive孔压单元,考虑套管、水泥环、地层、射孔孔眼和微环隙对水力压裂的影响,建立了斜井的水力压裂三维裂缝形态的有限元模型。同时,考虑水力压裂过程中储层岩石渗透率和孔隙度的动态演变,对渤海湾地区20°井斜角的C5井开展了水力压裂裂缝动态扩展的数值模拟研究,计算得到的井底压力曲线与现场施工曲线一致。研究了斜井水力裂缝和微环隙的起裂和扩展机理。微环隙在水力压裂的初始阶段沿井眼周向和轴向同时起裂并扩展,随着水力裂缝的扩展而逐渐闭合,对于具有较复杂近井筒效应的硬地层大斜度井而言,微环隙的起裂和多条裂缝的产生,极易导致压裂失败。斜井水力裂缝近似两翼对称,易向地应力较小的盖层扩展,缝高较难控制。数值模拟结果为现场水力压裂的设计提供理论指导。

关键词：斜井水力压裂裂缝扩展微环隙